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转轴径向跳动和转速实时检测光电系统的研究
作 者: 赵炜
导 师: 马惠萍
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 径向跳动 转速 光纤传感器 光电编码器 单片机
分类号: TH822
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 93次
引 用: 1次
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内容摘要
自20世纪60年代以来,由于空间技术及计算机技术等领域发展的需要,对零件的加工精度的要求不断提高。但高精度的机床的径向跳动却是影响机床加工精度的主要因素之一;对于汽轮机、燃气轮机而言,径向跳动又是安全稳定运行的关键参数。而转速也是旋转机械中非常重要的参数。本文针对传统的径向跳动测量方法中位移传感器的不足,提出了利用光纤传感器测量径向跳动的方案。光纤用于位移测量具有常规测量技术不可比拟的诸多优点,抗强电磁干扰能力强,可灵活柔性弯曲,可在某些特殊条件下进行测量。对于转速的测量,也提出了一种简单、精确和有别于传统方法的光电编码器测量方法。本文对转轴的径向跳动和转速测量进行了深入研究,包括以下几个方面的内容:径向跳动和转速测量的发展现状及常用原理;径向跳动测量系统光纤位移传感器的硬件电路研究;转速测量的硬件电路的研究与开发;系统软件的设计;处理实验数据、分析误差来源,提出系统改进建议。本文在径向跳动测量方面,为保证测量精度,采用光源的软启动电路和恒亮度控制电路;在转速测量方面,采用单片机作为数据处理的主控芯片,选择施密特触发器对光电编码器输出信号进行整形,实现了整个测量范围的高精度测量。在软件方面,以Visual C++为开发平台,对测量数据进行实时的处理、显示和保存。测量结果以图形直观显示。设计的转轴径向跳动实时检测光电系统,抗干扰能力强、精度高,应用软件可实时测量,快速处理、存储数据,测量结果动态图形显示;设计的转速测量系统简单易行、精度高。实验表明,径向跳动测量系统的静态稳定性误差小于0.53%,灵敏度可达1.38μm/mv;转速测量系统的相对误差为0.13%,满足设计要求。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-10 第1章 绪论 10-21 1.1 课题的来源及研究意义 10-11 1.2 径向跳动的研究现状 11-14 1.2.1 打表法 11-12 1.2.2 电涡流传感器测量法 12-13 1.2.3 CCD测量法 13-14 1.3 转速测量研究现状 14-17 1.3.1 定时计数法 15-16 1.3.2 定数计时法 16 1.3.3 同步计数计时法 16-17 1.4 光纤传感器的研究现状 17-19 1.4.1 反射式光纤位移传感器 18-19 1.4.2 透射式光纤位移传感器 19 1.5 本文研究主要内容 19-21 第2章 测量系统的总体结构设计 21-29 2.1 径向跳动测量的基本原理 21-25 2.1.1 径向跳动分析 21-22 2.1.2 反射式光纤传感器工作原理 22-25 2.2 径向跳动测量系统总体设计 25-26 2.3 转速测量原理 26-27 2.4 转速测量系统的总体设计 27-28 2.5 本章小结 28-29 第3章 系统硬件设计 29-40 3.1 光纤传感器的硬件电路设计 29-32 3.1.1 半导体激光器光源驱动电路 29-30 3.1.2 光电接收器的选择 30-32 3.2 数据采集电路 32-34 3.2.1 PCI局部总线的性能 33 3.2.2 模拟输入主要技术参数 33 3.2.3 模拟输入码制以及数据与模拟量的对应关系 33-34 3.3 转速测量系统电路设计 34-39 3.3.1 光电编码器电路 34-35 3.3.2 整形电路 35 3.3.3 单片机测量电路 35-39 3.4 本章小结 39-40 第4章 系统软件设计 40-47 4.1 转速测量程序 40-43 4.1.1 RS-232 概述 40-41 4.1.2 基于MSComm控件的串口程序 41-43 4.2 径向跳动测量程序 43-46 4.2.1 标定程序 43-45 4.2.2 测量程序 45-46 4.3 本章小结 46-47 第5章 实验数据处理和误差分析 47-56 5.1 系统实验数据处理 47-51 5.1.1 径向跳动测量系统静态稳定性测试 47 5.1.2 径向跳动测量系统标定 47-49 5.1.3 径向跳动测量系统精度实验和灵敏度实验 49-50 5.1.4 径向跳动的测量实验 50 5.1.5 转速测量实验 50-51 5.2 误差源分析及解决方法 51-55 5.2.1 数据采集误差 52 5.2.2 系统标定误差 52 5.2.3 测头相对位置误差 52-53 5.2.4 被测表面曲率的影响 53 5.2.5 被测表面情况不同的影响 53-54 5.2.6 转速误差分析 54-55 5.3 本章小结 55-56 结论 56-57 参考文献 57-60 附录1 实验电路实物图 60-61 附录2 实验设备实物图 61-62 附录3 单片机内部程序 62-65 致谢 65
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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 力学量测量仪表 > 位移测量仪表
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