[发明专利]电涡流传感器输出曲线高精标定的线性度优化方法

摘要

本发明电涡流传感器输出曲线高精标定的线性度优化方法属于检测技术领域，涉及一种提高电涡流传感器输出特征曲线标定精度的线性度优化方法。该方法先利用高精位移运动平台以及电脑服务器对电涡流位移传感器测量的位移值与输出电压信息进行匹配测量，获取其输出特性曲线；然后建立规定量程要求下的传感器敏感度优化函数，使传感器输出量程满足要求；基于中程及末程传感器测量值权重优化，建立优化函数，反复优化输出曲线线性度。最终将特性曲线校准，满足要求的线性输出特性，实现电涡流位移传感器高精标定的线性度优化过程。该方法提高了标定特征曲线的线性度，有效解决了由于标定误差引起的位移测量不精确的问题；方法简单、易操作。

主权项

1.一种电涡流传感器输出曲线高精标定的线性度优化方法，其特征是，该方法先设计了一种电涡流传感器标定实验系统，利用高精位移运动平台以及电脑服务器对电涡流传感器测量的位移值与输出电压信息进行匹配测量，获取其输出特性曲线；然后，建立规定量程要求下的传感器敏感度优化函数，使传感器输出量程满足要求；基于中程及末程传感器测量值权重优化，建立优化模型，反复优化输出曲线线性度；最终，将特性曲线校准，满足要求的线性输出特性，实现电涡流位移传感器高精标定的线性度优化过程；方法的具体步骤如下：第一步 获取电涡流传感器测量位移值与输出电压值匹配信息首先将电涡流位移传感器(3)固定在测量架上并保持位置不动，然后采用高精位移平台(1)带动标定材料(2)做直线运动，通过位移平台控制器(5)控制高精位移平台(1)运动，传感器(3)感知位移变化并转化成电压的变化，通过电脑服务器(4)采集运动的位移值x以及电压输出值u，完成匹配信息的获取；即：f:x→u  (1)并采用线性度系数R²作为f中相关性的评定；式中，为电压u拟合值与真值均值之差的平方和，为电压u真值与真值均值之差的平方和，i为样本序号(i＝1,2,…,n)，n为样本数；第二步 在规定输出范围要求下，建立传感器敏感度优化函数f_s建立传感器真实输出值u到要求输出值U的映射关系f_s:u→U，从而改变输出特性曲线斜率，即敏感度，最终将输出范围调整至要求的输出范围；令真实输出值u与要求输出值U满足：则u到U的空间线性映射关系为：第三步 建立中程测量值权重最优的线性度优化模型g_m将敏感度调整函数f_s矫正后的电压输出值u₁进行线性度调节，目标输出值为U，建立加权支持向量机调整模型，最优化问题为：其中，ω、b分别是最优超平面斜率与截距，C是惩罚系数，ξ_i是松弛变量，μ_i为权重系数；经简化计算后，为解决式(6)中的对偶问题：其中，α为拉格朗日乘子，e＝[1,2,…,n]^T，Q为n×n的半正定矩阵；Q_ij＝U_iU_iK(u_1i,u_1i)  (7)其中，K(u_1i,u_1i)为核函数方程；式(6)求解后，根据对偶关系，则ω的最佳优化结果满足：其中，φ(u_1i)代表u_1i向高维空间的映射；根据中程测量值权重最优进行传感器输出电压的调整，在传感器位移测量范围x∈(x_min,x_max)内建立均值为标准差为σ_x的正态分布函数作为权重，并参与模型优化求解；最终的调整模型表示为：第四步 建立末程测量值权重最优的线性度优化函数g_f末程测量值权重最优的线性度调整函数建立过程与第三步类似，而权重参数方程则以均值为x_max，标准差为3σ_x的正态分布函数作为权重，并参与模型优化求解，最终的调整模型表示为：第五步 建立电涡流位移传感器输出特征曲线线性度优化函数L经过第二、三、四步调整后，得到映射u→U的映射模型其中，残差Δ为：循环第二、三、四步，对残差进行优化，直至Δ→0；最终的电涡流位移传感器输出特征曲线调整函数L为：则，优化模型F:x→U表达为：通过上述步骤最终完成电涡流位移传感器高精标定的线性度优化。