惯性管道测绘仪（IPSS）设计与实现

为了实现石油及天然气管道地理和几何信息的高精度测量,本文设计了一种智能式、超小型的管道测绘系统。该系统由惯性测量单元（IMU）,海量存储单元、里程仪和GPS等构成,以轻小型光纤传感器—光纤陀螺为主传感器,结合组合惯性测量技术,通过测绘系统经过管道各点时的姿态和位置信息,可取得被测管道的几何信息。该系统的使用可有效提高管道测量的精度,为管道状态的监视和维护提供依据,同时促进管道测量向全自动和存贮式方向发展。     

三维光纤陀螺系统分布式测量思安江面板堆石坝挠度

本文阐述高砼面板堆石坝面板挠度监测技术的最新进展,作者提出并首次在思安江砼面板堆石坝实现砼面板挠度三维光纤陀螺(FOG)系统的测量技术,取得令人关注的科研成果。研制的三维光纤陀螺具有小动态、高精度的特点;FOG系统运行管道和测量小车的设计是合理的,且测值稳定、可靠、重复性好。     

基于形态学滤波的惯导里程定位方法研究

针对于捷联惯导系统(SINS)测量过程中异常数据对测试精度影响的问题,文中提出了一种基于形态学滤波的高精度惯导里程定位方法。系统利用所提出的三角形形态学滤波的方法对惯性测量单元(IMU)的测量数据进行修正,减少测量数据中的异常值,利用基于里程计校准的惯导定位方法对经过形态学滤波预处理的数据进行计算,实现对被测管道路径的精确定位。为了了解经三角形形态学滤波后的惯性导航定位效果,对104 m的管道进行了模拟对比试验。由试验结果分析表明,经三角形形态学滤波预处理后,系统水平方向的测量精度由原来的0.58%提高到0.29%,增长了1倍;高度方向的测量精度由原来的0.096%提高到0.077%,提高了24.6%,取得了良好的效果。     

融合多组双目视觉系统的管道尺寸测量技术研究

针对工业管道尺寸偏差的在线测量问题,本文提出一种融合多组双目视觉系统的管径测量方法。该方法通过使用多组双目摄像机对管道测量截面上投影的多个激光标记进行图像采集、三维重建和坐标融合,通过椭圆拟合得到外管径、椭圆度等尺寸参数。该方法通过仿射距离变换算法实现特征点的自动匹配,并采用具有法向量约束的优化点云配准算法保证坐标融合的准确性性。为了验证该方法的可行性,搭建多组双目视觉实验系统,对3种公称外径分别为285、299和325 mm的管道进行了外尺寸测量实验。实验结果表明,系统测量的相对误差在±0.570%范围内,最大重复性标准差为0.551 mm,最长测量耗时为1.5 s。该方法和系统基本符合工业管道在线检测需求,具有良好的应用前景。     

地下管道防腐层状况伪随机码检测技术

地下金属管道防腐层的损坏,使管体产生严重腐蚀,造成管道事故,因此有必要对其防腐层进行定期不开挖检测.本文将伪随机码技术引人地下管道防腐层状况测量,在分析测量原理的基础上,建立了系统模型,并对发送端和接收端设备以及工作流程分别作了说明;对部分单元做了实验,并对整个检测系统进行了仿真实验,实验和仿真结果证明方案合理可行.     

基于自适应CKF的姿态数据融合算法

为了提高基于MEMS惯性传感器的捷联惯性导航系统姿态解算的精度,提出了一种自适应容积卡尔曼滤波（CKF）数据融合算法。该数据融合算法将姿态四元数作为系统状态,将加速度计信息和磁力计信息作为系统观测量,对系统过程噪声矩阵和观测噪声矩阵进行实时的自适应估计,解决了因系统噪声突变引起的姿态解算精度急剧下降的问题。实验结果表明,采用自适应CKF数据融合算法比单纯基于陀螺仪的捷联姿态解算精度有明显的提高,在载体动态时测得的横滚角和俯仰角误差在1°以内,航向角误差在2°以内。     

基于位移传感器的圆弧形面参数测量装置

针对圆弧形面机构啮合面在设备检修过程中型面参数测量及型面失效状态诊断问题,设计了基于高精度位移传感器与显微观测系统的圆弧工件表面局部细节几何参数测量系统,讨论了高精度位移传感器测量范围与显微系统景深结合实现圆弧形面面型参数观测的技术方案,开发了基于ARM单片机的数据采集系统.测量结果表明,仪器在0.7 mm的测量范围内,单点位置测量精度可达到0.01 mm.通过对仪器支撑轿机构进行针对性设计,仪器对于圆弧形面具有较为广泛的适用性.     

真空断路器开断电流在线测量

为研究高压开关柜中真空断路器的电特性,需要不失真地在线测量其开断电流。文中基于非接触式高压电流测量方法,提出一种采用直线型空心线圈的电子式电流互感器实现对该电流测量。在对其结构和误差特性进行分析的基础上,研制出样机,测试结果表明,该传感单元在水平方向±5 mm的安装误差范围内,测量比差在-1.05%以内;在偏转角度小于±5°的安装误差范围内,测量比差在-1.29%以内。该系统已投入现场实际运行。     

一种固定指向多波束天线安装测量技术研究

某固定指向多波束天线由主反射体和馈源系统组成,天线主反射体固定且主波束指向唯一,馈源系统可以沿倾斜轨道运动以匹配不同的卫星。与全动或限动式天线相比,固定指向多波束天线结构指标在追求主反射面具有高精度的表面精度的同时,要保证其主波束指向精度,并实现馈源系统的精确定位。本文提出一种综合运用静态GPS测量系统、全站仪测量系统、激光跟踪仪测量系统、数字工业摄影测量系统等多种空间测量技术的方案。在该多波束天线安装过程中采用此测量方案,主反射面表面精度优于±0.15㎜,主波束指向精度优于±0.0122°,馈源系统定位精度优于±1.5㎜,满足结构安装指标要求。通过多波束天线系统测试电性能指标满足要求,充分验证了该方案的可行性、可靠性、高效率和高精度的特点。     

基于LabVIEW的光纤汽轮机振动测量系统研究

在对汽轮机振动进行测量时,由于传统测量方法中传感头不便安装、且信号易受电磁干扰,很难对微小位移进行高精度测量, 光纤位移传感器具有体积小、不受电磁环境干扰等特点,通过光电转换、信号调理放大实现对汽轮机振动信号的在线测量,结合LabVIEW软件对噪声信号进行曲线拟合并结合快速傅里叶变换进行幅频特性处理,获得高精度的微位移测量结果。整个测量系统具有抗干扰、测量速度快、数据实时记录等优势,能实现在线测量微位移功能,经实验验证,振动测量范围1~500 μm、精度±05%,动态范围<1 kHz,可以满足汽轮机振动测试需要。     

基于光学散射原理的气溶胶光度计开发

为应对高效准确的气溶胶质量浓度测量问题,本文使用光散射法测量气溶胶质量浓度原理开发了一套气溶胶光度计。设计了恒流量控制模块,利用待测气溶胶在激光照射下产生的前向散射光与质量浓度成正比原理,使用光电倍增管将光信号转换成电信号,根据相同测量条件下高精度对比仪器结果进行线性系数计算。经实验证明,本文开发气溶胶光度计系统示值误差在能在±5%以内,重复性偏差在3%以内,符合气溶胶光度计校准规范的要求,实现了气溶胶质量浓度测量,具有较好的应用价值。     

全金属螺杆钻具定子内轮廓测量系统的设计与测试

定子复杂的内轮廓型面与狭长的空间,导致在全金属螺杆钻具定子加工与使用后对截面轮廓进行精密测量存在困难,对此研究了一种螺杆钻具定子内轮廓测量系统。其中机械系统采用了平行四边形机构实现定心功能,使用激光位移传感器和角度位移传感器获取定子截面径向位置坐标,通过ARM开发板采集数据并传给上位机进行数据处理,搭建了测量系统的软、硬件平台。实验结果显示设计的测量系统的测量精度为±0.03 mm,测量内轮廓一个截面的时间在60 s以内,能适应内径为98～180 mm的螺杆钻具定子内轮廓的测量精度要求。     

一种二级曲面测量装置的设计及其不确定度的标定

本文研制了一种二级曲面扫描测量装置,目的是解决传感器高精度和大量程之间的矛盾,让矢高较大的曲面的测量成 为可能。 采用二级测量系统,对高精度传感器的量程进行扩展,实现大量程高精度的曲面扫描测量。 二级测量系统采用音圈电 机驱动柔性铰链带动高精度传感器做直线运动,使被测曲面始终保持在高精度传感器的测量范围内并由高精度传感器的测量 数据作为一级测量数据,高精度光栅尺对柔性铰链的位移测量数据作为二级测量数据,通过对两级测量数据进行处理即可获得 测量点信息,最终实现了 5 mm 的量程扩展。 同时,高精度光栅尺还作为柔性铰链伺服系统反馈装置。 随后对二级测量系统进 行性能评估,对其不确定度进行了分析计算,最后对测量装置的大量程扫描能力进行了实验验证,证明该装置具备大量程扫描 测量的能力。     

面阵CCD调制传递函数测试仪器研究

电耦合器件（charge coupled device, CCD）的成像质量直接影响新一代星敏感器的综合性能,现有CCD测试仪器受初位相对准偏差影响,重复精度较低。论文推导了基于条纹对比度原理的面阵CCD调制传递函数（ modulation transfer func-tion, MTF）表达式,分析初始位置偏差与MTF重复精度间的数学关系,提出初位置平均调制传递函数的概念与数据处理方法,据此改进条纹板设计,并对CCD测试仪器光学、机械、电控系统进行仿真设计。采用两片Kodak KIA-4021面阵CCD作为试样,在感光面不同区域对MTF进行多次重复测量,测试重复精度优于0．025。实验结果表明,采用统计平均方法评价CCD成像质量,在感光面不同区域的测量结果一致性较好,重复精度优于极值算法。     

高温超导磁悬浮力三维测量系统设计

高温超导磁悬浮因其独特的无源自稳定优势,在高速轴承、轨道交通和飞轮储能系统等领域有着广阔的应用前景。 为 了探究高温超导磁悬浮系统的悬浮特性,设计了一种适用于测量磁悬浮轴承悬浮特性的高温超导磁悬浮力三维测量系统。 首 先,基于伺服驱控的三轴联动直线模组与三轴力传感测量单元设计了测量系统硬件部分,利用 LabVIEW 设计了数据采集单元, 以实现数据连续采样及其图像化。 其次,在恒载和永磁悬浮系统下,对高温超导磁悬浮力三维测量系统的测量精度进行校验。 最后,建立了超导体-永磁悬浮系统有限元模型,仿真并测量了高温超导体在零场冷和场冷条件下的悬浮力特性,仿真与测量结 果保持基本一致。 结果表明,该测量系统具有测量精度高(0. 5%),三维空间定位准确( ±0. 02 mm),被测对象相对运动时三轴 力同步测量(最大悬浮力 500 N,导向力 200 N)等特点。     

大型火箭橇位置参数测量方法

针对火箭橇超长尺寸位置参数的高精度测量需求,设计了一种采用激光跟踪仪与全站仪的协同组网测量方法。该方法集成两种仪器各自优势满足测量需求。同时引入坐标控制场用来构建约束场,建立约束方程。采用加权融合的方法优化权值,采用Levenberg-Marquard寻优算法求解方程组的最优解。做了现场条件下的试验并采用与基准尺标准长度比对的方法对精度进行了分析验证。结果表明,在3 km范围内测量误差保持在3 mm,实现了高精度、高效率的对超长距离位置信息进行测量。     

基于NB-IoT的燃气流量监测系统设计

针对传统燃气表存在测量精度低、功能单一、安全性能差等问题,搭建了一种基于NB-IoT的燃气流量监测系统。该系统硬件方面采用STM32作为主控芯片,通过设计一款热式气体流量计,实现了气体流量的准确测量,并结合多传感器对燃气环境中温湿度、燃气浓度、压强等信息进行实时监测;软件方面使用FreeRTOS操作系统进行设计。借助NB-IoT技术将监测数据上传至OneNET云平台,用户可通过App实时查看燃气使用情况。实验结果表明,该系统可实现0.016～6 m³/h的气体流量测量,测量误差在±1%以内,重复性小于2%,且系统数据无线传输稳定,有效确保了燃气监测的精确性和安全性。