8/4-4分载式并联六维力传感器建模与分析

为增大传感器量程,适应大负载要求,基于8/4-4并联压电六维力传感器,提出了一种8/4-4分载式并联结构的六维力传感器。基于大力分载原理,在8/4-4并联压电六维力传感器的基础上,各个支链采用压电陶瓷作为敏感元件,增加中心承载梁,使其分载传感器的大部分外负载广义六维力。建立8/4-4分载式并联六维力传感器的数学模型,并推导其解耦算法。通过ADAMS算例仿真与理论模型进行对比,六维力传感器的数学模型及解耦算法的误差不超过0.14%,验证了其准确性。     

六维加速度传感器的结构模型及虚拟仪器设计

针对传统六维加速度传感器输出信号失真的问题,设计了一种可预紧的、12条支链的并联式六维加速度传感器模型。通过在外壳上增设副板、预紧螺钉、锁紧板,实现了所有支链的预紧和防松功能;虚拟试验结果显示,预紧后,支链的轴向力均为正压力,表明该方案是有效的。从解耦特点出发,确定弹性铰链的材料为65 Mn,最小直径为1.5mm;经计算,工作时受到的最大应力为388.31 MPa,最大变形量为0.009mm。最后,设计了虚拟仪器,包括数据采集和数据处理两大模块,为传感器的后续试验提供了软件支撑。     

加速度场中工作的六维力传感器软件设计

六维力传感器处于加速度场中,其自身受到惯性载荷作用产生的力信号和被测试件产生的力信号混合在一起,传感器系统很难准确给出被测试件产生的受力(矩)情况。本文分析了六维力传感器在离心加速度场中工作的受力情况以及测量工作原理,给出其在加速度场进行力(矩)测量的解耦方法,在此基础上,开发了一套可应用于离心加速度试验的六维力传感器测量软件。经过试验验证,证明该软件可成功用于离心加速度六维力传感器的动态测量。     

一种六维加速度传感器原理的研究

提出并研究了一种基于6只单轴加速度传感器的六维加速度传感器的原理及结构,建立了获取6维加速度的传感模型,并利用建立的传感模型在Matlab/Simulink环境下对提出并研究的6维加速度传感器的传感特性进行了数字仿真分析。研究结果表明,该6维加速度传感器能够实现6维加速度传感。     

一种六维加速度传感器原理的研究

提出并研究了一种基于6只单轴加速度传感器的六维加速度传感器的原理及结构,建立了获取6维加速度的传感模型,并利用建立的传感模型在Matlab/Simulink环境下对提出并研究的6维加速度传感器的传感特性进行了数字仿真分析.研究结果表明,该6维加速度传感器能够实现6维加速度传感.     

并联式六维加速度传感器动力学模型研究

为实现六维加速度的测量,设计一种能实现六维加速度测量的传感器原型.加速度传感器以六自由度并联机构作为弹性机体,以压电陶瓷作为敏感单元,建模过程中充分考虑了传感器中心质量块坐标系、传感器外壳坐标系及参考惯性系之间的关系,在运动学分析的基础上基于Kane方法建立了该传感器的数学建模,得到了包含六维加速度信号的2阶非线性微分方程组,利用数值计算法完成六维加速度的计算.在激振试验台上的测试结果显示,与给定输入的加速度信号相比,六维加速度的测量误差约为0.2％,实验表明并联式六维加速度传感器数学模型的正确性及测量方法的可行性.     

一种六维加速度传感器原理的研究

提出并研究了一种基于6只单轴加速度传感器的六维加速度传感器的原理及结构，建立了获取6维加速度的传感模型，并利用建立的传感模型在Matlab/Simulink环境下对提出并研究的6维加速度传感器的传感特性进行了数字仿真分析。研究结果表明，该6维加速度传感器能够实现6维加速度传感。     

六维加速度传感器动力学方程的矩阵解法

并联式六维加速度传感器动力学方程的强耦合、非线性,给加速度六分量实时、稳定、精确的解耦带来困难。通过引入辅助角速度,系统的欧拉动力学方程由二阶非线性微分方程组化简为一阶线性非定常微分方程组。通过两次利用矩阵解法来分别获得载体辅助角速度和姿态四元数的数值解,从而求解出载体的角运动参量。将角运动参量代入系统牛顿动力学方程中可获取载体的线运动参量,继而实现了加速度六分量的完全解耦。动力学仿真试验表明,在5s内,利用矩阵解法获得的线加速度及角加速度误差分别在0.2%和0.1%以内,充分说明了所推导矩阵解法的正确性及有效性。     

基于Stewart机构的六维力传感器解耦算法研究

解耦算法的改进是提高六维力传感器计算精度的一个重要方面,在线性标定静态解耦算法的基础上,提出了均值标定矩阵算法,并且制定了该算法优劣的评价标准,即精度检验法和最小条件数法,通过对实际传感器数据的处理,表明该算法得到的标定矩阵其条件数最小,并且计算精度高,可以达到0.5%的水平。     

一种新型三维加速度传感器静态解耦研究

所述新型三维加速度传感器由于受到结构、应变片粘贴、加工等因素的影响,在测量中存在维间耦合,影响测量精度。传统的是利用最小二乘法线性解耦。该文根据BP神经网络的强非线性映射功能研究了其非线性解耦方法。以新型传感器标定实验中的实验数据为对象,分别对其进行了非线性解耦和线性解耦,结果表明解耦精度提高了六倍。     

新型声表面波三轴加速度传感器的设计仿真

该文提出一种新型声表面波三轴加速度传感器,并对传感器进行了建模和有限元仿真分析,获得了不同加速度载荷下传感器结构的位移和应变分布。该传感器采用四端五梁结构,通过谐振器位置和算法的设计消除了温度漂移对x、y轴向加速度响应的影响,并实现了各轴向加速度的解耦。从理论和仿真上验证了所提出的三轴加速度传感器整体设计的可行性。结果表明,对传感器结构的模态分析为避免实际应用中对传感器的破坏提供了一定的依据。对所设计传感器进行模态分析,求得传感器的固有频率,以规避传感器的共振损伤。     

风力发电机振动采集系统的设计

针对振动分析在风力发电机状态检测及故障定位中的作用,设计了基于ADXL335三轴加速度传感器的振动采集系统,并通过STM32实现模数转换。对信号采集过程中出现的频率混叠,设计了六阶巴特沃斯低通滤波器,采用Savitzky-Golay平滑算法对信号中掺杂的噪声进行去噪。测试结果表明：所设计滤波器可有效滤除600Hz以上的信号,振动加速度的误差可控制在0.5%以内;Savitzky-Golay平滑算法可有效消除信号中的噪声。     

六维加速度传感器结构参数对其灵敏度的影响

设计了一种基于并联机构的压电式六维加速度传感器,推导出传感器结构参数与灵敏度间的关系表达式.利用软件机械系统动力学自动分析(ADAMS)对解析计算公式进行校验,仿真结果与计算结果相吻合,两者相对误差不超过0.055%.通过参数化分析得到传感器结构参数对其灵敏度的影响:线加速度灵敏度仅受传感器中心质量块的质量影响;角加速度灵敏度受质量块的质量、边长及共面上2个铰支点间的距离影响.上述结论为六维加速度传感器的结构设计提供了理论依据.     

T-S模糊半马尔可夫跳变系统故障估计

针对一类具有一般不确定转移概率的T-S模糊半马尔可夫跳变系统(S-MJS)设计了一个降维观测器,它可以同时估计系统状态、执行器故障及传感器故障,并且能够完全解耦外部干扰.利用线性矩阵不等式的形式,给出了观测器存在的充分条件,并证明误差系统可在有限时间内稳定.最后通过数值仿真验证了所提方法的有效性.     

基于双窗全相位FFT的激光多普勒频率提取与校正方法

针对于激光多普勒信号解算中存在的频谱泄露以及栅栏效应等问题,将性能更优异的汉宁自卷积窗(HSCW)以及全相位频谱分析(apFFT)运用于多普勒信号的短时傅里叶变换(STFT)中,并且通过双谱线法对所获得的频谱进行了校正。理论与仿真表明,双汉宁自卷积窗(HSCW)apFFT比传统apFFT更能抑制旁谱泄露,并且相对于传统FFT,双HSCW窗apFFT所提供的的频谱位置与幅值能够更好的满足双谱线校正法频率校正的要求。通过将该种算法应用于高冲击下加速度传感器的校准系统中,实测结果表明,其解算结果与标准传感器的加速度峰值误差在1 %左右。     

一种用于MEMS检测的无耦合六维力传感器的研制

提出了一种用于MEMS检测试验平台中力学量测量的无耦合六维力 /力矩传感器的设计。对传感器的结构形式、测量原理作了介绍 ,进行了试验验证并给出了从 8路输出电压到六维力 /力矩的传递矩阵。该传感器通过采用巧妙的结构形式和特定的电阻应变片布片方案实现了六维力解耦 ,大大简化了后置信号处理电路的设计且在各轴都具有较好的测量分辨率。实验证明 ,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单、贴片方便、制造成本低的优点 ,满足了预计的设计要求     

一种用于MEMS检测的无耦合六维力传感器的研制

提出了一种用于MEMS检测试验平台中力学量测量的无耦合六维力/力矩传感器的设计.对传感器的结构形式、测量原理作了介绍,进行了试验验证并给出了从8路输出电压到六维力/力矩的传递矩阵.该传感器通过采用巧妙的结构形式和特定的电阻应变片布片方案实现了六维力解耦,大大简化了后置信号处理电路的设计且在各轴都具有较好的测量分辨率.实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单、贴片方便、制造成本低的优点,满足了预计的设计要求.     

新型快速自修复光纤传感器的设计与性能

针对光纤微弯传感器在强扰动信号作用下,因光纤受损而丧失部分或全部功能的问题,进行了关于传感器自修复的研究.该传感器采用自制的具有良好光学、机械和粘接性能的短波光固化修复剂,将其注入预置有传感光纤的柔性空心纤维中,设计了一种可以实现在线自诊断和实时自修复的双窗口(长波检测、短波修复)智能光纤微弯传感器.对修复时间、修复效果进行了实验和分析.结果表明,该传感器自修复时间短,修复后机械和光学性能良好,并能实现多点修复.     

基于多主体协作技术的光纤Bragg光栅传感器网络自修复实现

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感器监测飞机机翼盒段试验件上的静态载荷,对多主体协作技术实现结构健康监测中光纤Bragg光栅传感器网络的自修复性进行研究。当某个主体的光纤Bragg光栅传感器发生故障时,首先,传感主体依据采集到的传感器信号利用支持向量回归机算法对外部载荷位置进行预测,然后系统协作主体对两个主体的预测结果进行协作,共同对故障传感器信号进行修复,最终获得损伤位置的识别结果。研究表明:多主体协作之后的损伤位置平均识别精度比单独采用任何一个主体的平均识别精度都高,可以对失效传感器信号进行一定的补偿、修复。     

二维加速度采集系统的设计

系统基于MODEL1221加速度传感器,利用MSP430F1611单片机对加速度传感器采集到的信号进行处理并通过串口上传给上位机.本文给出了加速度传感器和MSP430单片机的特性,以及系统的硬件构成和软件流程.通过现场试验,证明该系统能够达到二维加速度采集的设计要求.