中北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

你如果認(rèn)識從前的我，也許會原諒現(xiàn)在的我。 中北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：系 別：機(jī)械工程與自動化學(xué)院、機(jī)械工程系專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化論文題目：指導(dǎo)教師:教授 2012 年 03月 13日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)論文情況根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述一、本課題的研究背景及意義 隨著技術(shù)的進(jìn)步由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)實(shí)現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度化的不斷提高稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計(jì)測以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測控制到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動檢測和粉粒體進(jìn)料量控制等都應(yīng)用了稱重傳感器目前稱重傳感器幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域可以毫不夸張地說從茫茫的太空到浩瀚的海洋以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目都離不開各種各樣的稱重傳感器而稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展動向是把稱重傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性作為極其重要的質(zhì)量指標(biāo)1二、本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國傳感器制造技術(shù)從六十年代萌芽至今走過了五十多年的歷程伴隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展稱重傳感器取得了長足的進(jìn)步為中國計(jì)量計(jì)量現(xiàn)代化做出了巨大貢獻(xiàn)同時(shí)涌現(xiàn)了常州托利多中原電測等一大批骨干傳感器制造企業(yè)基本上形成了中國稱重傳感器業(yè)目前的發(fā)展格局面對風(fēng)起云涌的國內(nèi)外市場及日新月異的中國經(jīng)濟(jì)我國傳感器的發(fā)展依然存在著非常嚴(yán)峻的問題毛斌和裴薇薇在傳感器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀中指出 2010年國家監(jiān)督抽查了八省市16個(gè)企業(yè)共十六支稱重傳感器合格率12支合格率為75%不合格的原因全部是稱重傳感器的誤差超差這結(jié)果真實(shí)的反映了我國稱重傳感器的整體技術(shù)工藝和管理水平和發(fā)達(dá)國家相比還是有很大的差距但在近年研究中還是取得了一定的進(jìn)步2在傳感器的建模過程中張華次英等研究了系統(tǒng)辨識建模的方法目前常用的時(shí)域建模方法有系統(tǒng)辨識方法沃爾什變化方法最大熵譜法自適應(yīng)方法和神經(jīng)元方法等其中系統(tǒng)辨識建模法是應(yīng)用最廣發(fā)展較成熟的一種建模法與之相比沃爾什變換方法所用數(shù)據(jù)較少所建模型的階數(shù)低但對數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)要求嚴(yán)格；最大熵譜法屬時(shí)間序列分析建模方法只需傳感器動態(tài)標(biāo)定中的但它建模的準(zhǔn)確性不高神經(jīng)元方法雖然具有所建模型階次低準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)但離現(xiàn)實(shí)應(yīng)用還有一定的距離此文章在研究各種建模的方法上提出了先對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行積分再用辨識方法進(jìn)行建模減少轉(zhuǎn)換誤差所建模型準(zhǔn)確度較高階次較低且較易實(shí)現(xiàn)遞推算法為改善傳感器動態(tài)特性實(shí)現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償?shù)於ɑA(chǔ)3在研究傳感器的動態(tài)補(bǔ)償中黃杭美在FLANN傳感器動態(tài)方法中指出為滿足快速稱重求的要求結(jié)合遺傳算法尋優(yōu)速度快和函數(shù)聯(lián)接型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有較強(qiáng)的函數(shù)逼近能力的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種基于遺傳算法優(yōu)化的FLANN補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)對稱重傳感器的動態(tài)特性補(bǔ)償采用遺傳算法優(yōu)化FLANN的連接權(quán)值此種方法的仿真表明:階躍響應(yīng)時(shí)間快且超調(diào)量小有效地提高了稱重傳感器的動態(tài)響應(yīng)過程且方法簡單易于工程實(shí)現(xiàn)易于實(shí)用價(jià)值4在稱重傳感器動態(tài)補(bǔ)償器的一種新的設(shè)計(jì)方法中俞阿龍和李正為了拓展稱重傳感器的工作頻帶把電荷轉(zhuǎn)移器件用于其動態(tài)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)出具有頻率特性可調(diào)節(jié)的動態(tài)補(bǔ)償器由于稱重傳感器的動態(tài)特性不理想輸出響應(yīng)不能精確反應(yīng)輸入量在稱重傳感器后串聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償器即構(gòu)建一個(gè)動態(tài)補(bǔ)償模型和傳感器一起構(gòu)成一個(gè)理想的動態(tài)測試系統(tǒng)就可對傳感器的動態(tài)特性補(bǔ)償此文章對稱重傳感器的動態(tài)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入的研究把電荷轉(zhuǎn)移器件用于設(shè)計(jì)中由于CTD器件具有模擬性和數(shù)字性相結(jié)合的突出特點(diǎn)由此而設(shè)計(jì)的補(bǔ)償器具有穩(wěn)定性好不存在阻抗匹配等優(yōu)點(diǎn)5 國外研究人員Pasquale Arpaia等人員在研究稱重傳感器的過程當(dāng)中提出了稱重傳感器的一些動態(tài)模型的自適應(yīng)的補(bǔ)償方法有系統(tǒng)辨識法根軌跡法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法等在各種各樣的算法實(shí)現(xiàn)中即可用軟件實(shí)現(xiàn)也可用硬件實(shí)現(xiàn)用設(shè)計(jì)要基于傳感器的軟件方法補(bǔ)償時(shí)參數(shù)設(shè)計(jì)靈活使用方便主要問題是數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性問題；而用硬件補(bǔ)償時(shí)實(shí)時(shí)性好但有時(shí)電路參數(shù)調(diào)整比較麻煩因?yàn)閯討B(tài)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)要基于傳感器的動態(tài)模型在測量中所測重量將成為傳感器參數(shù)的一部分傳感器的動態(tài)模型會隨著被測重量而變化這就要求設(shè)計(jì)出一些相應(yīng)的動態(tài)補(bǔ)償器去實(shí)現(xiàn)稱重過程中響應(yīng)的快速性和準(zhǔn)確性而國外僅僅抓住研究課題在相應(yīng)的生產(chǎn)領(lǐng)域也設(shè)計(jì)出了準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性都達(dá)到一定要求的稱重傳感器在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝中吸取了工程化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)擬實(shí)技術(shù)和虛擬技術(shù)加快開發(fā)速度減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)美國THI公司研制的1410型5一30kg鋁合金稱重傳感器準(zhǔn)確度等級優(yōu)于C3級可承受離心力和機(jī)械振動內(nèi)裝特制的粘性阻尼器保證稱量時(shí)有較快的穩(wěn)定時(shí)間一般低于50ms大大改善了稱重傳感器的動態(tài)特性6三、本課題相關(guān)理論綜述稱重傳感器是用來將重量信號或壓力信號轉(zhuǎn)換成電量信號的轉(zhuǎn)換裝置7稱重傳感器采用金屬電阻應(yīng)變片組成測量橋路利用金屬電阻絲在張力作用下伸長變細(xì)電阻增加的原理即金屬電阻隨所受應(yīng)變而變化的效應(yīng)而制成的（應(yīng)變就是尺寸的變化）稱重傳感器進(jìn)行測量時(shí)我們需要知道的是應(yīng)變片受應(yīng)變時(shí)的電阻變化通?？偸遣捎脩?yīng)變片組成橋式電路（惠斯登電橋）將應(yīng)變片引起的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓變化來進(jìn)行測量的稱重傳感器在制造過程中為了改善它的性能特別是改善溫度特性一般要在應(yīng)變片電路中附加對零點(diǎn)和靈敏度的溫度補(bǔ)償即除了應(yīng)變片外其中還增加了各種補(bǔ)償電阻8 零點(diǎn)補(bǔ)償?shù)哪康氖潜M量減小電橋零點(diǎn)隨溫度的變化因此出應(yīng)變片本身的溫度自補(bǔ)償外又加入了電阻溫度系數(shù)和電橋中應(yīng)變片的溫度系數(shù)不同的電阻元件（如銅電阻或鎳電阻等）以加強(qiáng)補(bǔ)償作用 靈敏度補(bǔ)償?shù)哪康氖菧p小輸出電壓隨溫度的變化即補(bǔ)償彈性體的彈性系數(shù)和應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)隨溫度的變化因此對電橋中串接了兩個(gè)與電橋溫度補(bǔ)償作用相同的電阻同時(shí)電路中的其它電阻用于將電橋的初始平衡額定輸出和輸入電阻等參數(shù)調(diào)整到規(guī)定的數(shù)值 隨著測控技術(shù)的發(fā)展對稱重傳感器的性能提出了越來越高的要求不僅要求傳感器具有良好的靜態(tài)特性而且應(yīng)具有良好的動態(tài)特性9動態(tài)特性是指當(dāng)輸入量隨時(shí)間快速變化時(shí)輸入與輸出之間動態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)描述10而最為普遍的由普遍的有應(yīng)變計(jì)和彈性體組成的稱重傳感器由于彈性體的阻尼比過小傳感器到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間較長動態(tài)特性較差難以滿足快速測量的要求提高傳感器動態(tài)響應(yīng)的快速性可以從兩方面入手一是改變其結(jié)構(gòu)參數(shù)和設(shè)計(jì)減少中間傳遞環(huán)節(jié)從而提高快速性二是設(shè)計(jì)動態(tài)補(bǔ)償器串接在傳感器之后以縮短整個(gè)測量系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間11這也就要求分析傳感器的動態(tài)特性的一些指標(biāo)：上升時(shí)間、峰值時(shí)間、最大超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間12傳感器動態(tài)性能的補(bǔ)償可以歸納為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正用到了零極點(diǎn)配置法的原理13此外了解傳感器的動態(tài)標(biāo)定的方法有沖擊響應(yīng)法階躍響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法14四、作者的觀點(diǎn)和主要思路稱重傳感器的原理首先要弄清楚把握了傳感器的一些基本知識后學(xué)習(xí)動態(tài)建模的基本知識學(xué)會稱重傳感器的建模方法了解一些傳感器的自適應(yīng)動態(tài)補(bǔ)償方法在建立動態(tài)模型的基礎(chǔ)上對傳感器的一些參數(shù)進(jìn)行分析從而設(shè)計(jì)出稱重傳感器的動態(tài)補(bǔ)償器進(jìn)行仿真從而得到想要的效果在稱重傳感器的動態(tài)建模時(shí)要根據(jù)力學(xué)等基本理論對傳感器的輪換原理進(jìn)行分析和抽象提出模型列出微分方程對微分方程進(jìn)行拉普拉斯變換在初始條件為零的情況下寫出傳感器的傳遞函數(shù)得到模型后要對模型所涉及的一些參數(shù)進(jìn)行分析和判斷了解一些動態(tài)模型的自適應(yīng)的補(bǔ)償方法有系統(tǒng)辨識法根軌跡法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法等從而提高響應(yīng)的快速性和準(zhǔn)確性在完成補(bǔ)償器的基礎(chǔ)上然后用MATLAB軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證是否縮小了整個(gè)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間15參考文獻(xiàn):1劉九卿應(yīng)變式稱重傳感器技術(shù)發(fā)展概況拓天儀表201111（8）2毛斌裴薇薇.稱重傳感器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀.建材與裝飾2011 17(9): 9103張華次英謝植傳感器動態(tài)建模的一種辨識法傳感器技術(shù)200423（1）:38404黃杭美基于FLANN的稱重傳感器動態(tài)補(bǔ)償方法傳感器與微系統(tǒng)200625（8）:25285俞阿龍李正稱重傳感器動態(tài)補(bǔ)償器一種新的設(shè)計(jì)方法.電器自動化.20086:88896Pasquale ArpaiaPasquale DaponteDomcaico Grimaldiet al. ANN Based Error Reduction for Experientally Modeled Sensors. IEEE Trans.on Insturmentation and Measurement200251(1):23307宋文緒楊帆傳感器與檢測技術(shù)北京：高等教育出版社8許華峰董燕高準(zhǔn)確度電阻應(yīng)變式稱重傳感器補(bǔ)償技術(shù)衡器20017(4):309黃俊欽靜動態(tài)數(shù)字模型的實(shí)用建模方法北京:機(jī) 械工業(yè)出版社1988.8:42610潘宏俠機(jī)械工程測試技術(shù)北京國防工業(yè)出版社2011.3:30211Brignell J B. Software techniques for sensor compensationJ. sensors & ActuatorsA25(27):374112 徐科軍 傳感器動態(tài)特性的使用研究方法.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 .1992.2:17113朱照張志杰傳感器實(shí)時(shí)動態(tài)補(bǔ)償方法和誤差分析傳感器與微系統(tǒng)201029（6）:697014H.M.TongG.ArjavalingamR.D.HaynesG.N.HyerandJJ.Ritsko.High-tem-perature Thin-film Pt-Ir Thermocouple with Fast Time Response. Rev. Sci. Instrum.198758(5):87587715楊叔子楊克沖機(jī)械工程控制基礎(chǔ)武漢華中科技大學(xué)出版社2005.7:324 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一、本課題要研究或解決的問題稱重傳感器是日常生活中常使用的傳感器在一些重大工程經(jīng)常用到本課題要求我們掌握稱重傳感器的相關(guān)知識具體來說有以下幾點(diǎn)：1. 學(xué)習(xí)傳感器動態(tài)特性的基本知識了解稱重傳感器的基本工作原理2學(xué)習(xí)稱重傳感器動態(tài)建模方法能建立稱重傳感器的動態(tài)模型；3. 學(xué)習(xí)傳感器自適應(yīng)動態(tài)補(bǔ)償?shù)幕痉椒ǎ?建立稱重傳感器的動態(tài)模型采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔO(shè)計(jì)補(bǔ)償器；5.對所設(shè)計(jì)的稱重傳感器自適應(yīng)動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證其有效性二、擬采用的研究手段1.建立稱重傳感器的動態(tài)模型在了解了稱重傳感器的知識基礎(chǔ)上建立稱重傳感器的動態(tài)模型主要依據(jù)的是機(jī)理建模法在稱重傳感器的動態(tài)建模時(shí)要根據(jù)力學(xué)等基本理論對傳感器的輪換原理進(jìn)行分析和抽象提出模型列出微分方程對微分方程進(jìn)行拉普拉斯變換在初始條件為零的情況下寫出傳感器的傳遞函數(shù)從而進(jìn)行以下的研究2.研究動態(tài)模型的動態(tài)響應(yīng)特性建立相應(yīng)的的程序用MATLAB軟件仿真分析稱重傳感器的動態(tài)特性：上升時(shí)間、峰值時(shí)間、最大超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間從而判斷動態(tài)性能是否符合要求3.設(shè)計(jì)動態(tài)補(bǔ)償器用零極