拉杆式线位移传感器自动校准系统

拉杆式线位移传感器自动校准系统

作者：刘洪霞  赵玲 柳晓璇 尹桑

 

 

       拉杆式线位移传感器以其结构紧凑、使用简单、测量精度高等优点，在航空航天、汽车、船舶等高端加工制造领域的位移、距离、位置和应变量精密测量应用中发挥着不可替代的作用。 为保证传感器使用的可靠性和测量精度，根据国标规定需要对基本误差、重复性、线性度、回程误差和灵敏度等主要计量特性做定期校准 。

        目前，国内外常用的线位移传感器校准方法是通过万工显、测长机、激光干涉仪等设备提供标准位移，由线位移传感器对该标准位移量进行检测， 得到线位移传感器的输入－输出关系，进而实现传感器的校准。 然而，以万工显、测长机等做基准，校准过程以手工操作为主，校准精度不确定性大、效率低。 激光干涉仪虽然测量精度高，但校准机 构复杂、成本高，且对测量环境的要求严苛，不适合工业现场操作。现有成果均倾向于实验室研究，未能形成统一的标准化设备，而工程实际对精确高效的拉杆式线位移传感器校准系统需求迫切。

       为此，本文提出一种基千光栅传感器的拉杆式线位移传感器自动快速校准方法并研制出校准系统，实现了拉杆式线位移传感器的高精度自动校准。 并将该系统与高精度激光干涉仪进行了位移测扯对比试验，试验结果表明该系统在校准范围内对标准输入位移检测的绝对误差为士4µm, 重复性误差小于2 µm,能够满足拉杆式线位移传感器校准的精度要求。

1 校准系统

       拉杆式线位移传感器自动校准系统主要由传感器装夹机构、校准测量工作台、大理石基座、测控单元和计算机五个部分组成。 传感器装夹机构将拉杆式线位移传感器装夹到一维升降平台上，一维升降平台和校准测量工作台一起安装在大理石基座上。 校准时通过一维升降平台将线位移传感器调整到合适高度，然后通过连接件把线位移传感器的拉杆与校准测最工作台上的运动滑座相连，这样就可以将运动滑座的位移传递给线位移传感器。

       校准测桩工作台的侧面安装了高精度光栅传感器，用于精确测量工作台上运动滑座的位移量，从而为拉杆式线位移传感器提供标准位移输入。测控机箱中集成了校准系统的信号采集与运动控制单元，内部包含电源、电机驱动器、多功能板卡、继电器等器件。 信号采集卡采用美国NI公司的USB-6229DAQ多功能板卡，它可以采集光栅传感器、工作台限位开关以及拉杆式线位移传感器的输出信号，同时还能够发出控制信号控制工作台上运动滑座的直线运动 。

       拉杆式线位移传感器校准时，光栅传感器实时测量线位移传感器的标准位移输入，同时校准系统采集 拉杆式线位移传感器的输出电压数据 。根据线位移传感器输出电压与标准输入位移之间的相互关系确定传感器的灵敏度、线性度重复性等主要特性参数，从而实现对拉杆式线位移传感器的自动校准 。

2 系统误差修正

       由于受工作台直线度误差、光栅传感器测鼠误差、数据采集与运动控制误差以及阿贝误差等误差因素的综合影响，校准测械工作台提供给拉杆式线位移传感器的位移输入与光栅传感器测得的标准位移量存在一定偏差，该偏差直接影响线位移传感器的校准精度。 为此，采用高精度激光干涉仪对本校准系统进行了输入位移精度的校准试验。 在本校准系统 500mm量程范围内，以45mm为间隔均匀测量 11个点，根据测得的 3次正反行程输入位移数据计算出 本校准系统与激光干涉仪之间的绝对误差。

       随着位移量增加， 本校准系统与激光干涉仪相比位移测量 误差逐渐增大。 但通过对3次往返行程两者测最结果之间的绝对误差分析发现，其重复性 误差小千2µm。因此，可根据 本校准系统与激光干涉仪二次正反行程的各点处测猷均值的差值作为修正值（如表2所示），采用间隔内线性插值修正法对本校准系统的位移输入进行修正。 修正后的结果与激光干涉仪测量结果相比，绝对误差小千0. 004mm, 达到了校准系统的精度要求。

3 校准结果

       利用本校准系统对量程为200mm的线位移传感器样件进行校准，校准结果可知位移传感器输出电压与系统输入位移之间的关系计算出的线位移传感器最大回程误差0.003V, 线性度0.4%。

4 结束语

       本文针对拉杆式线位移传感器校准效率低、成本高的不足，研制了一种简单、高效、准确的拉杆式 线位移传感器自动校准系统。 该系统采用高精度光栅传感器测量结果作为标准位移输入，在此基础上实现拉杆式线位移传感器的自动校准，降低了线 位移传感器校准的实现难度，同时也保证了较高的校准精度。 将本系统与高精度激光干涉仪进行了 位移测量对比试验，试验结果表明本系统在校准范围内对标准输入位移检测的绝对误差为土4µm, 重复性误差小于2µm,能够满足拉杆式线位移传感器 校准的精度要求。 通过该设备的使用提高了工作效率，确保了此型位移传感器的系统性能。 不但提高了工作能力，同时该设备可以推广为同类计量设备的标准器具。

 

 

 

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