GMA光栅传感数据降噪处理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种GMA光栅传感数据降噪处理装置，它的超磁致伸缩致动器的超磁致伸缩棒上安装有第一温度传感设备和振动传感设备，超磁致伸缩致动器的线圈绕组上设有第二温度传感设备，超磁致伸缩致动器左右内侧壁均设有分布式磁场传感设备；计算机的程控控制信号输出端连接程控信号源的信号输入端，程控信号源的超磁致伸缩致动器控制信号输出端连接超磁致伸缩致动器的控制端，第一温度传感设备、振动传感设备、第二温度传感设备和分布式磁场传感设备的信号输出端连接光栅解调仪对应的信号输入端，光栅解调仪的信号输出端连接计算机的反馈信号输入端。本发明专利技术能提高GMA反馈参数的获取精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤光栅传感
，具体地指一种GMA光栅传感数据降噪处理装置及方法。
技术介绍
近年来，随着对制造装备自身的精密定位、精密位移等性能要求的不断提高，传统的装备已无法满足要求。超磁致伸缩致动器GMA具有功率大，能量转换效率高、驱动精度高、响应速度快等优势，日益受到广泛关注。在欧美发达国家，采用超磁致伸缩材料的高精度微致动已得到了比较广泛的应用，对GMA的微致动结构的非线性特点、原理和相关理论有比较深入的探索，已提出了整套的控制理论和方法，能够实现对GMA的精密控制。而国内对该领域的研究受制于传感和测量技术，与国外先进水平尚有一定差距。GMA是由GMM棒、线圈、外壳、冷却、基座、预压弹簧等部件组成的复杂磁-弹-热一体系统，影响GMA致动精度的因素受到了国内外的普遍关注：1)受到机械压力场和电磁场双重耦合场的作用，在磁致伸缩效应下，GMA输入磁场(或电流)与输出位移(或力)存在滞回非线性，且此滞回非线性曲线受到预应力影响；2)驱动线圈的发热及GMM棒的涡流与迟滞损耗均导致GMM棒升温，而温度会影响GMM材料的伸缩特性、引起GMM棒、壳体及其它部件热膨胀。随着激励信号的频率增加，GMM棒的趋肤效应不断加强。磁路中存在漏磁、磁场分布不均匀等缺陷，导致GMM棒不能工作在线性区域。以上因素都将严重影响GMA的输出位移精度；3)GMA的控制策略主要有三种：一是在线性范围内的控制，该方式驱动行程较小、误差大；二是采用非线性模型的逆模型进行逆补偿，抵消非线性因素的影响进行线性化处理，该方式对控制建模精度要求较高；三是结合自适应滤波、自适应控制理论及非线性建模方法，在线建立磁滞模型，这种方法对激励信号的选取、反馈参数的动态获取以及控制系统的稳定性有较高的要求。其中第三种策略的控制效果最佳，但其中对反馈参数动态获取的精度和可靠性，直接影响该种策略的控制效果。针对影响GMA反馈参数获取的各种干扰因素，研究光纤传感数据降噪处理的新方法和新理论，以满足现代科技发展对GMA微致动性能的要求就显得日益迫切。综上所述，实时获取GMA组成结构中的激励、温度、磁路、应力、频率等多物理场状态参数的分布和变化，并采用基于现代数字信号处理技术的新原理和新方法对原始参数进行降噪处理、特征挖掘、趋势拟合，以获取其中包含的反馈特征信息，为GMM非线性本构模型和GMA多物理场耦合的微致动结构非线性时变模型的建立提供依据，是GMA在制造装备领域的国内外研究热点，具有广阔的理论研究价值和市场发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种GMA光栅传感数据降噪处理装置及方法，该装置和方法能提高GMA反馈参数的获取精度。为实现此目的，本专利技术所设计的GMA光栅传感数据降噪处理装置，其特征在于：它包括超磁致伸缩致动器，其特征在于：它还包括计算机、程控信号源、音频功率放大器和光栅解调仪，其中，所述超磁致伸缩致动器的超磁致伸缩棒上安装有第一温度传感设备和振动传感设备，超磁致伸缩致动器的线圈绕组上设有第二温度传感设备，超磁致伸缩致动器左右内侧壁均设有分布式磁场传感设备；所述计算机的程控控制信号输出端连接程控信号源的信号输入端，程控信号源的超磁致伸缩致动器控制信号输出端通过音频功率放大器连接超磁致伸缩致动器的控制端，所述第一温度传感设备、振动传感设备、第二温度传感设备和分布式磁场传感设备的信号输出端连接光栅解调仪对应的信号输入端，光栅解调仪的信号输出端连接计算机的磁致伸缩致动器状态反馈信号输入端。一种利用上述装置进行GMA光栅传感数据降噪处理的方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：计算机控制程控信号源输出超磁致伸缩致动器控制信号；步骤2：所述超磁致伸缩致动器控制信号经过音频功率放大器放大后驱动超磁致伸缩致动器工作；步骤3：所述超磁致伸缩致动器内的第一温度传感设备采集超磁致伸缩致动器工作时超磁致伸缩棒的实时温度数据；超磁致伸缩致动器内的振动传感设备采集超磁致伸缩致动器工作时超磁致伸缩棒的实时振动数据；超磁致伸缩致动器内的第二温度传感设备采集超磁致伸缩致动器工作时线圈绕组的实时温度数据；超磁致伸缩致动器内的分布式磁场传感设备采集超磁致伸缩致动器工作时超磁致伸缩致动器内部的分布式磁场数据；所述第一温度传感设备、振动传感设备、第二温度传感设备和分布式磁场传感设备分别将采集到的超磁致伸缩棒实时温度数据、超磁致伸缩棒实时振动数据、线圈绕组实时温度数据和磁致伸缩致动器内部分布式磁场数据以光信号的形式通过光纤传输给光栅解调仪；步骤4：光栅解调仪将接收到的超磁致伸缩棒实时温度数据光信号、超磁致伸缩棒实时振动数据光信号、线圈绕组实时温度数据光信号和磁致伸缩致动器内部分布式磁场数据光信号转换为对应的电信号，并反馈给计算机；步骤5：计算机根据预存的超磁致伸缩致动器工作时的目标工况参数，并结合超磁致伸缩棒实时温度数据、超磁致伸缩棒实时振动数据、线圈绕组实时温度数据和磁致伸缩致动器内部分布式磁场数据对超磁致伸缩致动器进行闭环控制，保证超磁致伸缩致动器工作在目标工况下。本专利技术提供的GMA光纤传感数据降噪处理装置及方法，采用光纤光栅传感器实时采集GMA致动过程中多物理场的机械耦合状态信息，对采集到的原始采样信号，采用基于现代数字信号处理技术的降噪、平滑、挖掘算法进行处理，准确获取GMA各个组成部分和外加激励的反馈特征，以此为依据建立GMA工作过程的在线非线性动态模型，使得对GMA的控制能够根据环境工况的变化而调整，保证GMA控制的精度。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中超磁致伸缩致动器内部结构示意图；图3为本专利技术中温度传感器增敏封装结构的示意图；图4为本专利技术中分布式磁场传感设备的增敏封装结构的示意图。其中，1—计算机、2—程控信号源、3—音频功率放大器、4—超磁致伸缩致动器、4.1—超磁致伸缩棒、4.2—线圈绕组、4.3—第一温度传感设备、4.4—振动传感设备、4.5—第二温度传感设备、4.6—分布式磁场传感设备、4.7—毛细铝管、4.8—环氧树脂密封件、4.9—光栅温度传感器、4.10—非磁敏感材料底座、4.11—非磁敏感材料支架、4.12—非磁敏感材料等强度梁、4.13—第一光栅磁场传感器、4.14—第二光栅磁场传感器、4.15—磁敏感材料作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GMA光栅传感数据降噪处理装置，其特征在于：它包括超磁致伸缩致动器(4)，其特征在于：它还包括计算机(1)、程控信号源(2)、音频功率放大器(3)和光栅解调仪(6)，其中，所述超磁致伸缩致动器(4)的超磁致伸缩棒(4.1)上安装有第一温度传感设备(4.3)和振动传感设备(4.4)，超磁致伸缩致动器(4)的线圈绕组(4.2)上设有第二温度传感设备(4.5)，超磁致伸缩致动器(4)左右内侧壁均设有分布式磁场传感设备(4.6)；所述计算机(1)的程控控制信号输出端连接程控信号源(2)的信号输入端，程控信号源(2)的超磁致伸缩致动器控制信号输出端通过音频功率放大器(3)连接超磁致伸缩致动器(4)的控制端，所述第一温度传感设备(4.3)、振动传感设备(4.4)、第二温度传感设备(4.5)和分布式磁场传感设备(4.6)的信号输出端连接光栅解调仪(6)对应的信号输入端，光栅解调仪(6)的信号输出端连接计算机(1)的磁致伸缩致动器状态反馈信号输入端。

【技术特征摘要】
1.一种GMA光栅传感数据降噪处理装置，其特征在于：它包
括超磁致伸缩致动器(4)，其特征在于：它还包括计算机(1)、程
控信号源(2)、音频功率放大器(3)和光栅解调仪(6)，其中，所
述超磁致伸缩致动器(4)的超磁致伸缩棒(4.1)上安装有第一温度
传感设备(4.3)和振动传感设备(4.4)，超磁致伸缩致动器(4)的
线圈绕组(4.2)上设有第二温度传感设备(4.5)，超磁致伸缩致动
器(4)左右内侧壁均设有分布式磁场传感设备(4.6)；
所述计算机(1)的程控控制信号输出端连接程控信号源(2)
的信号输入端，程控信号源(2)的超磁致伸缩致动器控制信号输出
端通过音频功率放大器(3)连接超磁致伸缩致动器(4)的控制端，
所述第一温度传感设备(4.3)、振动传感设备(4.4)、第二温度传感
设备(4.5)和分布式磁场传感设备(4.6)的信号输出端连接光栅解
调仪(6)对应的信号输入端，光栅解调仪(6)的信号输出端连接
计算机(1)的磁致伸缩致动器状态反馈信号输入端。
2.根据权利要求1所述的GMA光栅传感数据降噪处理装置，
其特征在于：所述第一温度传感设备(4.3)和第二温度传感设备(4.5)
的增敏封装结构包括毛细铝管(4.7)、光栅温度传感器(4.9)和两
个环氧树脂密封件(4.8)，所述光栅温度传感器(4.9)的两端通过
对应的环氧树脂密封件(4.8)固定在毛细铝管(4.7)内，光栅温度
传感器(4.9)的输出端连接光栅解调仪(6)对应的信号输入端。
3.根据权利要求1所述的GMA光栅传感数据降噪处理装置，
其特征在于：所述分布式磁场传感设备(4.6)的增敏封装结构包括
非磁敏感材料底座(4.10)、非磁敏感材料支架(4.11)、非磁敏感材
料等强度梁(4.12)、第一光栅磁场传感器(4.13)、第二光栅磁场传
感器(4.14)和磁敏感材料作用块(4.15)，所述非磁敏感材料底座
(4.10)固定在超磁致伸缩致动器(4)的内侧壁，非磁敏感材料支
架(4.11)的底端垂直固定在非磁敏感材料底座(4.10)上，非磁敏

\t感材料等强度梁(4.12)的一端垂直固定在非磁敏感材料支架(4.11)
上，所述第一光栅磁场传感器(4.13)固定在非磁敏感材料等强度梁
(4.12)的正面，第二光栅磁场传感器(4.14)固定在非磁敏感材料
等强度梁(4.12)的反面，且第一光栅磁场传感器(4.13)与第二光
栅磁场传感器(4.14)对齐，第一光栅磁场传感器(4.13)和第二光
栅磁场传感器(4.14)的信号输出端作为分布式磁场传感设备(4.6)
的信号输出端，所述非磁敏感材料等强度梁(4.12)的另一端固定磁
敏感材料作用块(4.15)。
4.根据权利要求1所述的GMA光栅传感数据降噪处理装置，
其特征在于：所述第一温度传感设备(4.3)、振动传感设备(4.4)、
第二温度传感设备(4.5)和分布式磁场传感设备(4.6)均为光栅传
感器，所述第一温度传感设备(4.3)、振动传感设备(4.4)、第二温
度传感设备(4.5)和分布式磁场传感设备(4.6)的信号输出端均通
过光纤(5)连接光栅解调仪(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩屏，刘磊，张日晓，朱阳洋，董航，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42