沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
针对双头螺杆廓形参数难以实现高精度、高效率检测的问题，以四轴旋风铣床为载体，设计并实现了一种基于激光三角位移传感器（LTDS）的在机测量系统。为了提高系统的测量精度，基于变结构元广义形态学方法、多项式插值算法及椭圆拟合法，实现了含噪光斑图像质心的微米级提取，并进行了实验验证。为了避免最小二乘分段拟合方法在断点处不满足函数连续性和可导性的缺陷，提出了基于拉格朗日乘数法的点云信号光顺处理算法。最后根据信号重构结果实时计算廓形参数，判断加工质量。实验结果表明，设计的在机测量系统可在39.7 s内完成一个螺距的螺杆廓形参数检测，测量精度为±9 μm，其中长轴、短轴、螺距的测量不确定度分别为0.72、0.69、1.65 μm，显著提高了测量精度和效率。
测量 螺杆转子 激光位移传感器 信号处理 中国激光
2023, 50(14): 1404002
1 重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心，重庆 400054
2 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室，重庆 400054
介绍了时栅位移传感器在3个方面的技术现状和3个方面的发展趋势，4项性能特色和4个技术应用领域的最新发展，归纳了三代时栅演变过程；介绍了目前的3种4类场式时栅，以及其与传统位移传感器的联系与区别，分析了下一代时栅可能采用的工作机理。最后，对时空转换思想的三点延伸进行了讨论。
时栅 位移传感器 精密 机械学 电磁场 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312008
强激光与粒子束
2022, 34(11): 114002
华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
现有的光谱共焦色散物镜存在测量量程小的问题，在工业检测中的应用受到较大的限制。针对这一问题，采用四片球面透镜设计了一种大量程的色散物镜，在500～700 nm波段内，测量量程达到9.962 mm。在大色差的情况下对球差进行了优化，并利用设计的色散物镜搭建了光谱共焦位移测量系统，开展了性能评估实验。实验结果表明，系统实现了10 mm的测量范围，测量标准差为0.5 μm，平均绝对误差为0.6 μm。另外，对不同材料的样品进行了测量，结果表明，系统对不同材料样品具有一定的适应性。该设计实现了较大的测量范围，可以满足各类复杂对象的工业检测需求。
测量 无损检测 位移传感器 光谱共焦 色散 中国激光
2022, 49(18): 1804002
1 山东交通学院 轨道交通学院，山东 济南 250357
2 西安市智慧高速公路信息融合与控制重点实验室，陕西 西安 710064
3 济南重工集团有限公司， 山东 济南 250109
4 长安大学 电子与控制工程学院，陕西 西安 710064
为了解决目前国内自主研发的激光位移传感器基准工作距离短和测量范围小的问题，设计了一种适用于远距离测量的大量程激光位移传感器成像光学系统。基于激光三角测量原理，结合具体使用要求计算了大量程激光位移传感器的性能指标和成像光学系统的设计参数。选择5片式透镜结构作为系统的初始结构，利用光学设计软件对大量程激光位移传感器成像光学系统进行了仿真，完成了系统优化和性能分析，实现了基准工作距离为1 000 mm、量程为±500 mm、分辨率为0.4 mm的大量程激光位移传感器成像系统设计。结果表明，在测量范围±500 mm内，系统均可以满足成像质量要求。该激光位移传感器成像系统具有工作距离远、测量量程大、结构简单的特点，可满足1 000 mm远距离处大量程范围的测量使用要求。
激光位移传感器 激光三角测量 大量程 成像系统 光学设计 laser displacement sensor laser triangulation wide range imaging system optical design
针对炮管内径测量仪的校准溯源问题, 阐述了炮管内径测量仪的结构原理, 设计了一种具有双动测头的校准装置, 建立了测量模型, 分析了影响校准结果的主要因素, 并对各因素的影响程度进行了定量评估, 最后评定出测量不确定度。结果表明, 校准装置的不确定度为0.22μm, 测径仪校准结果的不确定度为3.0μm, 能够满足内径测量仪的校准溯源要求, 并实现了自动化校准。
光学测量 激光干涉仪 内径测量仪 位移传感器 校准溯源 不确定度 optical measurement laser interferometer inner diameter instrument displacement sensor calibration traceability uncertainty
在对光纤位移传感器进行温度标定的过程中，随着工作环境的变化，位移传感器的测量值会产生误差，从而使位移传感器在使用时随着环境温度的变化发生精度下降的情况。为减少这种漂移偏差，该文使用径向基(RBF)神经网络对位移传感器进行温度补偿，并采用自适应的设计思想寻找RBF函数中心。将位移量和环境温度作为输入，其输出为传感器输出电压，使用自适应的设计思想来确定基函数的中心，建立一个基于RBF神经网络的模型。结果表明，该模型的训练结果可以使光纤位移传感器进行测量的相对误差降低9.23%，在测量精度上有很大的改进，证明了该方法的可行性。
光纤位移传感器 温度补偿 径向基(RBF)神经网络 测量精度 自适应 optical fiber displacement sensor temperature compensation RBF neural network measurement accuracy self-adaption
1 桂林理工大学 土建学院, 广西 桂林 541004
2 桂林理工大学 有色金属矿产勘查与资源高效利用协同创新中心, 广西 桂林 541004
3 广西岩土力学与工程重点实验室, 广西 桂林 541001
为了实时监测工程结构, 根据位移传感原理, 设计了一种受拉型悬臂梁光纤布喇格光栅(FBG)位移传感器。测量位移时, 传感器两端支点产生相对位移, 经弹簧将位移传递至悬臂梁, 通过测试悬臂梁应变, 实现对位移的测量; 通过改变悬臂梁长度和截面尺寸可以实现灵敏度调节; 根据工艺限制和理论计算确定悬臂梁尺寸, 并通过有限元分析悬臂梁端部孔径大小对其应变影响确定孔径值。最后, 对传感器的性能进行了测试。结果表明: 受拉型悬臂梁FBG位移传感器灵敏度为101.3 pm/mm, 量程可达30 mm, 与一般商用FBG位移传感器相比, 其灵敏度大大提高, 线性拟合度达到了0.994。
光纤布喇格光栅 位移传感器 有限元 悬臂梁 受拉 fiber Bragg grating sensor displacement sensor finite element cantilever beam tension
内蒙古科技大学机械工程学院, 内蒙古 包头 014010
结晶器振动台是连铸设备的心脏, 其性能评价是研究结晶器振动台的关键所在。为评价结晶器振动台动态性能, 首先, 开发出基于激光位移动态实时测试系统, 对结晶器振动台整体运动过程进行测量; 其次, 测得原始位移数据后, 利用数据处理软件对位移数据进行处理, 来评价结晶器振动台的振动动态特性; 最后, 测试方法现场实施后, 经过对测试数据处理, 能够很好地评价出不同拉坯速度下现场结晶器振动台的性能差异, 为现场结晶器的检修和维护提供指导。
结晶器 激光位移传感器 振动位移测量 动态特性评价 数据处理 crystallizer laser displacement sensor vibration displacement measurement dynamic characteristic evaluation data processing
