螺旋槽型干气密封系统轴向工作模态研究

干气密封系统的轴向动态特性会影响密封气膜的密封特性,从而影响机械密封的稳定性和可靠性,采用高灵敏加速度传感器和数据采集装置,设计螺旋槽型干气密封装置轴向振动测试试验,采用半互功率谱密度函数实现对干气密封装置的工作状态模态分析,分别利用平均相位偏差、模态相位线性度、模态复杂性和模态指示函数4个数学指标对模态参数辨识结果进行验证,结果表明:半互功率谱密度函数的模态分析验证结果较好,适用于干气密封组合型装置的环境激励工作状态模态分析。     

板状结构可变边界热振耦合试验系统研制

针对板状结构存在不同边界约束以及恶劣高温环境,研制了变边界高温试验模态系统,为板状结构在高温振动耦合环境下的测量提供一套低成本、可变边界试验系统。该试验系统采用虚拟仪器LabVIEW对石英灯阵进行温度控制,自行研制耐高温陶瓷导杆引伸装置将板状结构上的振动信号传递至非高温区域,使用激振器对板状结构进行激励,通过常温加速度传感器测量其响应信号,使用时-频联合技术对测量的模态数据进行参数识别获得板状结构的模态参数。以45号钢板为测试样件,得到其在室温下不同边界的模态参数;并在单边约束下对45号钢板进行500℃高温振动耦合实验,得出其模态参数。该试验系统可为板状结构在变边界高温振动耦合环境下的安全设计提供可靠依据。     

变截面舵面结构全场瞬态变形测量及振动特性分析

搭建了一套全场非接触应变测量系统,对变截面舵面结构受随机载荷激励作用下的变形及振动特性进行实验研究。实验以2A12铝合金材料制成的变截面舵面结构为试验对象,采用高分辨率的相机记录舵面结构全场清晰的散斑图像,然后利用三维数字图像相关方法对其结构表面的连续变形进行直接测量,同时利用傅里叶变换对采集到的散斑图像进行振动特性分析,获得变截面舵面结构的模态频率和模态振型。为验证非接触测量得到的振动特性结果的准确性,用小质量加速度传感器得到的振动响应信号进行对比。试验结果表明,在0~500Hz的测试频段内,三维数字图像相关方法辨识变截面舵面结构前三阶模态参数与加速度传感器测量结果非常吻合,前三阶固有频率误差在2%以内,阻尼比误差在6%以内,前二阶模态振型均为弯曲模式,第三阶模态振型为弯曲扭转耦合模式,验证了三维数字图像相关的全场振动测量技术的有效性,为高温环境及非线性变截面舵面结构非接触振动测试提供依据。     

电导法原油含水率测量传感器的模型优化与仿真

电导法原油含水率测量是基于阵列电极传感器的一种测量方法,电极系的结构与参数对传感器性能有着重要影响.拟研究电极系传感器结构的优化设计方法,在建立传感器电场分布理论模型的基础上,利用ANSYS有限元软件仿真电极系传感器不同参数下的电场分布,分析电极环宽度、激励电极对间距、测量电极间距等参数对传感器性能的影响.依据仿真结果,确定传感器的优化参数,并对传感器进行了灵敏度的模拟测试,测试结果显示:传感器灵敏度仿真结果与实际测试结果一致性较好;在高含水(大于85%)的油水两相流含水率测试精度可达3%.测试结果验证了传感器理论和仿真分析方法的有效性,为优化设计传感器提供一种有效的方法.     

微粒群算法在传感器优化配置中的应用

为了将动态测试中的传感器配置在合理的自由度,以便充分反映结构的动力特性,需对传感器进行优化配置.分别以MAC矩阵、Fisher信息阵,及其组合为优化准则,采用微粒群算法,对传感器优化配置问题进行了研究,探讨了优化准则和优化算法对传感器优化配置结果的影响.通过与模态动能法、有效独立法及基于QR分解的逐步累积法比较,传感器优化配置的结果表明微粒群算法优于上述方法.     

基于遥测技术的新型传感器柔性结构振动优化控制方法

为了提高新型传感器柔性结构振动抑制能力,提出基于遥测技术的新型传感器柔性结构振动优化控制方法。在速度坐标系、体坐标系下构建新型传感器柔性结构的振动动力学模型,采用卡尔曼滤波方法实现对新型传感器柔性结构振动参数的融合调节和小扰动抑制。采用气弹模态参数识别方法,进行新型传感器柔性结构的振动模态参数识别,提取新型传感器柔性结构振动特征量,采用遥测技术进行新型传感器柔性结构振动惯性参数识别,结合状态反馈调节方法进行稳定性控制,实现新型传感器柔性结构振动优化控制。仿真结果表明,采用该方法进行新型传感器柔性结构振动优化控制的自适应性较好,具有很好的振动抑制和控制能力。     

一种测力传感器固有频率的提高与测试

提高测力传感器的固有频率能有效增强被测力数据的可靠性。介绍了一种悬臂梁测力传感器提高固有频率的设计方案,以及用高温火焰烧断承载线产生阶跃激励以测试实体传感器固有频率的新方法。该方案使用有限元软件ANSYS对传感器进行模态分析和结构静力分析,结合仿真结果和悬臂梁固有频率公式修改模型,使测力传感器固有频率提高了60%以上,达到了360 Hz。实际测试结果与有限元仿真结果十分接近,充分证明了改进方案的有效性。     

弹性支撑浅拱的非线性动力行为分析

本文研究了两端转角均为转动弹簧支撑的铰支浅拱在外激励作用下的非线性动力学行为.基于弹性支撑浅拱的基本动力控制方程,采用多尺度法对内共振进行了摄动分析,并得到了极坐标形式的平均方程.弹性约束的刚度通过特征方程影响结构的自振频率和模态,且与平均方程的相关系数一一对应,文中还以最低两阶模态之间1:1内共振为对象进行了数值分析.结果显示系统存在模态交叉与转向两种内共振形式,另一方面结构参数处于某一范围之内时外激励激发的模态作用可导致出现准周期运动和混沌运动.     

模态有效参数在卫星有效载荷力学特性仿真中的应用

为保证在相应力学环境下卫星有效载荷的可靠性,将模态有效参数引入到某卫星有效载荷整机力学特性仿真中,得到有效载荷的模态有效质量、模态参与因数和模态有效质量分数.该方法可有效判断有效载荷3个轴向整机固有频率,判断求解模态数目是否满足求解精度要求,为模态试验中传感器布置和测量点的选择提供参考.试验结果也表明模态有效参数在卫星有效载荷3个轴向整机模态识别上的可靠性.     

基于实验模态的振动筛故障分析

将实验模态分析技术应用于某振动筛的故障分析。采用多点激励、多点测量的方法,对振动筛进行了模态测试。利用时域模态参数识别方法,得到三个方向的模态频率、模态阻尼和模态振型。对实验结果进行了对比分析,得出了一些有价值的结论,为振动筛的动力学设计和动力学修改提供了参考。     

立体视觉传感器优化设计技术研究

依据几何成像原理建立了对称式立体视觉传感器的参数模型,通过对此模型坐标测量误差及传感器各参数误差传递函数的分析,研究了立体视觉传感器结构参数及其误差传递规律对传感器综合测量精度的影响关系特性,分析了有效视场、坐标测量精度和传感器结构参数之间的关系,给出了立体视觉传感器结构参数的设计原则与方法步骤,对立体视觉传感器的结构进行了优化设计,对比了传统结构和新式结构的优缺点,并在文章最后介绍了实际应用以及达到的精度.     

基于隧道磁电阻传感器的脉冲涡流无损检测

目前航空工业多采用铝合金部件,由于航空工业的量轻化等需求导致对铝合金件强度保持有较高的要求,因此对结构材料缺陷的检测尤为重要。为此文章设计了一种基于隧道磁电阻(Tunnel magnetoresistance, TMR)传感器的脉冲涡流无损检测系统方案,对铝合金缺陷参数与被测信号波形的关系进行了研究。首先使用有限元仿真软件COMSOL建模并获取仿真实验数据,证明了脉冲涡流无损检测应用于铝合金材料的可行性;其次,应用仿真结果指导探头设计,进而设计出检测系统,采取实物实验结果与仿真建模分析结果进行对比的方法,实验验证了检测系统的准确性、可靠性和在工程应用中的可行性;最后分析和讨论了缺陷宽度和缺陷深度的无损检测结果。为TMR传感器工程应用确立了实验基础。     

一种双目视觉传感器结构参数设计方法

依据三角法建立了对称式双目视觉传感器参数模型,通过对此模型坐标测量误差及传感器各参数误差传递函数的分析,研究了双目视觉传感器结构参数及其误差传递规律对传感器综合测量精度的影响关系特性,给出了双目视觉传感器结构参数的设计原则与方法步骤。     

线结构光视觉传感器结构参数优化分

为实现线结构光视觉传感器的优化设计,建立了线结构光视觉传感器的像面点与被测空间物体上对应点之间的数学模型,该模型反映了空间被测点与传感器结构参数之间的相互关系.然后基于此模型对线结构光视觉传感器的测量误差进行了分析,得出了线结构光传感器各参数与测量精度之间的关系.在对各设计参数综合分析的基础上,提出了线结构光传感器最优结构参数判据,并给出了优化线结构光传感器结构参数的实例.     

Sensor placement for robust burst identification in water systems: Balancing modeling accuracy,parsimony, and uncertainties

Urban water systems are seeing an uptake in using advanced sensing technology. Incorporating sensors for monitoring water distribution systems (WDSs) provides promising benefits to water utilities by enabling a shift from reactive to proactive pipe failure detection and from delayed water loss management to automatic sense-and-respond capabilities. Despite the opportunities that new sensing technologies create, a budget-constrained utility is challenged with identifying sensing locations in the WDS that will maximize information gain. To address this gap, this paper studies the problem of optimal placement of high-frequency pressure sensors in WDSs for pipe burst identification. This paper proposes a sensor placement strategy to address the challenges of data and modeling uncertainty by incorporating robust representation and tolerance analysis into an optimization framework with the objective of achieving the best detection and identification of burst events. Transient simulations are first used to predict system’s response to burst events, demonstrating the importance of modeling accuracy over approximation methods. A robust event representation approach is then presented to summarize system response to pipe bursts using signature matrices. Subsequently, the identification problem is cast as a minimum test cover problem when the number of available sensors is unlimited, and as the maximum covering test problem when the number of available sensors is limited. The optimization problems are then formulated and solved using mixed integer linear programming. Four complementary metrics are suggested to evaluate the performance of the sensor placement designs. Multiple criteria decision analysis is then applied to select the placement design while balancing information gain and cost. The results show that incorporating more information can improve event identification, but sufficient accuracy of the extracted information is required to accrue the benefits.     

Optimal Placement of Multi-Sensor System for Threat Detection

The authors describe the algorithm for underwater threat detection by a system of acoustic sensors and optimization problems for placement of such sensors. Solution methods for such problems are considered and theorem about the asymptotic optimality of sensor placement is proved. The numerical experiments demonstrate that the algorithm outperforms the available mathematical method for optimal sensor placement.     

Optimizing the performance of sensor network programs through estimation-based code profiling

With the development of sensor technology and embedded systems, building large-scale, low-cost sensor networks, which is a critical step to facilitating the application of pervasive sensing in the future, becomes possible. One of the major challenges in developing sensor network applications is to improve the execution efficiency of programs running on power-constrained embedded devices. While profiling-guided code optimization has been widely used as a compiler-level optimization technique for improving the performance of programs running on general-purpose computers, it has not been applied to sensor network programs due to some defects. In this paper, we overcome these defects and design a more effective profiling-guided code placement approach for sensor network programs. Specifically, we model the execution of sensor network programs taking nondeterministic inputs as discrete-time Markov processes, and propose a novel approach named Code Tomography to estimate parameters of the Markov models that reflect sensor network programs’ dynamic execution behaviors by only using end-to-end timing information measured at the start and end points of each procedure in the source code. The parameters estimated by Code Tomography are fed back to compilers to optimize the code placement. The evaluation results demonstrate that Code Tomography can achieve satisfactory estimation accuracy with low profiling overhead and the branch misprediction rate can be reduced after reorganizing the code placement based on the profiling results. Besides, Code Tomography can also be useful for purposes such as post-mortem analysis, debugging and energy profiling of sensor network programs.     

人工鱼群算法在桥梁传感器优化配置中的应用

为了实现桥梁结构健康监测传感器的优化配置,用尽可能少的传感器获取尽可能多的反映桥梁结构健康状况的信息,将人工鱼群算法应用于一座拱桥的传感器配置中,利用人工鱼的三种典型行为,解决桥梁传感器优化配置问题。结果表明,人工鱼群算法自适应能力强,收敛精度高,可以实现桥梁结构健康监测传感器优化配置。     

基于电容电荷转移的微量液位检测

本技术集合电容传感器、频率检测技术,实现微量液体的液位检测和跟踪功能,该功能已应用于多种型号的生化医疗分析仪器中,提高了检测指标的精度,减少了测量中的交叉感染。     

高精度电容位移传感器设计

采用多极板电容结构设计了电容位移传感器,由振荡器电路、二极管环形检波电路、低通滤波器、放大器等组成测试系统,测试了此传感器的位移-输出电压特性,并对测试数据进行回归分析.发现该传感器具有结构简单、灵敏度高、非线性误差小等特点,在位移等非电量测量方面具有较好的应用前景.