基于压电陶瓷传感器的非接触式精准逐拍心率提取方法研究

心冲击图(BCG)可用于无接触式地监测生命体征。在BCG的逐拍心率提取中,较低的平均绝对误差对于精确地获取用户的心率变异性(HRV)指标具有重要意义。为解决目前大多数方法在逐拍心率计算精度方面的不足,该文设计了一种基于压电陶瓷的心冲击信号采集系统。通过采用合适的传感器外壳结构和采样频率,增加传感器的灵敏度和BCG的时间...     

压电陶瓷传感器灵敏度的研究

由于具有压电效应，压电陶瓷能直接将非电量转变为电量，同时它的压电常数可通过调整配方组成或改变陶瓷片的组合方式而得到大幅度提高，从而可有效地提高它的灵敏度，因此，以压电陶瓷作敏感元的传感器越来越受到人们的重视。简单介绍了压电传感器的基本原理及构成，分别从静态和动态两方面，详细讨论了影响压电传感器灵敏度的因素，在此基础上得出了提高灵敏度的有效方法。     

基于压电薄膜的非接触式人体生理信号监测椅

对人体的心率和呼吸信号进行日常监测有助于人体健康生活管理,该文设计了一种非接触式生理信号监测系统。通过装有聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器的新型椅子结构感知人体振动产生的微小压力作用,并将振动信号传送给上位机软件;从振动信号中提取心冲击信号与呼吸信号,并通过LabVIEW显示波形变化,可以完成心率和呼吸的实时监测。结果表明,装置监测的心率值与血氧脉搏仪相比,其平均误差为2.013％,平均呼吸率误差为4.88％,具有较好的实用性。     

基于压电陶瓷的平面阵列式压力传感器研究

利用压电陶瓷技术,设计并制备整体式多阵列压力传感器,并用于爆炸冲击波压应力的测试.结果表明,阵列传感器可测试爆炸冲击波的压应力及其分布、体密度分布、面密度分布等参数,其静态电容分布偏差小于±1%,压电常数d_(33)分布偏差小于±3.3%,动态响应频率约为2.3 MHz,冲击破坏阈值为100 MPa量级.     

基于BGSPT压电陶瓷的高温加速度传感器

研究了一种基于0.02BiGaO3-0.32BiScO3-0.66PbTiO3 (BGSPT66)压电陶瓷的高温加速度传感器.采用传统固相法制备了BGSPT66的压电陶瓷,其压电系数(d33)约为320 pC/N,居里温度(Tc)约为465℃;设计了以BGSPT陶瓷作为压电振子的垂压式加速度传感器,进行了灵敏度与温度稳定性依赖关系测试.实验表明,BG-SPT加速度传感器在20～200℃具有稳定的输出信号,相对灵敏度(S)约为18 mV·s2/mm,并有较好的低频稳定性.这种压电加速度传感器体积小,灵敏度高及温度稳定性好,有望在石油勘探和航空航天等相关领域获得应用.     

基于无铅压电陶瓷谐振传感器的温度补偿分析

基于压电谐振原理,钛酸铋钠系无铅压电陶瓷可用于制作压电谐振式传感器探头,由于压电陶瓷各项性能随温度的变化,传感器难以适应复杂工作环境。该文对钛酸铋钠钾陶瓷谐振体在-10~100℃下进行阻抗频谱测量,分析获得不同温度下谐振频率的相对漂移量,对温度-频率(T-f)漂移关系进行回归分析,获得拟合函数。通过对5℃、-5℃实测值与拟合结果对比分析,发现二、三阶拟合误差较小,分别为0.054%、0.164%,0.054%、0.165%。综合评估,确定以二阶拟合方程作为矿用瓦斯传感器的谐振频率补偿算法,修正传感器在不同的温度环境下的测量误差。     

基于光杠杆原理测量压电陶瓷压电特性的方法

提出了一种基于光杠杆原理测量压电陶瓷伸长量,对压电陶瓷压电特性进行检测验证的方法。该方法不需要专门的测量仪器,采用常用的材料搭建简便的光路,运用光杠杆原理通过对反射光斑位移的测量,测得不同的电压驱动时压电陶瓷相应的伸长量。文中介绍了光路的搭建,并且对相应的实验数据进行处理和分析。结果显示,在外加电压为0~60V之间,所取的6个点所测的压电陶瓷的伸长量与厂家给出相应参数基本相符,满足实验室对压电陶瓷压电特性测定的要求。     

压电陶瓷定位系统电容传感器容错控制

针对压电陶瓷定位系统中电容传感器故障对定位精度的影响,对使用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行容错控制的方法进行了研究。以传感器采样电路故障和掉电故障为对象,对三阶轨迹规划算法下电容传感器的EKF滤波公式进行了分析,提出以离散化迭代计算的EKF代替传统的将非线性系统线性化的方法。在压电陶瓷定位系统实验平台上,使用激光干涉仪作为测量基准,在传感器采样电路故障和掉电故障的情况下,实现了500μm行程,绝对精度小于3.5μm,误差小于0.7%的定位控制。结果表明,基于EKF的电容传感器容错控制可以有效减小传感器故障引起的控制误差,增加压电陶瓷定位系统的鲁棒性。     

基于无铅压电陶瓷谐振传感器的振动耦合分析

针对0.8NBT-0.2KBT无铅压电陶瓷应用于谐振式传感器,研究其薄方片振子厚度伸缩振动与其他振动的耦合情况,通过计算关键技术参数分析其在微天平传感器上的应用性。确定峰形激发最高、耦合最小的压电振子长厚比为9.5∶1,与同尺寸石英晶体微天平(QCM)相比,该谐振体应用于传感器理论灵敏度降低70.1%,理论有效测量范围提高129%。     

基于协同过滤技术的个性化推荐系统研究

为了解决信息检索中无法获取符合个人需求的特色资源的问题,介绍了个性化推荐系统的概念以及推荐系统常用的算法;重点阐述了协同过滤技术的流程：利用用户项目矩阵计算用户之间的相似性,结合最近邻信息预测出符合个人特性的推荐信息;最后指出了协同过滤研究的难点问题。     

基于压电陶瓷传感器的GFRP损伤检测试验

该文使用外贴法将压电陶瓷传感器固定在玻璃纤维复合材料(GFRP)上进行损伤检测试验,研究了GFRP试件表面裂缝的深度及数量对压电陶瓷传感器接收信号的影响.将主动感应法和基于小波包能量法相结合,做出时域信号图和基于小波包的能量图.分析数据发现,GFRP试件损伤程度越大,传感器接收信号的电压值越小,信号的能量越小.试验结果...     

基于连续小波变换的多数据心率提取方法

针对多普勒雷达生命体征检测时强谐波干扰问题,提出一种基于连续小波变换特征提取的改进方法。首先,针对特征信号选择多组不同时间长度的数据集;然后,在小波域分别进行连续小波变换。根据频谱峰值位置是否与数据时间长度相关,识别呼吸信号、呼吸谐波和心跳信号提取心率信息,并对频率分辨率进行分析。实验结果表明:采用文中提出的方法利用4 s~5 s的数据即可检测出心率,当频率分辨率要求为0.1 Hz 时,该方法在有效消除谐波和快速识别心率方面得到了较为满意的效果。     

基于双摄像头的心率测量系统的设计与改进

针对在外部干扰或昏暗环境下利用图像光电容积描记(image Photoplethysmography,iPPG)技术进行心率测量时准确度较差,提出了一种自适应心率提取算法,并在嵌入式硬件平台上进行了验证。算法根据图像中人脸与背景区域的色度关系来识别不同的场景并启动合适的摄像头进行图像采集及自适应映射,接着对提取出的信号进行滤波,在信号质量评估后输出结果。上述方法在Zynq平台上进行了验证,使用双摄像头实现实时心率测量,并对结果进行可视化输出。实验结果表明:优化后的算法在光照及运动的双重干扰下的测量误差从3.36BPM降至2.78BPM,准确率提升了17.3%。另外,所设计的系统能够实现在极端黑暗条件下的心率采集,平均误差约为2.39BPM。     

基于PVDF压电传感器的采摘机械手研究

针对目前果实采摘机械手无法准确自主判断抓取力度的问题,利用聚偏氟乙烯(PVDF)的压电敏感特性,研究出一种基于PVDF压电薄膜传感器的果实采摘机械手。通过采集PVDF压电薄膜传感器输出信号判断果实采摘机械手对应抓取力的变化,利用模糊控制理论控制电机实现果实抓取。同时加入过力保护功能,当测得的抓取力大于预设值时,机械手停止抓取。实验结果表明,基于PVDF压电传感器的采摘机械手能够可靠地实现果实抓取。     

基于逆高斯几率模型的心率预测算法

心跳间隔时间序列可模拟为逆高斯模型,由点过程自适应算法估计模型时变参数和预测心率.本文在现有的一步参数预测算法基础上,首先利用模型参数均值和加权因子修正算法提高模型时变参数的预测精度;然后利用线性预测简化了点过程自适应滤波预测算法,实现了心率变化的实时分析.实验仿真表明:改进后的算法对心率分析和预测有很好的效果.     

非均匀数据产生率的传感器网络的节能算法

无线传感器网络中的能量洞问题是影响网络寿命的关键因素之一.在基于环模型的多跳传感器网络中,通过优化所有环的传输距离可以有效地延长网络寿命.针对非均匀数据产生率的传感器网络,用建立环关系表的方式以搜索近似最优的传输距离从而延长网络寿命,在降低搜索(算法)复杂度的同时得到与最优解近似的结果.模拟实验证明了采用此节能算法的网...     

CaBi_2Ta_2O_9基压电陶瓷的A位掺杂改性研究

该文采用固相反应法制备了铋层状结构Ca_(1-x)(LiCe)_(x/2)Bi_2Ta_2O_9(CBT-LC100x)高居里温度(T_C)压电陶瓷,研究了(Li_(0.5)Ce_(0.5))~(2+)复合离子掺杂对CaBi_2Ta_2O_9(CBT)基陶瓷晶体结构、介电、压电等性质的影响。结果表明,在选定(Li_(0.5)Ce_(0.5))~(2+)掺杂浓度范围内,CBT-LC100x陶瓷呈正交晶体结构。随着x增加,T_C趋于降低,从941℃降低至924℃。Ce离子的施主掺杂效应有利于电阻率及压电活性的提高,当x=0.06(x为摩尔分数)时,具有最优综合性能,T_C约为924℃,压电常数d_(33)约为8.1 pC/N, 650℃时电阻率为1.7×10~6Ω·cm。     

基于约束总体最小二乘方法的到达时差到达频差无源定位算法

两步加权最小二乘方法(two-stage WLS)是求解TDOA/FDOA无源定位问题的经典线性方法,但也存在着定位偏差和均方误差对测量噪声的适应能力较差的缺点。该文根据TDOA/FDOA的伪线性定位方程组特点,将其建立为一种带约束条件的约束总体最小二乘(CTLS)模型,并采用拉格朗日乘子法求解带约束条件的CTLS问题,建立了几种最小二乘类定位方法的统一解,从而将约束加权最小二乘(CWLS)定位解和约束最小二乘(CLS)定位解变为该文CTLS定位解的特例。仿真表明,该文方法比两步加权最小二乘方法具有更低的均方误差,并能够有效减小定位偏差,因而具有更好的测量噪声适应能力。