基于足底压力传感器的不控制减重比例下步态相位识别

下肢外骨骼机器人是帮助下肢运动功能障碍患者步行训练的新手段，能够减轻医护人员的劳动强度，它常采用减重方式完成辅助训练。然而，对于地面行走减重外骨骼机器人系统而言，其减重比例随步态及穿戴方式变化而变化，因此不控制减重比例下的步态相位识别具有重要意义。通过搭建基于Arduino Mega2560板卡和单侧鞋内8个薄膜式压力传感器的足底压力采集系统，分别采集了正常行走、不控制减重比例减重带减重状态下行走时的足底压力信息，并采用神经网络算法进行步态相位识别。结果表明：在减重状态下行走与正常行走相比，左右脚压力值均出现明显下降且两侧具有对称性；足底每个压力传感器处的压力减小比例不同；采用神经网络算法对正常行走时步态相位总体识别率达到96.8%，对减重行走时步态相位总体识别率达到94.8%。研究结果表明该足底压力采集系统可以有效测量减重行走时的足底压力，为在地面不控制减重比例下减重带减重的外骨骼机器人控制策略的制定提供一定支持。     

基于STM32的足底压力测量系统

人体的足底压力研究在临床医学和康复治疗方面具有重要意义。在该背景下,本文以运动人体为对象,依托人体运动时的压力特点制作了鞋垫式足底压力采集模块,该模块能够根据人体运动习惯进行压力采集。在此基础上,采用STM32微处理器、足底压力传感器、信号调理模块,无线通信模块等装置设计了足底压力测量系统。整个测量系统,能够实现对足底压力的自动采集、处理和传输,同时对足底压力信息的实时显示和存储。可为足底压力测量和分析提供进一步的参考。     

基于智能终端的无线标准测力仪系统设计

针对力值现场计量无线化、信息化、智能化程度低的问题，本文设计了一种基于智能终端的无线标准测力仪系统。系统由应变式力传感器、信号采集处理模块、无线通信模块、智能终端组成。力传感器通过串口将应变信号传递到信号采集处理模块，信号经滤波、模数转换等处理后，通过蓝牙通信模块实时发送至智能终端。智能终端安装专用应用程序以实现对计量基本信息、力值校准过程数据及电子化原始记录的管理。该系统的研制有效提高了力值现场计量效率和智能化管理水平。     

波纹补偿器故障诊断系统研制

波纹补偿器作为一种补偿元件被广泛应用于工业管道，用来补偿管道因温度、压力变化及振动等而产生的位移。为实时诊断波纹补偿器的故障情况，简化人工诊断过程，提高维修效率和维修安全系数，降低维修成本，设计了一种基于LabVIEW的波纹补偿器故障诊断系统。设计了波纹补偿器振动信号的采集方案，并进行了振动实验；利用高性能采集仪器与加速度传感器对整个管道系统中各个波纹补偿器振动信号进行采集，对采集到的信号进行过滤转换等处理并通过无线网络发送到计算机，并利用幅值域分析与快速傅里叶方法分析所采集的信号；将分析与处理后的信号实时显示在用户界面上并存储；当数据异常时发出警报，使工作人员能够实时监测波纹补偿器的工作状态，从而有效提高生产安全系数。结果表明，所设计的故障诊断系统可有效避免因波纹补偿器失效引发的事故，具有一定的实用价值。     

便携式智能无线力值采集系统设计与开发研究

为满足电子测力与称重计量领域数据采集智能化,设计并开发便携式智能无线力值采集系统。提出一种将嵌入式技术、无线通讯技术相结合的方法,采用WIFI和蓝牙技术使传感器信号直接与无线网络设备通信,在计算机终端与手机终端对数据进行采集与智能化处理,实现了便携式智能无线数据采集和短距离数据的有效传输。测试结果表明,设计与开发的数据采集系统是一个集高效性、稳定性、简洁性、可移植性和可扩展性为一体的数据采集系统。     

管道泄漏数学模型及测试技术

通过分析建立管道泄漏数学模型,研究泄漏引发的瞬态负压波在管道中的传播过程,编制离线软件模拟管道泄漏事故.在此基础上,运用瞬态负压波法在实验环道上进行泄漏监测实验.实验数据采集系统由HB26S型扩散硅压力传感器和PCI-1800L型A/D采集转换芯片组成,采集设在环道首末端处监测点的压力信号,并以此信号判断泄漏是否发生.运用信号相关处理方法对环道首末端监测点的压力信号进行处理,得到泄漏引发的瞬态负压波传播到环道首末端监测点的时间差,实现漏点的定位.实验结果验证了瞬态负压波泄漏检测方法的有效性和极性相关漏点定位法准确性.     

面向机械振动信号采集的无线传感器网络节点设计

针对现有无线传感器网络节点的不足和机械振动信号采集的需求,设计了一种可实现机械振动信号采集和片上处理的无线传感器网络节点。该节点采用MEMS加速度传感器拾取振动信号,以低功耗FPGA芯片为控制核心,采用了可编程片上系统技术,将数据采集、存储、处理和传输等控制功能模块集成到单个FPGA芯片中。本文着重介绍了节点数据采集、存储和传输部分的硬件电路和控制逻辑设计,对比实验表明该节点能有效采集和监测机械振动信号。     

压力传感器现场自动检定系统设计

为了实现对压力传感器的现场自动检定,根据流体静力学平衡原理,设计了一套结构简单、检测迅速的压力传感器现场自动检定系统。系统软件设计以LabVIEW8.6作为开发工具,完成了硬件接口程序的设计和系统应用程序的设计,自动实现了压力传感器数据的采集、处理、误差计算以及原始记录和检定证书的生成。实际应用表明:该压力传感器现场自动检定系统性能稳定、操作简单,测量精度和工作效率高,具有广阔的应用前景。     

一种基于FPGA的超声信号高速采集与压缩方法

针对超声检测系统中对超声信号的高速采集与处理问题,探讨了一种利用高速模数转换芯片AD9057在特定的时序信号控制下对超声信号进行高速采集,并且在FPGA（现场可编程门阵列）的控制下对采集到的超声信号进行压缩处理的方法。该方法以FPGA作为核心控制单元,结合高速数据采集模块,利用VHDL编程构建双端口的RAM,在FPGA中实现对采集过程中数组的存储与处理。给出了相关的仿真结果以及对实际采集到的超声信号的压缩处理波形,实验结果表明该方法可靠、可行。     

基于多源生物信号的下肢步态相识别

为提高人体下肢步态相识别的准确性,研究了融合表面肌电信号(sEMG)、膝关节角度和足底压力信号的人体下肢步态相识别方法。首先, 将sEMG信号进行小波包分解提取多尺度能量和多尺度模糊熵特征;然后,对提取的sEMG信号特征值采用主成分分析（PCA）方法进行降维处理,并与足底压力特征值和膝关节能量特征值构成一组特征向量;最后,将特征向量输入粒子群优化最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）对人体下肢运动信息进行步态相识别。实验结果表明,所提方法相较于其他方法有较高的识别准确率和有效性。     

滑动轴承动态油膜压力的实时测量方法研究

针对滑动轴承的动态油膜压力的实时直接测量,设计一种滑动轴承动态油膜压力实时测量系统。分析聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜传感器的工作原理,实验测定了传感器的性能特点,并设计相应的信号调理方法和信号显示软件编制。通过将PVDF压电薄膜传感器安装于Bently转子实验台的滑动轴承中,实时测量转子作用在轴承上的动态压力,讨论分析了动态压力信号。实验表明,PVDF压电薄膜具有较好的灵敏度、稳定性及重复性,能够有效地获得动态油膜压力信号,可应用于滑动轴承动态油膜压力的实时测量。     

用于生物力学测量的新型电容式三维力传感器

针对生物力学测量的应用需求,考虑到电容型传感器温度特性好、功耗低等特点,研制了一种新型电容式三维力传感器。该传感器基于一种新颖的弹性体结构,以聚氨酯泡沫作为介质构成了3组电容,使得传感器能够同时感知3个维度的输入力分量并转化为3个通道的电容变化,利用ANSYS有限元分析确定了传感器的尺寸,使其各维度的量程达到±200N,安全过载大于150%。设计了由电容采集模块和信号处理模块组成的测量系统,嵌入传感器内部,一体化的设计实现了测量数据的实时解算和输出。此外,针对电容式传感器存在的迟滞效应和维间耦合干扰问题,建立了迟滞补偿与解耦模型。通过实验验证,该传感器的Ⅰ类误差低于2.8%,Ⅱ类误差低于4.6%。     

相机与星敏组合体结构件常压热变形复合测量试验方法

针对某型号卫星相机与星敏组合体结构件的热变形试验需求,提出了一种常压热变形复合测量试验方法.在地面常压环境下,采用经纬仪、数字摄影测量相机、激光位移计共3种测量设备,通过搭建测控系统,设计试验工况,制造温度拉偏,精确复合测量试件在各种温度工况下的热变形情况,并进行相互验证,消除外部环境干扰等因素引起的试验件的位移,为验证热变形分析、改进设计提供支撑数据.试验按照试件温度状态分为4个工况、20个子工况,测量得到常压环境下相机、星敏间夹角最大变化量为200″.试验表明,该常压热变形复合测量试验方法完全满足卫星结构热变形的测量需求,探寻了相机与星敏间夹角变化与温度变化间的规律,试验数据与计算结果吻合,并为复杂几何形体的机械零件热变形测量提供了新的测试方法与手段.     

一种具有力检测机制的新型血管介入手术机器人

为了在机器人辅助远程介入手术中实现向医生提供高精度的力反馈,设计了一种具有力检测机制的新型血管介入手术机器人,其是一个主从控制系统,包括一个操作方便的主端装置和一个递送导丝/导管的从端装置。首先,设计了血管介入手术机器人的力检测机制,以实现轴向近端力的精准测量和径向夹紧力的感知。然后,基于血管介入手术机器人的动力学分析,设计了具有在线整定参数功能的模糊PID (proportional integral derivative,比例积分微分)控制器,以提高从端装置的递送精度和抗干扰能力,同时选择阶跃信号对所设计的模糊PID控制器进行仿真验证。最后,搭建血管介入手术机器人物理样机,并开展主从运动跟踪实验和轴向近端力、径向夹紧力检测评估实验。实验结果表明,该血管介入手术机器人具有[-0.31, 0.25] mm的运动跟踪误差,可检测平均误差为0.12 N的轴向近端力以及可感知0.47～4 N的径向夹紧力。研究结果验证了所设计血管介入手术机器人的鲁棒性以及其力检测机制的可行性,可为同类产品的设计和改进提供参考依据。     

液氧煤油发动机地面试验低温压力传感器校准系统设计

为获得不同环境温度下低温压力传感器的校准系数,提高压力测量的精度,着重介绍低温压力传感器校准系统设计,该校准系统具备温度自适应调整功能,为低温压力传感器校准提供温区连续、大范围温度可控的温度环境以及稳定可调的压力源,在一定程度上消除温度环境因素对传感器灵敏度的影响。通过低温压力传感器现场校准测试,获得压力传感器在不同温度环境下的工作特性并掌握其随温度变化的规律。     

一种指尖三维力传感器设计

设计了一种用于仿人灵巧手的指尖三维力传感器,采用十字梁与中心直梁相结合的结构实现对三维力的感知。首先利用ANSYS工具对设计的十字梁弹性体进行静力学分析,通过分析对弹性体的结构尺寸进行了优化,并给出了最佳贴片方案;最后对设计的指尖三维力传感器进行静态标定试验,建立了维间耦合误差模型,利用静态解耦算法对传感器耦合误差进行解耦计算,有效提高了指尖三维力传感器的测量精度。实验结果表明:设计的三维指尖力传感器的测量精度优于2.5%。     

Design and Uncertainty Evaluation of a Strain Measurement System

Strain measurement is very important in various industrial applications as well as different disciplines of science and technology for direct and indirect observations of certain parameters. Designing signal conditioning circuit is always a challenging and important task for satisfactory and reliable performance of a sensor as well as the system. The design and implementation details of a signal conditioning circuit of resistive sensor (strain gauge) for strain measurement are presented in this paper. Also the important aspects in designing a signal conditioning circuit for resistive sensor are presented and a novel method for the measurement of strain is discussed. Quarter bridge configuration with AC voltage excitation is used for the measurement along with the necessary circuitry to get a suitable and measurable output DC voltage. The measurement system is calibrated using a cantilever of stainless steel and the details of calibration are presented in the paper. The uncertainty associated with the measurement system is evaluated.     

基于近红外面源传感器的气液两相流相含率测量

针对传统近红外点对点探头传感器测量存在盲区、数据精度低等问题,提出并设计了一种基于近红外面源传感器的气液两相流相含率测量装置,并对其进行研究。该装置有效减小了近红外光的折射与反射,提高了测量的精确度。通过CFD流体仿真软件模拟了管道内流体的流动状态,并对该装置的结构进行了仿真及优化。在单相流实验的基础上进行气液两相流动态实验,得到了4路近红外信号与相含率的关系,建立了相含率测量模型,数据导入修正模型分析得到的相含率测量相对误差在±3.5%以内。     

陶瓷浆料3D打印机挤压力模糊神经网络PID稳定控制研究

针对在微流挤出陶瓷浆料3D打印机作业过程中挤压力稳定控制的需求,根据打印机挤压力控制系统非线性、时变性的特点,总结了现有挤压力稳定控制策略的优缺点,并在模糊PID (proportion-integral-derivative,比例-积分-微分)控制器中嵌入神经网络结构,提出了挤压力模糊神经网络PID稳定控制策略。该策略基于六层模糊神经网络,以挤压力偏差值e和偏差值变化率ec为输入,PID控制器控制参数为输出,完成正向模糊控制过程,并基于神经网络的自学习优势实现反向传播及在线更新神经网络权值,以实现打印过程中挤压力的精准自适应调节。挤压力控制Simulink仿真、挤压力控制实验及坯体打印实验表明：相较于传统PID控制策略,采用模糊神经网络PID控制策略可使超调量减小20.9%,挤压力提前90 s达到稳定状态,压力峰值减小12 N,压力谷值增大18 N;相较于采用模糊PID控制策略,超调量减小1.73%,挤压力提前56 s达到稳定状态,压力峰值减小4 N,压力谷值增大8 N;模糊神经网络PID控制策略具有一定的优越性,可使打印过程中挤压力的控制精度更高,稳定速度更快,超调量更小,所打印坯...     

GaAs-based fiber-optic pressure sensor

A new sensor developed for measurement of hydrostatic pressure up to at least 100 MPa at a standard range of ambient temperatures is described. The sensor exploits the displacement of the optical absorption edge occurring in semiconductors under the influence of hydrostatic stress as a result of pressure-induced energy shifting of conduction band extrema. The sensing element is composed of an intrinsically pure GaAs single crystal configured in the form of a microprism located at the sensor tip, and attached to two multimode (50/125 μm) optical fibers designed to deliver input light to the sensor and to output a pressure-modulated light signal to the outside of a pressure region. Characterization of the sensor has been performed for pressures up to 100 MPa and for temperatures ranging from 5 to 50°C. A procedure has been proposed involving the use of two sensors (active and compensating) to minimize temperature drift through appropriate signal processing