形心匹配优化下的狭长空间近距离轨迹测量系统

在基于双目视觉的三维轨迹测量中,双目同名点的高精度匹配是提高测量精度的关键。在狭长空间的近距离测量场景下,针对双目拍摄角度不同导致仅用形心法定位匹配的轨迹测量精度不高的问题,研制了一种形心匹配优化下的狭长空间近距离轨迹测量系统。首先,在仅用形心法对目标物体定位匹配的基础上利用极线约束投影进行双目形心的二次定位;其次,提出了一种基于距离和方法权重的灰度互相关方法进行双目形心的亚像素匹配;最后,通过卡尔曼滤波对于目标物体的三维重建运动轨迹进行滤波修正。实验结果表明：该轨迹测量系统通过对多方法组合优化,显著提高了狭长空间近距离条件下的轨迹测量精度,在128 mm的全量程测量范围内对纹理较好目标物体的平均轨迹长度测量误差为13.14μm,测量精度约为0.01%,相比于仅用形心法定位匹配,轨迹长度测量精度提高了94.3%。     

激光反射测微小振动的纳伏级信号采集系统

噪声是影响微小振动测量系统准确度的因素之一,为了降低测量微小振动的噪声,设计了一个测量纳伏级信号的采集系统。该系统的传感器输出为纳伏级信号,极易被噪声淹没,因此将系统传感器输出的纳伏级信号经过跨阻放大电路和低通滤波电路去除传感过程引入的噪声,再由单端转差分和模数转换电路将其转换成数字信号,输入至STM32F407ZGT6进行并行处理、滤波和计算,消除硬件电路引入的噪声,从而准确提取微小振动的幅值信息,并最终通过串口通信上传至上位机进行存储和显示。利用压电陶瓷振动台对系统性能进行实验测试,对振幅为50 μm,频率为10 Hz的单频正弦振动信号,系统的测量精度达2‰。该系统可实现短距离微米级振动的快速非接触测量,可应用于航空、海洋等多个领域。     

用于水听器线列阵的精密时钟同步方法

针对海洋水声探测时水听器间的数据采集同步问题,提出了一种全阵列精确同步的采集时钟产生与传递方法。采用独立的高精度主时钟、异步差分传输线和从时钟端的锁相环(PLL),实现了多节点长时间不间断工作方式下的同步采集,具有抗干扰能力强、同步性能好的特点。建立了时钟同步模型,详细分析了同步延迟的产生环节。通过电路实验验证了整个方案的可行性,在经过长度为18m的非屏蔽双绞线传递后,恢复的从时钟延迟不大于165ns,且与距离成线性正比关系。所提方法已经用于实际的水听器阵列数据采集系统,取得较好的效果。     

直流电动机脉宽调制式驱动器设计

采用D触发器及与非门构建“保护型”脉冲宽调制电路和H型双极模式驱动电路,设计出一种适用于高精度伺服系统的直流电动机脉冲宽调制式驱动器。该驱动器具有体积小、成本低、简单适用、安全可靠等优点。已成功应用于某公司的自动控制教学实验仪器上。     

基于CORDIC的交流相位跟踪零差补偿方法及其实现

为了消除温度、振动等环境因素在光纤干涉测量中的影响,发展了一种基于交流相位跟踪零差补偿(PTAC)的干涉条纹相位稳定技术。利用马赫-泽德光纤干涉仪结构和杨氏双孔干涉原理实现高密度的余弦分布干涉条纹投射。光纤端面菲涅尔反射与光纤耦合器构成迈克尔逊干涉结构,光电探测器检测迈克尔逊干涉仪的输出信号。相位稳定子系统采用相位生成载波(PGC)方法提取环境因素引起的光纤干涉臂相位差,结合坐标旋转数字式计算机(CORDIC)求解相位差,并生成补偿信号反馈给压电陶瓷(PZT)驱动器,实现条纹相位的稳定。该系统相位解调精度达2.75 mrad,环境因素对干涉条纹相位的影响低于53.43 mrad。实验结果验证了该相位稳定方法的可行性。     

基于图像处理技术的石油筛管割缝在线监测

基于机器视觉技术,针对目前人工检测激光切割筛管的缝宽所存在的局限性和不确定性,设计了完整的实验测试设备。通过CCD相机对筛管割缝的图像进行采集,使用Sobel算法、Canny算法、高斯滤波等图像处理方法提取割缝宽度,实现了对割缝筛管的快速自动化高精度在线检测。试验结果表明,检测误差仅为17μm,为筛管的制造和使用行业提供了新的测量方法。     

线结构光扫描传感器结构参数一体化标定

为了精确快捷地标定线结构光扫描传感器的结构参数,提出了一种线结构光扫描传感器结构参数一体化现场标定的新方法,建立了线结构光扫描传感器的数学模型,根据张正友摄像机标定思想结合L-M非线性优化算法能快速精确地完成摄像机内外参数的标定,在此基础上,引入辅助线激光,通过反复多次提取两激光交点完成对线结构光平面精确标定。文章还介绍了如何获取激光交点以及精确提取交点坐标的方法,通过设计相关实验验证了本文方法的可行性,使系统精度优于24μm,能满足实际测量要求。     

基于iOS平台的脉搏血氧仪设计与实现

血氧饱和度的监测对生理健康具有极为重要的意义,为了实现对人体血氧饱和度的无线测量和远程分享,提出了一种基于iOS操作系统的脉搏血氧饱和度测量系统。该系统利用集成了低功耗蓝牙协议栈的单片机CC2540对光电容积脉搏波信号进行采集,使用蓝牙传输协议把数据实时的上传到iOS操作系统,利用iOS操作系统对信号进行数字信号处理,根据修正的朗伯-比尔定律计算出血氧饱和度和脉率,最终把测量结果上传到云端服务器。实验结果表明,该系统可以实现血氧饱和度的无创实时监测、脉搏波数据的存储、测量结果上传云端服务器和分享测量结果的功能。     

精确标定关节臂视觉检测系统手眼关系

在关节臂视觉检测系统中,视觉传感器与关节臂末端的手眼关系标定的准确性直接影响到系统的测量精度。推导了关节臂手眼问题的数学关系模型,提出了一种基于遗传优化算法的双阶段手眼标定的新方法,即先采用常规方法求取手眼变换矩阵主要参数的初始值,在初始值的基础上利用遗传算法优化手眼标定模型的所有参数,建立遗传优化算法的手眼关系数学模型。通过实验论证了该方法的优良性和可行性,对一般手眼问题具有一定的可移植性,系统测量精度优于40 μm。     

用于电弧发射光谱的数字化自动引弧电路设计

转盘电极发射光谱分析技术在油液成分检测中有重要应用,研究表明,电弧光源的稳定性对光谱分析的结果有重要影响,传统的电弧发生器多使用火花放电器作为引弧电路的核心器件,在油液成分分析中引弧的稳定性和可靠性难以保证.文章提出了一种用于电弧光源激发的数字化自动引弧电路,建立了高频引弧电路拓扑结构模型,使用双路可控硅代替火花放电器...