一種提高作動傳感一體化液壓缸位移檢測精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種提高作動傳感一體化液壓缸位移檢測精度的方法，屬于液壓缸傳 感器檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 未來飛機的飛行控制系統(tǒng)正在朝著超高速、高功率、高可靠性、集成一體化的大方 向發(fā)展，進入到功率電傳的時代，即通過電導線以電能量傳輸?shù)姆绞皆陲w機次級能源系統(tǒng) 至各作動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)之間進行功率傳輸。功率電傳系統(tǒng)不再依賴中央液壓系統(tǒng)，從而使 飛機在可靠性、能源利用、容錯能力等方面有很大的提升，而電動靜液作動器(EHA)是一種 符合功率電傳系統(tǒng)工作原理的新型作動器。作為實現(xiàn)功率電傳的載體，EHA在結(jié)構(gòu)上的高度 集成和工作過程中的高可靠性對液壓缸位移檢測技術(shù)提出了更高的要求，作為EHA關(guān)鍵執(zhí) 行元件，液壓缸的位移檢測技術(shù)應(yīng)滿足高精度、高可靠性、易維護性等方面的要求。
[0003] 常規(guī)的液壓缸位移檢測技術(shù)按照位移傳感器的布置形式主要分為內(nèi)、外置式兩 種。其中，磁致伸縮和差動變壓器式(LVDT)的位移傳感器由于具備較高的檢測精度與可靠 性，因此得到了廣泛應(yīng)用。但是，采用這兩種位移傳感器均需要對液壓缸活塞桿進行深孔加 工，整體結(jié)構(gòu)復雜，體積大，集成度低，因此需要尋找一種位移傳感器使得其能夠與液壓缸 實現(xiàn)傳感作動集成一體化的同時還能夠確保液壓缸位移檢測的高精度。
[0004] 目前已有的液壓缸將作為導磁基體的活塞桿表層制成凹凸相間結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對永磁 體磁力線的周期調(diào)制，使活塞桿兼有位移標尺和作動雙重功能，將位移檢測與作動較好地 融合在了一起，可以有效解決液壓缸位移檢測系統(tǒng)所面臨的長距離測量、高集成度、高可靠 性、體積小、重量輕等方面的應(yīng)用難題，適于在高集成、大量程、雙出桿、單出桿對稱缸等復 雜環(huán)境下使用。然而受限于已有的分析和設(shè)計方法，類磁柵液壓缸在定量分析困難、測試精 度較低等方面的不足限制了其自身的使用。隨著EHA等作動器向著高集成、高可靠、小體積 等方向發(fā)展，提高基于類磁柵的作動傳感一體化液壓缸位移檢測精度顯得尤為迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是提供一種提高作動傳感一體化液壓缸位移檢測精度的方法，通過對 位移傳感器的輸出信號進行隔直流、放大和濾波等一系列調(diào)理，得到標準的隔直、頻率相 等，相位差為90°的兩路正交簡諧信號，然后對信號進行基于A/D采樣的幅值分割電子細分， 提高了類磁柵等作動傳感一體化液壓缸位移的檢測精度，解決【背景技術(shù)】存在的上述問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種提高作動傳感一體化液壓缸位移檢測精度的方法，包含如下步驟： (9液壓缸活塞桿帶有導磁材料，三個敏感元件沿液壓缸軸向排列，三個敏感元件相互 之間距離Λ盡可能靠近且滿足：
式中： W為液壓缸活塞桿的柵距； 三個敏感元件輸出的原始信號幅值、頻率基本相同，相位差為90° ; ②檢測裝置包括位移傳感器的信號調(diào)理與信號細分兩部分； A:信號調(diào)理部分包括隔直流電路兩組、放大電路兩組和信號濾波部分； 兩組隔直流電路均采用了兩級反相輸入加法運算電路;每一組隔直流電路包括運算放 大器兩個，電阻七個，直流供電電源以及電路的接地端;檢測信號包括三路信號幅值、頻率 相等，相位差為90°的信號;每一組隔直流電路采集其中的兩路正交信號，兩路信號分別由 前后兩級運算放大器的反向輸入端進入電；理想的集成運放輸出電阻為零，所以多級集成 運放相連時，后級對前級基本無影響，計算方便;第一級運算放大器的輸入信號經(jīng)連續(xù)兩級 反相輸入，最終與反相輸入第二級的信號做減法運算，輸出新信號； 兩組隔直流電路分別連接各自的放大電路，兩組放大電路均由兩級差分放大電路構(gòu) 成;每一組放大電路包括運算放大器三個，電阻八個，直流供電電源以及電路的接地端;第 一級的兩個運放采用同相差分輸入方式；同相輸入可以大幅度提高電路的輸入阻抗，減小 電路對微弱信號的衰減;差分輸入可以使電路只對差模信號放大，使得電路的共模抑制比 CMRR得到提高;第二級運放組成差分放大電路； 兩組放大電路的輸出共同連接一個信號濾波部分，信號濾波部分采用基于C8051F340 微控制器的數(shù)字濾波方法，濾波算法為滑動平均濾波算法;根據(jù)具體問題的要求以及樣本 量大小確定滑動長度，進而得到滑動平均值的數(shù)目；首先將某一個序列的若干個連續(xù)數(shù)據(jù) 求和得到一個值，然后依次用這個值減去序列中的第一個數(shù)據(jù)，再加上排在序列之后的第 一個數(shù)據(jù)，求出一個新的滑動平均值，循環(huán)這樣的過程計算所有的滑動平均值； B:信號細分部分采用了基于A/D采樣的幅值分割電子細分方法;經(jīng)每一組信號調(diào)理部 分輸出的信號為幅值、頻率相等，相位相差90°的兩路正交正余弦信號;對兩路信號首先按 照在不同區(qū)間內(nèi)的極性關(guān)系與絕對值大小關(guān)系將原始信號進行八倍細分;進而，將兩路正 余弦信號變換為正余切信號，但由于正余切信號只在部分區(qū)間內(nèi)保持較好的線性度，且在 整個區(qū)間內(nèi)不連續(xù)，因此構(gòu)造分段函數(shù)來得到線性度更好的新曲線，新曲線的波形近似于 三角波，同原始的正余弦信號相比具有較好的線性度，可以大大減小細分誤差;用一列均勻 分布的采樣點對該曲線進行幅值采樣后，在時間軸上可得到均勻脈沖;信號細分同樣基于 C8051F340微控制器實現(xiàn)。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是:通過對位移傳感器的輸出信號進行隔直流、放大和濾波等 一系列調(diào)理，得到標準的隔直、頻率相等，相位差為90°的兩路正交簡諧信號，然后對信號進 行基于A/D采樣的幅值分割電子細分，提高了類磁柵等作動傳感一體化液壓缸位移的檢測 精度，可有效解決類磁柵液壓缸實現(xiàn)高精度位移檢測的難題，促進包括EHA在內(nèi)的一批新型 作動器的發(fā)展，具有較強的理論意義和實用價值。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明實例檢測步驟流程圖； 圖2a為第一組隔直流電路原理圖； 圖2b為第二組隔直流電路原理圖； 圖3a為第一組放大電路原理圖； 圖3b為第二組放大電路原理圖； 圖4為信號八倍細分示意圖； 圖5為正切函數(shù)在f-；T/4 ,冗/4]區(qū)間內(nèi)曲線； 圖6為整周期內(nèi)的％信號示意圖； 圖7為~信號的采樣細分示意圖。
【具體實施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖，通過實例對本發(fā)明做進一步說明。
[0010] -種提高作動傳感一體化液壓缸位移檢測精度的方法，包含如下步驟： 液壓缸活塞桿帶有導磁材料，三個敏感元件沿液壓缸軸向排列，三個敏感元件相互 之間距離Λ盡可能靠近且滿足：
式中： W為液壓缸活塞桿的柵距； 三個敏感元件輸出的原始信號幅值、頻率基本相同，相位差為90° ; ②檢測裝置包括位移傳感器的信號調(diào)理與信號細分兩部分； Α:信號調(diào)理部分包括隔直流電路兩組、放大電路兩組和信號濾波部分； 兩組隔直流電路均采用了兩級反相輸入加法運算電路;每一組隔直流電路包括運算放 大器兩個，電阻七個，直流供電電源以及電路的接地端;檢測信號包括三路信號幅值、頻率 相等，相位差為90°的信號;每一組隔直流電路采集其中的兩路正交信號，兩路信號分別由 前后兩級運算放大器的反向輸入端進入電；理想的集成運放輸出電阻為零，所以多級集成 運放相連時，后級對前級基本無影響，計算方便;第一級運算放大器的輸入信號經(jīng)連續(xù)兩級 反相輸入，最終與反相輸入第二級的信號做減法運算，輸出新信號； 兩組隔直流電路分別連接各自的放大電路，兩組放大電路均由兩級差分放大電路構(gòu) 成;每一組放大電路包括運算放大器三個，電阻八個，直流供電電源以及電路的接地端;第 一級的兩個運放采用同相差分輸入方式；同相輸入可以大幅度提高電路的輸入阻抗，減小 電路對微弱信號的衰減;差分輸入可以使電路只對差模信號放大，使得電路的共模抑制比 CMRR得到提高;第二級運放組成差分放大電路； 兩組放大電路的輸出共同連接一個信號濾波部分，信號濾波部分采用基于C8051F340 微控制器的數(shù)字濾波方法，濾波算法為滑動平均濾波算法;根據(jù)具體問題的要求以及樣本 量大小確定滑動長度，進而得到滑動平均值的數(shù)目；首先將某一個序列的若干個連續(xù)數(shù)據(jù) 求和得到一個值，然后依次用這個值減去序列中的第一個數(shù)據(jù)，再加上排在序列之后的第 一個數(shù)據(jù)，求出一個新的滑動平均值，循環(huán)這樣的過程計算所有的滑動平均值； Β:信號細分部分采用了基于A/D采樣的幅值分割電子細分方法;經(jīng)每一組信號調(diào)理部 分輸出的信號為幅值、頻率相等，相位相差90°的兩路正交正余弦信號;對兩路信號首先按 照在不同區(qū)間內(nèi)的極性關(guān)系與絕對值大小關(guān)系將原始信號進行八倍細分;進而，將兩路正 余弦信號變換為正余切信號，但由于正余切信號只在部分區(qū)間內(nèi)保持較好的線性度，且在 整個區(qū)間內(nèi)不連續(xù)，因此構(gòu)造分段函數(shù)來得到線性度更好的新曲線，新曲