Generation and detection of multi-frequency calibration signal for distributed electromagnetic receiver

为了提高分布式电磁接收系统频域标定的效率和精度,提出了一种基于多频伪随机信号的标定方法并研究了多频标定信号的产生和标定数据的处理方法.首先,根据多频伪随机信号的解析式分析了其主频点的振幅和分布特点,通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了伪随机信号的编码合成并产生了高精度双极性标定信号源.然后,基于相关检测的噪声抑制原理,给出了检测含噪声多频标定输出信号幅度和相位的多次相关迭代法并通过仿真进行了验证.最后,对分布式双通道电磁接收系统的采集通道和磁场传感器进行了标定测试.结果表明:在外界噪声不大于标定输出信号幅度的环境下,检测结果幅度误差小于2％,相位误差小于1°.该标定方法快速准确,可用于分布式电磁接收系统在不同野外环境下的频域标定.     

混场源电磁接收与标定系统的设计

混场源电磁法(HSMT)综合了大地电磁法(MT)和可控源音频大地电磁法(CSAMT)的特点,以天然场和人工场相结合为场源,探测介质的电阻率.本文为实现电磁信号的有效接收,开发了一种同时进行四分量测量的24位并行HSMT接收系统.采用低功耗DSP芯片控制,工作方便、快捷、灵活并能够保证足够的精度.应用以方波作为标定信号的标定方法,该系统可实现对接收通道和接收磁传感器的动态响应标定,提高了标定效率.通过改变采样频率,系统可在0.1 Hz～90 kHz的宽频率范围内有效工作.     

低波峰因数多频正弦信号数字合成算法的研究

研究了应用随机尝试法解决低波峰因数多频正弦信号数字合成问题，提出了基于随机尝试法、具有自动收缩搜索区间和多搜索区间的多频正弦信号数字合成算法，并通过数值仿真研究了该算法的有效性。仿真结果表明，与现有的其它合成算法相比，所提出的合成算法能够获得具有更小低波峰因数的多频正弦信号。     

采用知识的粒子群算法的多频微弱信号自适应随机共振检测方法

调参随机共振系统结构参数的选择对该检测方法的性能优劣起着决定性的作用。针对工程应用中对多频微弱信号实时检测的要求,提出以平均输出信噪比为适应度函数,将随机共振系统产生最佳共振效应时势垒与噪声强度大致相等这一特性作为知识,采用基于知识的粒子群算法来并行优化随机共振系统结构参数。与标准粒子群算法相比,该算法能以更快的速度得到最佳的系统结构参数,自适应地实现非线性系统、输入信号和噪声之间的最佳匹配,削弱多频含噪信号中的噪声,提高信号的输出信噪比。仿真试验和水轮机振动信号提取的工程应用均表明,该方法参数寻优效率高,简单易行,在采样点数较少的条件下能最优地检测出淹没在强噪声中的多频微弱信号,可以实现早期故障特征信号的提取。     

电涡流传感器多频检测工作电路参数的选择

简述了电涡流传感器多频多参数测量的工作原理，结合对钢板裂纹深度检测的实例，提出了对传感器检测工作电路参数优化的方法，理论和实践证明此方法可行。     

多激励模式的电磁层析成像系统

根据理论分析和仿真研究提出并实现了一种多激励模式的电磁层析成像系统,为研究不同激励模式的优缺点和传感器的优化设计提供了条件,在此条件中实现的似平行场激励模式由于增加了独立的投影方向数,并具有较均匀的灵敏度分布,而提高了重建图像的质量。为了获得多个激励方向各检测信号的实部和虚部,作者提出了一种基于相位反馈搜索的正交解调方法,提高了系统信号处理的实时性。     

一种弱信号检测相关信号的产生

为给微弱信号检测中的锁定放大器提供高性能的相关信号源,采用C8051F005单片机直接教字频率合成产生了2路4相相关正弦波信号。为保证所有输出信号满足相关性要求,在单片机程序中必须采用同一个长的正弦波数据表。本文介绍了用MATLAB生成这种任意长度的数据表的方法。     

微弱信号选频放大电路的研制

为提高弱信号检测中的信噪比,常采用选频放大电路放大微弱信号,然后利用自相关检测技术只提取所需信号,抑制噪声干扰信号.介绍了无限增益选频放大电路的研制技巧:第一级选频放大电路必须选择低噪声运算放大器,当使用超低噪声的运放时,电阻的热噪声是主要噪声源,串联在输入端的电阻其阻值应比较小.各级选频放大电路都必须选用温度系数小的电阻和电容,其中电容对频率的稳定性影响更大.在PCB布线时采用一点接地方法,避免后级电路通过电源和地线反馈至前级电路引起自激.研究表明,当选频放大电路输入端短路时,末级输出噪声超过30mVpp,就比较容易出现自激振荡.这可以作为确定选频放大电路极限放大倍数的依据.     

三维视觉检测与结构光传感器的标定

本文从一般的视觉概念和方法出发，探讨一种应用于坐标尺寸测量的视觉检测方法。文中介绍了常用的传感器及其结构参数的标定方法。经现场对轿车白车身的测试，重复性误差Ｓ＝０．０５ｍｍ；与三坐标测量机比结，示值误差小于０．１５ｍｍ。     

采样信号时频特性的复合材料损伤检测

一种时频数据处理方法被应用于复合材料损伤检测。根据小波变换的框架重构理论和小波变换时频相空间理论,提取了信号的时频域特征,通过比较原信号的时频空间和小波变换相空间的相同部分,得到了能反映原信号同样时频特征的小波级数展开项和,应用Ｇｒａｍ－ｄｓｃｈｍｉｄｔ正交化方法,按照一定准则,对所得到的小波级数展开项的线性组合进行正交处理,用代数数值方法,从已知采样数据分布集合得到了对应于曲线本身时频特征,经过     

高精度电磁标定力的产生及其特性分析

高精度标定力的产生是微推力高精度测量的关键之一。电磁力具有非接触、结构简单、容易控制等优势,成为微推力测量系统有效的标定力产生方法。针对微推力测量对于电磁标定力的性能要求,研究了磁铁与线圈之间相对位置变化对电磁力大小的影响关系,通过仿真计算得到了轴向距离、径向偏差、相对倾角变化下的电磁力输出特性:相对倾角、径向偏差不为0时,电磁力均会变大,且关于磁铁中心轴线具有对称性,沿轴向距离,电磁力先增大后减小。基于天平称重法,设计了可三维调节的电磁力测量装置,提出了轴向距离、径向偏差、相对倾角的归零调节方法;获得了电磁力较为完备的力学特性,通过分段拟合方法,解决了在较小标定力时相对误差较大的问题,确定了电磁力及电流的控制关系及相对位置变化范围;提出了不敏感角、不敏感径向偏差、不敏感轴向距离区间等新概念,为电磁力产生装置的性能表征提供了具体参数。     

“电压百分率输出”传感器的特性及校验

"电压百分率输出"是一种非标准信号,目前在进口设备中得到广泛应用。为解决这种新型电压百分率输出信号的校验问题,根据信号特性及有关国家校验标准,提出了"电压百分率输出"传感器的校验方法及数据处理方法。在校验装置、标准仪表选型、校验点的选取、校验的程序与步骤、数据处理方法等方面做了深入分析。经过多次现场应用,其结果表明,该校验与数据处理方法实用可行,能帮助相关工程技术人员了解此类传感器校验知识,更快地掌握其校验方法。     

基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器

针对目前光刻机、超精密数控机床等高端超精密装备对于精准平面定位的要求,提出了一种基于多频磁场耦合的平面 二维位移传感器。 传感器组成为定尺和动尺,其中定尺由导磁基体和 X、Y 方向励磁线圈构成,动尺由导磁基体和 X、Y 方向感 应线圈构成。 通过对 X、Y 方向励磁线圈通入正余弦励磁信号,在定尺上构建出多频磁场耦合的二维均匀磁场阵列,动尺感应 出带有位移信息的电信号,经过理论推导和电磁仿真验证了多频磁场直接解耦差动结构和幅值调制解算方法的可行性,并对仿 真误差进行分析,并优化了传感器结构。 最后采用 PCB 工艺制作传感器样机并开展相关实验研究,实验结果表明:传感器在 150 mm×150 mm 的测量范围可对二维位移进行精确测量,其中 X 方向测量精度为±33. 08 μm,Y 方向测量精度为±36. 95 μm,优 化后的传感器样机 X、Y 方向原始对极内位移误差峰峰值在原有基础上降低了 49. 1% 和 50. 7% 。     

磁性液体微压差传感器校准信号源的研究

提出了一种新颖的低频(0.1～100Hz)磁性液体正弦压力信号源,可用于微压差传感器校准实验,该信号源能够产生与激励电流频率相同的正弦微差压.利用单自由度受迫振动原理分析了输入电信号和输出压力信号之间的函数关系.采用有限元方法(FEM)分析了磁性液体正弦压力信号源内的磁场分布并计算了磁性液体所受磁场力.最后搭建了测试信号源性能的实验平台,并给出了实验结果,由此计算了系统的固有频率及阻尼比等特征参量.实验结果显示与理论分析一致.     

交流励磁三维定位系统中磁传感器设计

交流励磁定位系统可以对介入式微型医疗装置在人体内的三维位置实现非接触式遥测。在定位系统中，为了测量磁场分布范围宽、下限磁场微弱的交变磁场，本文设计开发了感应线圈式磁传感器。根据电磁感应原理，感应线圈先将交变的磁信号转换为电信号，再通过后级信号处理电路在强大的噪声背景中提取出有用的电信号，结合传感器的输入输出特性，即获得待测磁场大小。实验结果表明：磁传感器能准确测量微弱交变磁场，且具有宽测量范围、高分辨率、高稳定性和高精度的优点。磁传感器还能适用于一切非导磁环境中跨度大的交变磁场的测量，具有通用性。     

面向行人检测的异构视觉传感网络自适应标定

异构视觉传感网络的标定是实现准确行人检测、跟踪、识别以及行为分析的关键和前提,对公共安全和智能安防具有重要意义。本文提出了一种面向行人检测的异构视觉传感网络自适应标定方法。首先,构建主动旋转变焦(PTZ)传感节点变焦成像模型,采用基于SURF特征点匹配的方法实现内参数自标定。其次,构建外参数分布式标定模型,将异构视觉传感网络外参数标定分解为节点局部标定和网络全局标定,从而避免采用单一中心节点进行集中式处理,提高方法的可扩展性;最后,为了提高标定精度,采用自适应混沌微粒群优化算法最小化内、外参数估计的再投影误差和轨迹匹配误差。实验结果表明,本方法有效降低了网络通讯量和标定误差,提高了异构视觉传感网络行人检测精度,具有重要的理论和实际应用价值。     

Study on multi-frequency weak signal detection method based on stochastic resonance tuning by multi-scale noise

In practical engineering applications, useful information is often submerged in strong noise and the feature information is difficult to be extracted. Aimed at the detection problem of multi-frequency signal under colored noise background, a novel weak signal detection method based on stochastic resonance (SR) tuning by multi-scale noise is proposed. Firstly, noisy signal is processed by orthogonal wavelet transform to decompose the signal into multi-scale ingredients. According to the orthogonal wavelet transform coefficients characteristics of 1/f distribution, multi-scale noise is constructed so as to make the frequency-band containing the driving frequency be enhanced through SR system. Thus multi-frequency weak signal is detected. The method is effective to detect multi-frequency weak signal under colored noise background. Experiment signal analysis results show that the proposed method is simple for multi-frequency weak signal detection, and has good prospects for engineering applications.     

Vehicle detection and classification by measuring and processing magnetic signal

This paper presents novel vehicle detection and classification method by measuring and processing magnetic signal based on single micro-electro-mechanical system (MEMS) magnetic sensor. When a vehicle moves over the ground, it generates a succession of impacts on the earth’s magnetic field, which can be detected by single magnetic sensor. The magnetic signal measured by the magnetic sensor is related to the moving direction and the type of the vehicle. Generally, the recognition rate using single sensor detector is not high. In order to improve the recognition rate, a novel feature extraction algorithm and a novel vehicle classification and recognition algorithm are presented. The concavity and convexity areas, and the angles of concave and convex parts of the waveform are extracted. An improved support vector machine (ISVM) classifier is developed to perform vehicle classification and recognition. The effectiveness of the proposed approach is verified by outdoor experiments.     

基于力磁耦合型的管道电磁应力检测解析模型研究

针对管道应力检测和定量化研究,提出一种基于电磁检测原理的管道应力检测方法。本文以J-A模型为基础,采用分子电流理论建立了管道力磁耦合模型,结合非磁滞条件下铁磁材料磁化曲线,利用管道力磁耦合模型解析计算了磁化方向上外磁场和应力对管壁表面磁场的影响规律,并进行了系统性实验研究。研究结果表明,随应力强度的增加,磁化方向上管道电磁应力检测信号呈现先增大后减小的变化趋势(变化方向翻转),翻转点前后均呈线性关系,但磁场信号变化速率改变,磁力学敏感度发生变化;随着外磁场的增加,在磁化曲线处于磁饱和(磁场强度大于20 KA/m)时,应力对铁磁材料磁化强度影响较小,磁场强度约为5 000 A/m时,应力对磁化强度影响较为显著。