基于差动螺管式位移传感器的测量系统的研究

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传感器技术作为20世纪乃至今后最具发展前景和影响力的一项高新技术,不断地应用于各行各业,正在引起国内外的高度重视。因此,对传感器的测量精度和稳定性进行研究具有重要意义。差动螺管式位移传感器具有灵敏度高、可靠性高、使用寿命长等特点,并且可在油污、高温等恶劣环境下广泛应用,但是该传感器具有零点残余电压、非线性及容易受温度影响的问题。因此,本文深入研究了该传感器的零点残余电压、非线性特性和温度漂移特性的三个关键问题,并且对这三个关键问题提出了解决的方法。其主要研究内容如下:(1)针对差动螺管式位移传感器的零点残余电压问题,本文设计了一个硬件补偿电路来达到减小零点残余电压的目的。补偿电路中包含两个可调节电位器和一个电容,其中电容可以消除零点残余电压中的高次谐波分量,调节电位器可以使零点残余电压变小。通过对比补偿前后的零点电压输出波形,发现补偿后的输出电压波形中只剩下幅值较小的外界电磁波,零点残余电压被大大地削弱了。(2)线性度是传感器精度的重要指标之一。针对该传感器的非线性问题,本文采用了曲线拟合法对输入输出特性曲线进行了非线性校正,将非线性由原来的1.62%提升到0.87%。(3)针对温度对该传感器的影响问题,本文提出了一种基于遗传优化小波神经网络(GA-WNN)的温度补偿模型,将该传感器的零位温度系数由6.82×10-3/℃提升到3.56×10-5/℃,提高了两个数量级;其灵敏度温度系数由8.21×10-3/℃提升到4.00×10-4/℃,提高了一个数量级,从而有效地抑制了温度对该传感器的影响。(4)本文利用STM32单片机和差动螺管式位移传感器制作了一个位移测量系统。其硬件部分主要包括信号采集模块,信号调理模块、nRF24L01无线传输模块、显示模块、报警模块、按键模块和RS232串口通信模块;其软件部分包括算法和各个模块的子程序。最后,经过调试后,该系统能够正常运行。
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