基于数据融合的动车外廓尺寸检测系统的设计

在现有的大尺寸测量方法基础上,根据机车检测的实际需求,提出了一种融合多种传感器数据的扫描式三坐标测量体系。系统在龙门架做直线平移时,采用一维激光测距传感器、二维水平仪、光纤应变力传感器和相应的数据采集技术依次测出车体各横截面的三坐标和测量误差源数据,设计了一种车体轮廓测量的误差补偿方法并建立相应的数学模型,然后将测得的各截面数据拟合成三维实体,最终求得所需尺寸和几何量参数,实现对机车车体主要结构尺寸的高精度、智能化测量。     

液相单片阵列QCM传感器及测量系统研究

研究一种用于液相检测的单片阵列QCM传感器及测量系统.在一个石英基片上制作多个QCM单元,封装成适于液相检测的阵列QCM器件;基于同一振荡电路,通过选通激励方式,测量阵列中的各敏感单元,消除振荡电路的差异性影响.采用嵌入式微处理器LPC2132和CPLD器件XC9572构建并行频率测量及控制系统,实现多通道QCM测量﹑控制﹑计算显示和数据通讯等功能,构成一个完整的液相QCM阵列传感器系统平台.     

基于多传感融合的吊装过程监测系统联合标定方法研究

为实现大尺度产品部件吊装对接实时位姿安全监控,利用多传感器数据融合技术,组建了包括单目视觉系统、九轴MEMS以及激光测距传感器的多传感器联合测量系统-集成测量单元。针对组建的集成测量单元设计了多传感器联合测量系统联合标定的方法,该方法借助于工业机器人首先将单目视觉系统与九轴MEMS标定于集成测量单元坐标系,然后借助单目视觉系统和工业机器人将激光测距传感器的激光射线的空间直线方程标定于集成测量单元坐标系中,最终将单目视觉系统、九轴MEMS以及激光测距传感器联合标定于统一的集成测量单元坐标系下,完成联合标定。最后经过实际试验的数据分析以及误差验证,该方法完全满足吊装过程监测任务的精度与特性要求。     

基于激光传感器和嵌入式的工装在线监测系统设计

为了满足工业生产中对距离等信息的实时采集要求,提出了一种以激光传感器为检测端,嵌入式系统为数据处理和控制端的远程监测系统。采用德国SICK公司测距设备OD30-05T1激光测距传感器,以基于ARMV4I的Windows CE嵌入式平台为核心,结合RS485工业总线技术,对多台激光测距传感器进行操作,实现了激光测距系统的数据采集与处理分析。     

基于气体传感器阵列和独立成分分析的易燃气体检测

本文提出一种基于气体传感器阵列和独立成分分析(ICA)的方法来检测常见易燃性气体,例如一氧化碳(CO)和甲烷(CH4).气体传感器阵列由6个商用金属氧化物半导体传感器组成,分别对这两个独立的气源产生响应.通过分析ICA散点图中CO和CH4的信息成分,实现了这两种易燃气体的定性和定量组分分析.仿真结果表明,用ICA对气体传感器阵列测量数据进行处理,可以提高气体识别的准确率和浓度测量的精度.     

电阻基板面平行度检测算法的分析

介绍了一种双工位电阻基板面平行度检测系统的检测原理和平行度算法。依据测量坐标值的原则检测形位误差,使用基于CCD检测器件的激光测距传感器获得空间坐标值,建立了基于最小二乘法拟合基准平面的数学模型计算面平行度。设计了一种面平行度计算的简化算法,用VB编程实现此算法,便于实现检测系统的自动化,提高检测的精度和效率。     

基于Hartmann-Shack波前检测原理的微透镜阵列焦距测量

基于哈特曼波前传感器检测原理,结合图像清晰度定焦技术,提出了一种测量微透镜阵列焦距的方法,介绍了测量系统的组成和原理.首先利用平行光管的出射平面波前在被测微透镜阵列焦面上成像,利用标准透镜产生的球面波前在微透镜阵列焦面附近成像.然后,根据平面波前和球面波前经过微透镜阵列成像时微透镜阵列焦面上光斑的偏移量,计算相应的微透镜阵列子单元的焦距.最后,基于图像清晰度定焦技术,通过不确定度分析和实验测量验证了该方法检测微透镜阵列焦距的可行性.测量结果表明,该方法对微透镜阵列焦距检测精度可达到3％;同时,一次测量可完成微透镜阵列多个子单元的焦距标定.相对于传统的检测方法,该方法具有较高的检测精度和效率.     

用于抽油杆位移测量的低功耗激光系统研究

针对使用加速度传感器测量横梁抽油杆位移的方法存在的问题:测量精度不高、易受外界干扰。设计了一种低功耗激光测距系统:以MSP430F1611为核心,激光测距传感器采集位移,并由无线模块将数据传输到上位机。对系统的功耗进行研究,通过硬件选择、软件编程来实现低功耗特性。并搭建模拟实验平台,测得实验数据,最终证明系统测量精度大幅提高、受外界震动影响较小,并具有更低的功耗。     

柔性曲面变形检测的FBG方法

为实现太阳能帆板、飞机机翼等薄板类曲面的动态检测,构建了一种基于光纤光栅（FBG）的传感阵列系统。将FBG传感器分布式地封装在形状记忆合金（SMA）薄片上,并采用增加预应力方式,扩大FBG检测拉应力的检测范围;利用空分复用（SDM）和波分复用技术（WDM）将FBG阵列布置到曲面上,传感器分布根据曲面应力状况采用植入式分布,应变较大的地方布置稠密,反之稀疏;曲面发生变形时,解调仪器解调出波长变化;计算机对采集数据进行处理,重建曲面形状并实时显示,以实现曲面的动态检测和显示。实验结果表明,此传感阵列系统的波长变化与曲率具有较好的线性关系,传感器布置合理、测量精度高,利用FBG能够实现曲面变形检测。     

通用光栅数显装置的研制

为了实现光栅传感器的位移测量,文中研制了一台通用光栅传感器数显装置.该装置通过差分放大器、比较器对输出模拟信号的光栅传感器进行信号处理,与输出数字信号的光栅传感器共用位移测量系统.运用阵列逻辑GAL实现光栅信号的四细分和辨向,利用单片机对GAL输出的细分辨向信号进行计数,通过数码管实时显示光栅传感器的位移测量结果.通用光栅传感器数显装置的研制实现了对模拟/数字信号的测量功能,提高了通用性.     

大靶面激光光幕靶研究

针对大靶面、高精度弹丸速度测量的要求,提出一种新型激光光幕靶弹丸速度测量系统。该系统采用大功率90°扇形线状激光器做为光源,两列高灵敏度光电二极管阵列作为接收装置,当弹丸穿越激光光幕面时,遮挡了部分投射在光电二极管上的光线,光电二极管产生微弱电信号,经放大、整形后输出一个脉冲信号,触发计时仪开始或停止计时。两台同样的装置配合测时仪,便可组成激光光幕靶测速系统。经实弹实验证明,该系统具有高灵敏度和高精度的特点。     

基于双目视觉的车辆行驶跑偏在线自动检测系统

为了解决车辆行驶跑偏测量问题,研制了一种车辆行驶跑偏在线自动检测系统。该系统通过建立的双目机器视觉模型实现了车辆行驶跑偏量的自动测量,研制的大视场激光光源解决了测量中的环境干扰问题,采用优化数据处理算法解决了测量精度不高的难题,构建的无线网络测试系统实现了车辆行驶跑偏在线自动检测。该系统测量精度高、运行稳定可靠,可广泛应用于汽车生产企业及各种车辆检测线上车辆行驶跑偏量的在线自动测量。     

Error compensation method for a gantry robot and a laser-vision sensor-based chassis module measurement system

This paper describes an error compensation method for a 3D laser measurement system based on a gantry robot used for car chassis sub-frame module dimensional inspection. The method is based on a geometrical model that describes possible distortions in gantry robot installation. Implementation of the error compensation model allows a several-fold decrease in gantry robot positioning error.     

非接触式扫描反射镜转角测量系统

为了提高扫描反射镜转角检测系统的测角范围,建立了基于一字线激光器和线阵CCD的高精度非接触式扫描镜角度检测系统。介绍了检测系统的结构和工作原理,该系统根据激光光斑在CCD上的位置计算扫描反射镜的转角,并利用特殊设计的阵列反射镜增大测角范围。为了降低对加工及装调精度的要求,对系统进行了误差分析,给出了采用多项式拟合法进行角度测量的理论依据。讨论了影响系统检测精度的一系列误差源,计算了系统测量的总误差。最后进行了相关的测量实验。实验结果表明：系统的检测系统分辨率为2.5",测角范围为11°,测角精度可达3",可以满足扫描反射镜对角度测量系统提出的高精度、非接触、大测角范围的要求。     

An instrumentation system for multi-parameter measurements of gas-solid two-phase flow based on Capacitance-Electrostatic sensor

In this paper, an instrumentation system for the measurements of local solid volumetric concentration, local solid velocity, local solid mass flowrate and solid mass flowrate in gas-solid two-phase flow system is developed. It is based on a new type of a Capacitance-Electrostatic sensor (CES). The CES sensor is mainly composed of a capacitance electrode array and two electrostatic electrode arrays. The optimum design of the sensor is achieved by finite element method. The capacitance electrode array is employed to detect the solid distribution over the cross-section of the pipe, and the local solid volumetric concentration measurement is further derived. The electrostatic electrode arrays are used to measure the local solid velocities in conjunction with cross-correlation method. From the local solid velocity and local volumetric concentration, the solid mass flowrate and the local solid mass flowrate can be achieved. The developed system for the local solid volumetric concentration measurement is verified through analogue simulation experiments and static experiments. Finally, the system is employed to measure the local solid volumetric concentration, local solid velocity, local solid mass flowrate and solid mass flowrate on a belt conveyor. The experimental results show that the measurement error of the local solid volumetric concentration measurement results are less than 10.43% for solid local volumetric concentration ranging from 0.02 to 0.56, the standard deviations of the local solid velocity measurement results are less than 0.42 for solid velocity ranging from 3.5 m/s to 15.0 m/s, and the relative error of the solid mass flowrate is within −19.6% to +14.9% for solid mass flowrate ranging from 0.006 kg/s to 0.103 kg/s, indicating that the system is capable of achieving multi-parameters measurement in gas-solid two-phase flow system.     

激光测距仪在工业大行程测量系统中的应用

介绍了一种新型激光测距仪在流体缸大行程测量中的应用实例．它主要由控制系统、激光测距传感器、反射板组成,其中控制系统以PC机为上位机,以单片机为核心下位机．重点说明新型激光测距仪的工作原理、控制系统的软、硬件设计和优势．     

碲镉汞光导探测器在中红外激光测量中的热问题

为了准确测量中红外高能激光系统的远场功率密度时空分布等参数,分析了室温光导型碲镉汞(HgCdTe)探测器在环境温度变化和光热效应情况下存在的探测器光敏元温升等热问题,并分别给出了应对措施。从HgCdTe的电学参数经验公式和光导型探测器工作原理出发,分析了暗电阻和响应率与光敏元工作温度的相关性。建立了计入接触热阻和自然对流效应的光导型HgCdTe探测器热分析模型,并对模型进行了实验验证。分析了光敏元与环境温度间的热平衡时间特性,提出了连续激光测量中的环境温度校正模型。讨论了激光辐照下探测器的动态响应特性,给出了激光加热探测器光敏元导致的附加光热信号的修正方法,该方法在典型应用条件下可将测量系统的单通道测量不确定度降低2%以上。目前,所述方法均已成功应用于多套远场激光光斑定量测量系统。     

基于超定方程组的相位激光测距解模糊算法

快速准确的测距解模糊算法是相位式激光测距仪实现快速测距的关键问题。研究了一种基于超定线性方程组的相位测距解模糊算法,该算法避免了对最优解的搜索,因而运算量小、求解速度快。首先使用差频测相法在较大的不模糊距离上捕获到目标,获得近似距离值,然后使用这一距离值准确求解出不同频率调制波之间的周期数之差,从而构建超定线性方程组,最后应用最小二乘法求解出准确距离。同时还对该算法的2种解法进行计算机仿真,比较仿真结果,选取用间接法求解目标距离,并对该解法进行了精度分析。对3台K-60系列激光测距仪在精度为0.18 mm的国家标准基线上进行了测距试验,结果表明,3台样机的平均测量误差小于2 mm,测量标准差小于1 mm,验证了该算法是有效的。     

柔性曲面形状检测传感网络设计

针对太阳能帆板等柔性曲面检测,其动态变形检测难度大。用光纤光栅（Fiber bragg grating,FBG）设计曲面传感阵列,利用空分复用和波分复用技术构建传感网络检测系统。传感器网络的数目根据波动理论和检测仪器的最大解调范围确定;传感网络在曲面的分布根据曲面应力状况和变形特点进行植入式分布,在振幅最大的位置布置传感器,在曲面应变大的位置布置稠密,反之稀疏,根据曲面变形的有限元模型,实现模拟太阳能帆板柔性曲面传感网络设计。并对传感网络的检测精度进行试验,试验表明此传感网络中传感器检测具有良好的线性关系,传感网络中传感器布置位置合理,传感网络能够检测帆板的多种变形。传感器封装在保持40 mm的长度中,传感器测试误差仅有0.4％,柔性曲面测试误差小于4%。     

激光传感器在大尺寸轴类零件尺寸误差测量中的应用

提出了一种用激光脉冲测距技术实现大型回转类零件尺寸误差的在线测量方法。对激光传感器的测量原理和测量过程进行了分析,给出了硬件结构图和软件流程图。