三丝型质点振速传感器的模型分析

矢量传声器在声源的识别检测与定位功能中有着极其重要的作用,质点振速传感器作为矢量传声器的核心原件,可以直接测量空气中质点振动速度。目前,两丝型传感器在理论与实验方面已有较多研究,而三丝型传感器仍然缺少相应的理论分析。从微通道内热传导方程出发,分别探究了该传感器在无声源和有声源情况下微通道内的稳态温度场和热扰动场,并以此初步建立了三丝型质点振速传感器的解析模型。随后,利用有限元仿真软件ANSYS进行建模与仿真,将得到的数值模拟结果与解析模型比对,验证了解析模型,为研发高性能质点振速传感器提供了理论分析与设计基础。     

基于时频融合特征的3D空间手写识别

研究基于3D加速度传感器的空间手写识别技术,提出一种基于时频融合特征的分类识别方法。从加速度数据中提取短时能量 (STE)特征及低频分量,经快速傅里叶变换后提取频域特征WPD+FFT,将时域特征STE和频域特征WPD+FFT进行特征融合,利用主成分分析法对其降维,采用支持向量机进行分类识别。实验结果表明,该方法能提高空间手写识别系统的识别率。     

基于GPS伪距的火箭弹扰动源最优估计方法

针对某型火箭弹纵向运动过程,根据小扰动运动理论,采用“系数冻结法”推导出了火箭弹纵向扰动运动的解析方程.根据风洞吹风实验数据,采用拟合的方法给出弹体纵向运动气动参数模型,建立了以气动系数误差扰动源和GPS误差源为状态量的系统状态方程,利用GPS伪距观测量构建了系统量测方程,应用扩展卡尔曼滤波方法对火箭弹被动段纵向平面的气动参数误差干扰源进行最优估计和仿真.仿真结果表明,改进方法加快了扰动源误差的收敛速度,并提高了估计精度.     

基于超声流量计的包络互相关时延理论及仿真

针对超声波流量计存在的互相关函数法峰值确定难、运算量大等问题,采用了一种基于傅里叶变换(FFT)的直接提取相关函数包络的快速算法。对超声波流量计建立了物理测量模型,并得出数学模型,然后利用基于FFT方法直接提取相关函数包络。Matlab仿真结果证明,该方法能精确提取相关函数的包络,并搜索到相关函数的峰值位置,从而大幅度提高超声波流量计的精度。     

基于屏幕空间的海洋仿真的研究与实现

针对海洋模拟仿真中真实性和实时性难以均衡的难题,提出一种基于频谱统计模型和Perlin噪声模型对海浪建模,应用快速傅里叶变换(FFT)生成高度场并与Perlin噪声高度场线性混合的方法。把在屏幕空间生成的高度场网格点通过算法投射到世界空间生成合适的网格,利用统一计算设备架构(CUDA)高效的并行计算能力把复杂的模型数据转移到图形处理器(GPU)中进行处理。实验结果表明,该方法在保持场景真实性的同时,有效降低了计算复杂度,提高了绘制实时性。     

基于粘滞流体B样条模型的快速非刚体配准方法

基于粘滞流体模型的非刚体配准算法是一种适合个体差异较大配准场合的方法。其关键步骤为求解偏微分运动方程组,但原始算法中采用直接离散结合同步超松弛(SOR)的方法相当耗时。为了缩短求解时间,提出一种基于粘滞流体B样条模型的快速方法。首先利用B样条对速度场进行建模,将方程组未知量转为B样条系数,减小计算负担;接着利用B样条的一些重要性质,推导出基于快速傅里叶变换(FFT)的B样条系数求解方法,进一步加快求解速度。实验结果表明,新算法在保持原始算法相同配准精度的同时,具有很快的计算速度。     

基于带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性标定方法

目前磁传感器多用于对静态或准静态磁场环境的测试,当被测磁场矢量快速变化时,磁传感器的动态特性成为影响其测量精度的关键因素。针对测试现场环境中难于产生标准的高频交变激励磁场源致使磁传感器动态特性无法准确快速标定的难题,提出一种基于带电直导线周围磁场的磁传感器动静态特性现场快速标定方法。首先提出并构建了一种基于带电直导线的标准宽频带磁场发生器,采用毕奥-萨伐尔定律分析了带电直导线周围磁场分布规律;其次通过在长直导线中加载典型交变激励电流,产生典型交变磁场,采用系统辨识方法实现对磁传感器动态特性标定;最后对某矢量磁传感器测量系统进行了时域、频域动态模型标定。实验表明所提出的磁传感器动态模型标定方法具有简便、快速、高效、准确的优点,便于工业现场对各类磁传感器进行动静态特性标定。     

注入脉冲与局部放电UHF信号的等效性仿真研究

在进行GIS UHF传感器现场校核时注入的模拟脉冲和真实局部放电在GIS中传播衰减规律的等效性是保证传感器校核有效性的重要前提。本文通过建立与某220KV GIS尺寸一致的模型,仿真分析了注入脉冲与局部放电UHF信号的等效性,仿真过程中将信号源分别设置在GIS内部高压导杆和GIS金属法兰浇筑孔处来作为局部放电激励源和注入脉冲激励源。在仿真模型的内部设置了观测点来接收UHF电磁波信号,通过在观测点测量到的信号幅值来比较注入脉冲与局部放电UHF信号的衰减程度,同时使用FFT变换对信号波形进行了频谱分析。研究结果表明,注入脉冲UHF信号在时域和频域上均能很好地模拟局部放电UHF信号,在现场实验时可利用注入脉冲来代替局部放电来对UHF传感器进行校核。     

基于卡尔曼滤波的谐波检测分析

针对日益严重且复杂的电网谐波问题,提出了一种基于卡尔曼滤波的谐波检测方法.阐述了卡尔曼滤波器的跟踪估计原理,并建立了基于卡尔曼滤波器谐波分析的数值模型,结合Matlab仿真平台对算法检测稳态谐波和暂态谐波信号的性能进行了分析.通过对比研究表明该算法在准确度、快速性、暂态谐波分析等方面均优于快速傅里叶变换(FFT),仿真和试验结果表明该算法在分析复杂的电网电能质量事件中具有较高的实用性.     

基于FFT盲辨识的肌电信号建模及模式识别

针对表面肌电信号(Electromyographic signal,sEMG)产生原理复杂、易受人体自身及外界因素影响的特点,采用基于快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)的盲辨识方法建立肌电信号模型.该方法通过计算即可确定信道阶次,无需人为凭借经验设定,且计算简单、易于实现、运算速度快.其利用输出信道间的相互关系特性,实现信号的频域盲辨识,建立数学模型.此方法适用于小样本信号建模,非常适合易受肌肉疲劳影响的表面肌电信号.将模型系数作为改进的BP神经网络的输入,实现多运动模式识别,与其他盲辨识方法比较,此方法识别效果较好.     

电磁跟踪系统磁传感器性能的数值模拟研究

为了研究电磁跟踪系统磁性环天线型传感器性能,采用基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术实现了并行时域有限差分(FDTD)算法.为了克服系统激励源频率较低难以模拟的困难,引入快速傅立叶变换(FFT)算法,分析了所需频段的传感器磁场特性.通过数值模拟结果验证了所提算法的正确性,分析了磁传感器线圈尺寸与磁芯材料导磁率对传感器性能的影响,分析了系统工作环境中存在金属物体时的磁场畸变规律,为系统的改进与误差机理的研究提供了理论基础.     

基于磁导调制的直线式时栅位移传感器

为了满足恶劣环境下精密位移测量的需求,解决现有测量方法在大量程和高精度之间无法兼顾的难题,克服小栅距造成加工难度大的缺点,提出一种基于磁导调制的驻波合成行波的新方法,研究一种新型直线式时栅位移传感器。通过对传感器测量原理的理论推导,设计了传感器的基本结构,应用三维磁场仿真软件Ansoft Maxwell对传感器进行建模与仿真,采用快速傅里叶变换( FFT)对仿真结果进行误差分析与溯源,根据分析结果对模型结构优化并进行仿真实验验证;根据优化模型制作传感器实物并搭建实验平台进行实验验证。实验结果显示：在200 mm测量范围内,测量精度达±600 nm,且传感器制造简易,成本低廉,在实际工程中具有重要的实用价值。     

Distributed classification of acoustic targets in wireless audio-sensor networks

Target tracking is an important application for wireless sensor networks. One important aspect of tracking is target classification. Classification helps in selecting particular target(s) of interest. In this paper, we address the problem of classification of moving ground vehicles. The basis of classification are the audible signals produced by these vehicles. We present a distributed framework to classify vehicles based on features extracted from acoustic signals of vehicles. The main features used in our study are based on FFT (fast Fourier transform) and PSD (power spectral density). We propose three distributed algorithms for classification that are based on the k-nearest neighbor (k-NN) classification method. An experimental study has been conducted using real acoustic signals of different vehicles recorded in the city of Edmonton. We compare our proposed algorithms with a naive distributed implementation of the k-NN algorithm. Performance results reveal that our proposed algorithms are energy efficient, and thus suitable for sensor network deployment.     

基于载波频率的高频电流传感器均流控制系统设计

为使支路电流与总电流之间的数值配比关系始终低于额定极值标准,从而避免高频传感器元件出现电流占空输出的表现情况,设计基于载波频率的高频电流传感器均流控制系统。在IGBT驱动电路的支持下,按需连接电容变压器、均流电感元件、滤波电流传感器三类硬件应用设备,再根据DSP控制单元中支路电流的输出水平,确定电量变换器设备所处的实时连接位置,完成高频电流传感器均流控制系统的开发与实现。根据电流循环谱的特征条件,计算一阶载波指标、二阶载波指标的计算数值,联合已知的载波系数参量,确定当前情况下的电流频率协方差标准,实现基于载波频率的电流传输行为估计,匹配各级软、硬件执行条件,完成高频电流传感器均流控制系统的设计。实验结果表明,随着基于载波频率的均流控制系统的应用,支路电流与总电流之间的配比系数极大值始终不会超过额定极值条件,能够较好抑制高频传感器元件出现电流占空输出的情况,符合实际应用需求。     

一种偶数基Cooley-Tukey FFT高性能实现方法

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)是最重要的基础算法之一,在科学计算、信号处理、图像处理等领域都有着广泛的应用。随着这些应用领域对实时性需求的进一步提高,FFT算法面临着越来越高的性能要求。在现有的FFT算法库中,FFT算法的求解速度和计算精度受到一定程度的限制,而且也少有研究者对偶数基Cooley-Tukey FFT的高性能实现提出相应的优化策略并对技术进行深入研究。基于此,文中提出了一套针对偶数基的Cooley-Tukey FFT的优化策略和方法。首先构建一个SIMD(Single Instruction Multiple Data)友好、支持混合基的蝶形网络,然后根据偶数基旋转因子特性最大限度地降低蝶形计算的复杂度,接着通过SIMD汇编优化、汇编指令重排及选择、寄存器分配策略制定、高性能矩阵转置算法等方法来优化应用,最后实现一个高性能的FFT算法库。目前,最流行、应用最广的FFT有FFTW和Intel MKL。实验结果表明,在X86计算平台上,新提出的这套针对偶数基Cooley-Tukey FFT的技术所实现的FFT算法库的性能全面优于MKL和FFTW。所提出的这套高性能算法优化和实现技术体系,可推广到除偶数基以外的其他基的实现和优化上,为进一步的研究开发工作奠定一定的基础,进而突破FFT算法在硬件平台上的性能瓶颈,实现一套针对特定平台的高性能FFT算法库。     

电涡流传感器建模与仿真分析

利用电涡流位移传感器可以研制出防水性电子数显卡尺。应用有限元技术(ANSYS软件)对空心平面线圈的三维电磁模型进行了仿真分析,建立了以空心平面线圈为特征的电涡流传感器数学模型,并将线圈分解为多个导线,分别独立仿真,最终进行合成。将仿真结果与实验结果相对照,结果表明:上述仿真结果与实际传感器的特性是吻合的。本研究结果为这种传感器的实际应用提供了有利的分析方法和手段。     

基于多层GMR材料的电流传感器设计与实验研究

将磁芯和两个磁屏蔽层引入GMR电流传感器,以提高其灵敏度和精度;并在磁芯中加入偏置绕组以提供偏置磁场。建立了传感器的数学模型,用于分析闭环电流传感器的影响因素。基于分析和仿真结果,设计了样机。测试并对比分析了磁滞对传感器的影响、测量范围、频率响应以及电流传感器的相对误差。所设计的电流传感器具有灵敏度高,精度高,相对误差小(0.8%)的优点。在被测电流值为20 A情况下,被测电流的频率范围高达300 kHz。     

一种涡流传感器恒流驱动电路设计

针对现有涡流传感器采用开环恒压驱动方式驱动,存在驱动电流受电路温漂和负载变化影响的问题,设计了一种应用线性控制理论的涡流传感器恒流驱动电路。详细介绍了该电路的各模块及多输入单输出反馈控制系统应用电路的设计。仿真和电路试验结果表明,相比于传统的涡流传感器开环恒压驱动电路,该电路不仅能提供恒定驱动电流,还具有较小的温漂及较强的负载变化能力。     

基于三维有限元的电涡流传感器参数的仿真研究

电涡流传感器的参数变化对其性能的影响是比较显著的,因此设计电涡流传感器的关键在于对传感器参数进行优化,采用有限元技术(ANSYS软件)对不同形状的空心平面线圈的三维电磁模型进行仿真分析,在得到各种电感曲线的基础上．定性地分析了几种主要参数变化对变面积式电涡流传感器的影响,结果表明,为了提高传感器测量灵敏度,线圈应采用较小的长度、较大的宽度和尽可能小的间隙,该项研究成果为传感器优化分析提供了有利的方法和手段。     

人工心脏磁悬浮系统涡电流位移传感器的设计

设计一种用于人工心脏的非接触式涡电流位移传感器。针对人工心脏磁悬浮系统特有的钛合金隔层结构,采用有限元分析涡电流位移传感器磁场,得到其结构参数;同时研制能实时监控传感器线圈绕制的装置,以提高线圈阻抗的一致性。经对传感器性能测试,结果显示所设计的涡电流位移传感器标准偏差为3.8%,灵敏度高于10%,能满足人工心脏磁悬浮系统的要求。