基于电涡流位移传感器和虚拟仪器技术的微小位移测量

　　随着现代科学技术的发展,针对位移特别是微小位移的测量方法越来越多。本研究将针对具体的工程应用———力矩马达参数的测量,设计基于电涡流位移传感器及虚拟仪器技术的微小位移测量方法。力矩马达是液压舵机的关键部件,其各个特性参数直接反应了它的工作性能。力矩马达特性参数的测量是检验力矩马达产品质量的重要手段。力矩马达的关键性能指标是电流-位移(微小位移)曲线,由此曲线数据计算得到的对称度、滞回度等参数。这些参数指示了位移与相应电流之间的关系,也就决定了电磁阀门开度与电流之间的精确对应程度。因此,微小位移测量精度的高低对力矩马达的生产和应用有着非常重要的影响。传统的力矩马达特性参数测量方法多为通过显微镜下人工读数,然后计算参数来实现。这种方法由于人工读数的原因造成误差较大且不稳定,测量精度不高,工作效率低下。为了实现力矩马达特性参数的高精度自动测量,设计一种新的自动测量方法。测量系统主要由以下部分组成:位移传感器、测试平台(包括马达安装夹具和各种测试机械构件)、工控机、数据采集与处理系统等。测量系统工作流程如图1所示。

　　在微小位移的高精度测量中,测量对误差和干扰有非常严格的要求。因此,设计测量系统的重点及难点在于:①位移传感器的选型及测试技术的选择;②测量系统机械结构的设计,系统要求设计合适的结构,尽量消除测量误差;③数据采集与处理,为保证测量的高精度,需要对采集到的数据进行软件滤波处理。

　　1　虚拟仪器技术及电涡流位移传感器

　　为实现微位移的高精度测量,需要适当选择测量系统各组件。其中尤为关键的是位移传感器的选型和测试技术的选择。开发系统过程中,选择了高精度非接触式电涡流位移传感器和稳定可靠的虚拟仪器技术。

　　决定测量精度的关键之一是位移传感器的精度。在微小位移测量系统中,接触式的传感器测量时会产生较大的形变误差,在此选择高精度非接触式电涡流位移传感器。电涡流位移传感器利用涡流效应将位移转换为阻抗的变化,即变频电流产生高频场,使金属面产生涡流,电涡流反向磁场又影响线圈电感量,电感量的变化与线圈至金属面间隙有关,故位移变化使电流产生变化,从而获得位移测量值。本研究所采用的非接触式电涡流位移传感器可以分辨低至0. 8μm的微小位移,量程是0~2 mm,并且具有±1%的线性度,为实现高精度测量提供了有利的前提条件。虚拟仪器(VI, virtual instrument)是计算机硬件资源、仪器与测控系统硬件资源和虚拟仪器软件资源三者的有效结合。LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的简称,是美国国家仪器公司(NI)开发的软件产品,其功能强大、应用便捷,是最成功的虚拟仪器软件。