时栅传感器远程监控系统研究与实现

摘要

时栅传感器作为一种高精密传感器，已应用于工业生产和国防建设中，经过多年研究和技术创新，取得了重大突破。在国家政策和工业生产驱使下，机械制造业正迈向智能化、信息化和自动化方向发展。基于市场需求反馈，智能化时栅研究已经提上日程。本文的研究内容就是时栅传感器远程监控系统网络化关键技术和系统开发，为智能化时栅走向市场打下了坚实基础。　　在高精密测量领域，由于不同传感器的特点和参数差别较大，开发监控系统要针对传感器本身而设计，才能满足实际的工况需求。时栅传感器的核心是激励信号的产生和匀速坐标系的构建，本文通过对时栅原理的介绍和信号特性的分析，首先对底层硬件电路进行改进，以实现网络化接口设计，然后基于信号特性分析，开发一套具有对时栅健康状况预测功能的监控系统，该系统实时性好、可靠性高、标准化开发、可移植性强。　　基于此，本文开展时栅传感器远程监控系统研究工作，主要研究工作内容如下：　　（1）通过对场式时栅传感器的测量原理介绍，着重分析了时栅激励信号特点，并对激励信号的幅值不相等或相位不正交分析，推导得出有二次误差产生，最终会导致感应信号相位差产生误差，造成测量误差，影响传感器精度。　　（2）针对理论分析，确定特征参数的选取，对时栅信号处理系统各模块产生的激励信号幅值、相位进行采集，分析各模块电路与激励信号相关性，提出基于激励信号数据驱动的电路健康状况预测，采用BP神经网络和RBF神经网络确定诊断标准。　　（3）基于数据趋势预测以达到预诊断目的，在离散小波变换的基础上，采用自回归预测模型、灰色预测模型、BP神经网络模型和RBF神经网络模型四个算法对采集的时栅激励信号进行趋势预测分析。本文以功率放大模块输出的激励信号幅值为例，采样500个点，用多个模型对采样点数据进行曲线拟合，然后根据拟合函数对激励信号幅值变化趋势进行预测，通过预测值与实际值进行比较，并分析四个算法的优缺点。　　（4）时栅传感器监控系统软硬件设计。网络化硬件平台的设计，主要包括激励信号产生模块、信号调理模块、数据采集模块和以太网模块等设计。软件系统设计，主要包括数据库设计、服务器设计、协议包设计、预警功能设计和监控界面开发等。　　（5）利用实验室硬件环境，测试监控系统性能，并进行功能的验证和优化。　　综上所述，本文基于网络化技术，结合时栅信号特点，开发了一套时栅远程监控系统，可实现对时栅运行状态和电路健康状况进行监测，推动了智能化时栅发展进程。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的来源、背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标及论文主要内容

1.4 本章小结

2 时栅测量原理及信号特性分析

2.1 时空转换测量原理

2.2 场式时栅原理

2.3 传感器信号特性分析

2.4 本章小结

3 时栅传感器典型误差机理研究与健康状况预测

3.1 激励信号误差机理研究

3.2 特征参数选取

3.3 健康状况诊断方法

3.4 本章小结

4 基于离散小波变换的多模型数据趋势预测

4.1 数据预处理

4.2 离散小波变换

4.3 数据趋势预测方法

4.4 基于离散小波变换的多模块趋势预测比较

4.5 本章小结

5 时栅传感器监控系统关键技术与系统设计

5.1 监控系统功能分析与系统方案

5.2 时栅传感器网络化硬件平台搭建

5.3 时栅传感器监控系统关键技术实现

5.4 时栅传感器监控系统设计与实现

5.5 本章小结

6 监控系统测试及实现效果展示

6.1 监控系统测试

6.2 监控系统实现效果

6.3 测试结果分析

6.4 本章小结

7 总结和展望

7.1 总结

7.2 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