调制式位移传感器动态测量误差标定系统研究

摘要

测量系统，尤其是带有机械结构的测量系统在实际使用过程中，随着时间的推移，系统的精度会有所损失，测量精度逐渐下降，需要借用标定系统对测量精度重新校准。目前大多数的标定系统都由标准仪器制造商或检查机构针对特定的传感器研制的，都是单系统和封闭式的，不能够被其它仪器所使用。作者在国家自然科学基金的资助下，展开调制式位移传感器动态测量误差标定系统的研究，设计一个针对调制式位移传感器的通用标定平台。本课题的主要研究内容如下：　　1)以动态测量理论和传感器标定理论为基础，对比不同的误差分离方法和系统误差数据拟合方法，选定用对比法进行误差分离，用最小二乘法进行误差数据拟合。　　2)设计调制式位移传感器动态测量误差标定系统的总体方案。以高精度光栅作为测量基准，用PMAC卡控制直驱电机转速，以FPGA作为主控芯片，同步获取光栅和被标定传感器的测量数据，并通过串口发送给上位机，上位机完成数据接收并对测量数据进行误差分离与修正。　　3)设计下位机的硬件和软件，硬件部分包括：FPGA最小系统电路、仪用放大电路、二阶有源带通滤波电路、波形转换电路等；软件部分包括光栅信号处理模块和被标定传感器信号处理模块。　　4)用MFC完成上位机主界面设计，利用MSComm控件设计串口通信程序。针对上位机开发过程中数据处理困难的问题，运用动态链接库的方法实现Matlab与VisualC++6.0混合编程简化数据处理难度。　　5)完成标定实验，分析该系统的误差来源，并在总结的基础上指出进一步改进的方向。　　实验结果表明，本论文设计的动态测量误差标定系统，能够有效的提高传感器动态测量精度且系统稳定可靠。同时只需对FPGA接口程序做少量的修改即可用于不同的角位移传感器。不论对于科研机构提高开发效率还是对于检测机构节约测试系统成本，都具有十分重要的理论和现实意义。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源、目的及意义

1.4 本文主要内容

2 动态测量误差分解及动态标定理论

2.1 动态测量误差

2.2 动态测量误差分离

2.3 动态误差误差修正

2.4 传感器标定

2.5 小节

3 总体方案与下位机软硬件设计

3.1 系统总体方案

3.2 硬件设计

3.3 FPGA程序设计

3.4 通信程序设计

3.5 小节

4 上位机软件设计

4.1 程序主界面

4.2 MFC串口编程

4.3 误差分离与预处理

4.3 Matlab与Visual C++混合编程

4.4 误差数据拟合

4.5 小节

5 实验与误差分析

5.1 动态标定系统的搭建

5.2 稳定性测试

5.3 动态标定试验

5.4 动态标定系统误差来源分析

5.5 小节

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果