基于BP神经网络的超声测距误差补偿

指出了超声波在测距应用中的局限性,并给出解决方案。着重从新的角度补偿超声传感器的误差,提出了用BP前馈神经网络补偿超声波声速受温度、湿度变化而引起的误差。在室外工作的测距仪上,应用该补偿方法后超声测距的精度提高了2个数量级。本方案适用于高精度要求或复杂环境下超声测距。     

基于弯曲振动超声换能器的远距离测量

未知环境下的实时障碍探测是陆地自主车(也称室外移动机器人)智能导航的关键技术.超声波传感器与其它环境探测传感器相比,具有价格低廉、便于安装使用且不受光线影响的优点,在国内外移动机器人测距系统中得到了广泛应用.但由于作用距离较短的原因,超声波传感器一般用于机器人低速运行在静态环境中的短距离测量,无法作为高速行驶陆地自主车的前视传感器来使用.针对这一情况,研制了一种高功率低频率的远距离超声传感器,其波束角为9,最大作用距离可超过35m,能满足高速行驶的陆地自主车进行远距离测距的要求.     

BP神经网络在测距误差补偿中的应用

文章提出了一种采用BP前馈神经网络补偿超声波测距受温度、湿度变化而引起的误差的方法,详细介绍了如何利用BP神经网络数据融合方法补偿超声测距传感器误差的实现方法,给出了该方法在室外测距仪中的应用实例。实际应用表明,该补偿方法明显提高了超声测距的精度,适用于高精度要求或复杂环境下的超声测距。     

移动机器人的多传感器测距系统设计

在移动机器人的路径规划过程中,必须掌握障碍物的距离信息.基于超声波和红外传感器的测距原理,设计了一种移动机器人多传感器测距系统,可测量0～200 cm距离内存在的障碍物,测量误差小于1 %.采用超声波和红外2种传感器组成3组测距采集系统,采集机器人3个不同方位的障碍物信息,解决了单一传感器测距盲区的问题,并详细介绍了该系统的软件和硬件设计.     

超声波测距误差分析

介绍了超声波测距的原理以及环境对测量准确度的影响,分析了测量误差产生的原因。阐述了仪器设计时超声波传感器的选择、计数频率的确定及盲区对测量的影响,指出了提高测量准确度的途径,重点阐述了利用软件修正误差的方法,使仪器达到了设计指标,满足了工业测量的实际需要。     

基于BP神经网络的超声波测距非线性误差校正

本文结合笔者所设计的超声波测距仪,介绍了用神经网络校正超声波传感器的非线性误差的原理与方法,并提出了基于BP神经网络的超声波测距非线性误差校正的模型、算法及其硬件实现。通过理论分析和硬件实验,显示出BP神经网络对超声波传感器的温度补偿和非线性校正的效果良好,充分表明了应用神经网络在提高超声波测距精度方面是一种行之有效的方法。     

智能轮椅避障测距控制系统

介绍了一种智能轮椅避障测距系统,给出了多路测距系统的结构和超声波传感器的分布,设计了避障测距与控制程序,并进行了自主避障与相关实验.实验结果表明:系统测量误差小,可以应用于智能轮椅避障系统中.     

基于BP神经网络的超声波测距非线性误差校正

本文结合笔者所设计的超声波测距仪，介绍了用神经网络校正超声波传感器的非线性误差的原理与方法，并提出了基于BP神经网络的超声波测距非线性误差校正的模型、算法及其硬件实现。通过理论分析和硬件实验，显示出BP神经网络对超声波传感器的温度补偿和非线性校正的效果良好，充分表明了应用神经网络在提高超声波测距精度方面是一种行之有效的方法。     

弯曲振动超声换能器在陆地自主车上的应用

因为作用距离较短,所以超声波传感器一般用于机器人低速运行在静态环境中进行的短距离测量,无法作为高速行驶陆地自主车的前视传感器来使用.为解决问题,根据超声换能器功率高、频率低时,发射的超声波衰减慢、传播距离远的原理,基于能改善传统压电换能器和磁致伸缩换能器的声匹配、提高气介式超声换能器辐射声功率及效率的弯曲振动换能器,研制了一种高功率、低频率、作用距离远的超声传感器,其波束角为9°,最大作用距离可超过35m,经实验测定,超声传感器在最大量程处测量数据稳定、指向性强,完全能够满足在高速行驶的陆地自主车进行远距离测距的要求.     

SSAL算法优化的超声波测距系统

传统的超声波测距系统只是对系统进行简单的滤波,即简单地进行多次测量后取平均值,这样难免会出现传感器误测的情况,导致最终的测量误差很大,引发误判.针对以上问题,本文对传统的超声波测量方法进行了改进,设计了基于SSAL算法的超声波测距系统.实验结果表明,经SSAL算法对返回的信号进行处理,大大减少误判情况的发生,从而得到精确的返回数值,提高了测量精度.     

基于Kalman滤波的车位侧方距离修正方法

通常车位识别技术通过超声波传感器获取侧方障碍物位置信息来判断车位边缘,由于测量时超声波传感器与障碍物形成波束角的跳变,及其本身的固有特性会带来随机噪声,导致不能直接得到状态变量的真实精确值。通过建立合适的距离修正系统状态方程和观测方程,采用Kalman滤波算法,由 k-1 时刻的超声波传感器测量值与随机噪声获得该时刻的协方差,并与测量噪声计算获得 k 时刻的Kalman增益,再结合k 时刻的超声波传感器测量值与观测方程得到k+1时刻的距离修正值。仿真结果表明,经过150次迭代计算后的绝对误差为1.575cm,平均修正时间仅需0.028s。该方法可有效降低了随机噪声干扰,具有良好的准确性和实时性,滤波测量距离修正值更加逼近真实值。     

基于GA-BP算法的超声波测量精度优化研究

针对复杂环境下超声波传感器测量系统测量精度问题,以罐体油位测量为例,提出一种基于神经网络遗传算法的超声波传感器测量精度优化模型,实现超声波油位测量系统的非线性误差校正。仿真结果表明,该方法可以减小超声波传感器本身结构和外界因素的干扰,提高测量精度。     

超声波传感器接收信号强度非对称性分析及对策

针对采用时差法测量流速时,超声波传感器顺、逆两向接收信号强度存在的非对称性、非均匀性问题,提出了一种改善超声波传感器性能的方法。根据超声波传感器的波束角、发声传感器与受声传感器的间距,分别计算出超声波沿着波束角中心线和外线到达受声传感器表面的时间,进而通过改进压电元件模块提出一种缩短信号分别沿着中心线和外线到达受声传感器表面时间差的超声波传感器设计方法。理论分析可知,该方法可以有效地改善接收信号强度非均匀、非对称性问题,提高了流量测量精度。     

基于信息融合的移动机器人侧向定位的研究

超声波传感器的入射角对输出有很大的影响,通过实验分析了入射角对输出的影响。采用引入误差补偿因子的方法,标定了传感器的测量模型,使得测量精度大大提高。在此基础上,基于多源信息融合设计了3种移动机器人侧向定位模型。经实验比较证实,引入误差补偿因子的融合模型定位精度高,可以使得距离误差控制在±2.4mm,姿态角误差控制在±0.32°以内。最后,将该融合模型应用于移动机器人的实际控制中,距离误差为±3.7mm、姿态角误差为±0.58°,满足移动机器人定位精度的要求。     

温度对硅-蓝宝石压力传感器影响研究

针对硅-蓝宝石压力传感器在高温环境下测量精度较差的问题,以双层敏感膜片结构为基础,研究了温度对传感器的影响;通过对温度场及热应力的理论分析,证明了材料热膨胀系数不一致所产生的额外热应力,将引起测量误差;相应的ANSYS有限元仿真及实验也表明,温度效应对压力传感器的测试精度会产生较大的影响,且压力传感器的输出与温度值之间存在一定的规律。     

基于角锥棱镜的激光干涉位移测量误差分析

基于光线矢量方法和角锥棱镜光学特性,推导角锥棱镜姿态角、直线运动自由度、余弦误差以及阿贝误差对激光干涉位移测量影响的数学表达式,并使用RENISHAW XL80激光干涉仪搭建测量光路,开展相关测量实验;结果表明：姿态角对干涉位移测量的影响通常不超过0.1 μm;当角锥存在直线自由度误差时,返回测量光束的光斑中心会产生与水平或垂直直线度方向一致的平移,但不会引入几何位移测量误差;推导给出角锥棱镜测量光束的回光偏移量与余弦误差之间的关系,阿贝误差与阿贝臂值和角锥棱镜偏摆角之间的关系;干涉位移测量实验表明,通过修正阿贝误差,可以有效提高位移测量精度;研究结果建立了基于角锥棱镜进行干涉位移测量的误差分析方法,为干涉位移测量的误差补偿提供依据。     

基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合技术研究

针对应用三轴陀螺仪和三轴加速度传感器的四旋翼飞行器姿态角测量问题,提出了基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合方法。该方法将陀螺仪输出的角速度误差作为时变误差处理,认为陀螺仪输出的角速度误差与其所测角速度及上一时刻的角速度输出误差相关,并据此建立陀螺仪测量线性方程,在此基础上,应用Kalman滤波算法,以加速度计输出的姿态角对陀螺仪测量的姿态角进行修正,从而达到姿态角准确测量的目的。实验结果表明：应用Kalman滤波算法对加速度传感器和陀螺仪信号融合后可有效消除姿态角测量累积误差并显著改善姿态角测量的动态特性。     

旋转弹用滚转角磁测系统设计

针对传统捷联式惯性测量系统存在积累误差导致滚转角测试误差较大的问题,设计一种新型的基于纯地磁场信息的滚转角磁测系统。该系统以磁测姿态原理为基础,以嵌入式微控制器STM32F415为控制、解算核心实现对滚转角的测量。通过高精度三轴速率转台的飞行仿真实验结果表明,该滚转角磁测系统能够实时准确地解算出载体滚转角,测量误差保持在 3度以内,具有较强的可行性和较高的测试精度。该滚转角磁测系统具有体积小、测量误差不随时间积累等优点,为旋转弹的滚转角测量提出了新的思路,具有一定的工程应用价值。     

蓝宝石高温光纤压力传感器的设计与仿真

针对高温环境下压力测量需求,提出采用蓝宝石材料来构造适用于特殊环境下的光纤高温法珀压力传感器。基于圆形膜片压力敏感原理设计了传感器敏感单元结构尺寸,通过Comsol有限元软件建立了敏感单元模型,对敏感膜片的表面位移及应力分布情况进行了仿真,验证了传感器设计的可靠性;同时分析了传感器的温敏效应,结果表明随温度升高,传感器的灵敏度会增大,会对压力测量产生误差,约为1.51kPa/℃,上述结果为蓝宝石高温压力传感器的结构和性能优化设计提供了有效指导。