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新型双功能角度测量仪器的研究

作　者: 许晓青
导　师: 王宝光
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 微小角度测量 大角度测量 LVDT MEMS 曲线拟合
分类号: TH712
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


角度测量在几何量测量中有着重要的地位。随着工业体系对角度测量技术要求的提高,在很多应用现场,现有的角度测量仪器由于测量范围、精度以及体积和功耗的局限,已经渐渐不能满足测量要求。本课题针对目前在机床、飞机和轮船等制造领域的微小角度检测问题以及铁轨及军用导航系统中的大角度测量问题,对角度测量方法及仪器进行了深入研究;并设计出一种新型双功能角度测量系统可同时适用于微小角度与大角度测量。系统采用同一个主控电路对两个用于不同场合的传感器输出信号进行处理和传输,从而简化了测量系统的整体设计,增大了其使用范围。本论文主要内容和工作如下:1.对角度测量进行了广泛调研和深入研究,提出了一种将微小角度测量与大角度测量集成到同一测量系统的模型,实现了双功能、模块化设计。2.针对微小角度和大角度在测量范围、分辨力等方面的区别,分别进行了几何量转换为电量的传感器选择,采用了LVDT信号处理芯片用于微小角度的测量,采用了新型MEMS传感测量芯片用于大角度测量。3.采用双片簧精密微位移机械进行了微小角度测量仪器的结构设计,并为系统设计了一套统一的测控电路,实现数据采集、信号处理、信号传输和显示。4.对微小角度测量传感器输出值与被测角度之间非线性关系的拟合方法进行研究,提高了测量系统的线性度,并为大角度测量的线性化处理打下基础。5.在实现本地仪器显示的基础上,为适应计算机数据处理应用的需要,在计算机接口与上位机软件上进行设计。6.对微小角度测量系统进行了一系列实验,包括线性度、稳定性和重复性实验,并对实验结果进行分析处理。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 角度测量仪器的研究现状与发展趋势  10-14
    1.2.1 微小角度测量仪器的研究现状与发展趋势  11-13
    1.2.2 大角度测量仪器的研究现状与发展趋势  13-14
  1.3 现代测量仪器的设计特点  14-16
    1.3.1 集成电路的广泛应用  14-15
    1.3.2 硬件电路的软件化和虚拟仪器技术  15-16
  1.4 本论文主要工作  16-17
第二章 角度测量原理及系统设计要点  17-22
  2.1 角度测量方法简介  17
    2.1.1 直接测量法  17
    2.1.2 间接测量法  17
  2.2 角度测量原理分析  17-20
    2.2.1 微小角度测量原理分析  17-19
    2.2.2 大角度测量原理分析  19-20
  2.3 角度测量传感器系统设计要点  20-21
    2.3.1 微小角度测量传感器系统设计要点  20-21
    2.3.2 大角度测量传感器系统设计要点  21
  2.4 本章小结  21-22
第三章 角度测量系统硬件设计  22-44
  3.1 角度测量系统的总体设计  22-23
  3.2 微小角度传感器测量系统设计  23-32
    3.2.1 基本工作原理  23-24
    3.2.2 传感器信号调理芯片及其外围电路设计  24-30
    3.2.3 测试系统机械设计  30-32
  3.3 大角度传感器测量系统设计  32-37
    3.3.1 角度测量芯片及其信号调理电路设计  32-34
    3.3.2 电源芯片的选取  34-37
  3.4 测试系统的主控电路设计  37-43
    3.4.1 A/D转换芯片的选取  38-40
    3.4.2 微处理芯片的选择  40-41
    3.4.3 与计算机通讯接口设计  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 角度测量系统软件设计  44-52
  4.1 单片机主控单元软件设计  44-47
    4.1.1 软件总体设计  44-46
    4.1.2 单片机与A/D转换芯片接口程序设计  46
    4.1.3 电压值到角度值的计算程序  46-47
  4.2 计算机软件设计  47-51
    4.2.1 LabVIEW串口通讯函数  48-49
    4.2.2 软件界面设计  49-51
  4.3 本章小结  51-52
第五章 传感器标定与非线性补偿  52-60
  5.1 微小角度测量传感器的标定  52-54
  5.2 非线性对测量结果的影响  54-55
  5.3 非线性曲线的拟合  55-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章 实验结果与误差分析  60-65
  6.1 角度测量传感器的实验分析与数据处理  60-62
    6.1.1 线性度测试实验分析  60-61
    6.1.2 稳定性实验与数据处理  61
    6.1.3 重复性实验分析  61-62
  6.2 误差分析  62-64
    6.2.1 传感器标定引起的误差  62
    6.2.2 环境因素引起的误差  62-63
    6.2.3 电路误差  63-64
    6.2.4 其他误差  64
  6.3 本章小结  64-65
总结与展望  65-66
参考文献  66-69
发表论文和科研情况说明  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 计量仪器 > 角度计量仪器
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