矢量线阵二维波达方位估计的方法

声矢量传感器南声压传感器和质点振速传感器组成,它可以空间共点、时间同步测量声场的声压标量和振速矢量信息。钏对声压线阵无法同时分辨目标的方位角和俯仰角,而三维矢量传感器线阵会带来成本的增加和工程应用上的困难．利用二维矢量传感器组成的直线阵对目标的二维波达方位进行联合估计,详细推导了矢量阵MUSIC算法的数学表达式,并着重对矢量线阵在三维坐标不同轴上时对方位估计的影响进行了研究。仿真结果表明二维矢量线阵布放在水平的X轴或Y轴上时存在方位模糊．而布放在垂直的Z轴上时可以实现全空间无模糊定向,且对双目标也有较高的分辨率。     

基于Stewart并联调姿平台的六维力测量与不确定度分析

在分析六维力静态解耦算法的基础上,提出基于牛顿迭代法的动态六维力解耦算法,构建六维力测量模型,基于蒙特卡洛仿真法实现了六维力测量不确定度评定算法,并设计相关试验算例进行验证.结果显示,六维力在X轴与Y轴方向的力分量测量不确定度分别为0.011 3N和0.011 4N,绕Z轴的力矩分量测量不确定度为0.008 3N·m.研究结果可以为Stewart并联调姿平台六维力测量的应用提供一定借鉴.     

一种新型三维微位移工作台的设计和分析

为了解决微位移工作台的三维耦合问题,设计了一种驱动器固定的三维无耦合微位移工作台.本文介绍了它的结构和工作原理,通过有限元分析计算和样机实测验证,分别在X方向,X、Y方向和X、Y、Z方向施加载荷时,三维微位移工作台在X方向的位移不变,解决了三维空间运动耦合问题;分别在X、Y、Z方向施加不同载荷时,得到了工作台X、Y、Z方向的刚度,验证了工作台的位移、最大等效应力与载荷成正比.样机实测结果与有限元计算结果相吻合,工作台符合设计要求.     

星敏感器成像面位姿检测设备误差补偿

测量星敏感器成像面与安装面的位姿关系,对系统成像质量及精度补偿具有重要意义.本文设计了一套基于三维导轨的探测器成像面姿态检测设备,针对检测设备的系统误差提出了一种误差快速补偿方法,通过对标准件的测量完成对导轨运动误差在Z方向分量的标定.将X轴和Y轴运动体的位移量与测量误差在Z方向的分量数据写入标定文件,以高效完成误差的补偿.通过与高精度激光干涉仪测量结果对比,Y轴测量误差在2.9μm内,X轴测量误差在1.5μm内,达到了测量要求.     

挂弹车实时对准测量方法

为了实现挂弹车全自动装填,缩短装填导弹时间,需要精确测量导弹挂钩与飞机挂架挂点之间的相对位置关系,提出了一种实时相对位置测量方法,详细介绍了该系统测量原理,推导出了参数测量公式,并分析了主要误差源对测量精度的影响.该系统主要由光学镜头、面阵CCD、激光器、合作目标及处理电路等组成,能够实现导弹挂钩与飞机挂架挂点之间X,Y,Z三维坐标的测量,根据仿真计算,当导弹挂入挂架瞬间,X方向测量误差为4.44mm,Y方向测量误差为0.43mm,Z方向测量误差为0.75mm.     

基于Visual Basic的磁灵敏度三维球坐标图像模拟算法的研究与实现

在新的国际标准ISO/16063-33"振动与冲击传感器磁灵感度测试方法"中,要求传感器多平面固定,测试磁场360°旋转,自动测试装置记录并绘制磁灵敏度的三维成像图形。本文研究探讨了基于Visual Basic在二维平面坐标系中对三维图形的进行模拟绘制的算法原理以及可实现程序,从而在二维平面显示器上准确模拟出传感器磁灵敏度的三维成像图形,并可绕X轴、Y轴及Z轴旋转成像。     

MEMS三维微触觉力传感器标定方法

针对一种微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)三维微触觉力传感器,采用悬臂梁弯曲变形获得了标准微小力信号,通过测量传感器敏感梁弹性导致的传感器测杆的微小位移量,对标定过程中的误差进行了补偿,实现了三维微触觉力传感器的精确标定.建立了MEMS三维微触觉力传感器标定系统,对悬臂梁的弹性系数进行了标定,对传感器测头输出的微小电压信号设计了线性化的信号调理电路.标定过程中考虑了由于传感器敏感梁弹性变形导致的传感器测杆的微小位移量对标定精度的影响.采用高精度的纳米测量机(nano-measuring machine,NMM)对传感器测杆的位移特性进行测量,利用该参数对传感器的力特性系数进行误差补偿,最后根据传感器输出的初始电压和力特性系数建立了传感器的力特性输出方程.     

颜色编码三维测量系统的结构参数设计及仿真

提出了基于结构光颜色编码技术的三维测量系统,利用条纹的颜色对光平面的投影角进行编码,以实现三维物体形状测量和重建。该系统主要由数字式光处理器、彩色摄像机和计算机组成,具有结构新颖,简单可靠等特点,且无需扫描,仅需采集一幅景物的编码图案就能得到产生一幅全帧深度图像所需的全部信息,非常适合于高速、实时在线测量。根据系统的主要设计指标及对可测空间的分析,对系统的结构参数进行了优化设计,以保证系统具有最大的可测空间及最佳的遮挡特性。对典型的平面类三维面形——斜面进行了仿真实验,得到系统在 Z 轴(深度方向)、X 轴、Y 轴方向的测量误差分别为 0.31%,0.22%,0.23%,达到了系统的预期要求。     

用于双探针原子力显微镜的定位平台的设计及实验验证

针对双探针原子力显微镜的需求,设计了一种提供精确位移的大行程定位平台。采用柔性铰链和压电陶瓷致动器分别作为定位平台的导向机构和驱动机构。在 X、Y和Z轴运动方向通过并联机构实现独立位移。对定位平台进行数学建模,分析和计算定位平台的工作刚度和固有频率,并进行了有限元仿真分析。以电容传感器作为位移测量单元构建了定位平台实验装置,并进行了实验验证。实验结果表明:定位平台在X与Y轴方向上拥有 110μm 的行程,分辨率为5nm,在Z轴方向上拥有45μm的行程,分辨率为5nm。     

单折梁结构的水平式隧穿磁强计的仿真

水平式隧穿磁强计梁的结构设计可采用直梁和折叠梁.直梁结构质量弹簧系统的弹性系数可通过几何建模的方法确定,但折叠梁结构则难于采用该方法确定.本文以单折梁为例,采用有限元仿真,通过建立单折梁结构和直梁结构在受到相同外力时位移变化之间的关系,推导出单折梁结构的弹性系数和驱动电压计算公式.此外,通过分析单折梁结构和直梁结构的水平式隧穿磁强计1～4阶模态振型,发现单折梁结构的1～3阶模态的运动方向与直梁结构相同;单折梁结构第4阶模态的方向既有绕x轴的转动,也有绕Z轴的转动,绕z轴的转动为主要运动.     

激光扫描实验回波信号的分析

利用激光回波信号的强度变化来测量物体边缘轮廓的新型激光雷达,并利用二维扫描、直接探测等技术建立了一套激光扫描实验系统。振镜在X、Y方向分别以不同的频率振动,当激光经过振镜反射后,就以X、Y方向进行二维扫描,激光二极管接收到的信号经过滤波后被分为两个不同频率的信号,分析这两个不同频率的信号,就可以得到物体的轮廓信息。实验测量表明,通过测量回波强度变化来测量物体边缘轮廓的方案是可行的。     

基于三分量加速度传感器的脚步信号研究

在本脚步信号研究中，使用Freescale公司的MMA7260QT三分量加速度传感器采集脚步信号的X、Y、Z三轴方向上的加速度，采集到的信号通过STM32F101芯片的AD处理后，可以通过单片机的USART或者无线发射模块，传送到PC机上进行处理，为后续的模式识别提供可靠的数据。     

一种全向震动探测传感器设计

针对地下分布式震源定位过程中无法有效获取震动信号矢量信息的问题,本文介绍了一种全向震动传感器,通过该传感器能够有效获取全向震动信号的矢量信息.该传感器以MEMS加速度计作为核心探测单元,包括三维震动探测单元、信号调理单元和电源单元;采用球形结构设计外壳,内部硬件电路通过灌封工艺保证与外壳结构一体化.经信号仿真和野外试验测试,该传感器能够有效获取全向震动信号的矢量信息,在地下震动测试领域有着非常重要的工程应用价值.     

基于共平面二维工作平台的精密测量系统

介绍了新型共平面精密二维平台的机械设计与精密测量系统的研发.机械结构引入共平面理论,使得X方向和Y方向的导轨面在同一高度平面,减小了Z向阿贝误差和累积误差,兼顾对称设计,减小力变形、热变形;研制出高精度线性衍射光栅干涉仪,以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础,配合信号细分原理,使得该系统可以达到纳米级分辨率.     

脉冲噪声下基于Myriad滤波及分形盒维数的频谱感知

为了实现脉冲噪声背景下频谱感知,本文提出基于Myriad滤波及分形盒维数的频谱感知方法。Alpha稳定分布噪声影响信号的分形盒维数值。由于Myriad滤波可以抑制Alpha稳定噪声,所以先对接收信号Myriad滤波,再计算其分形盒维数值作为检验统计量。仿真结果表明,该方法在Alpha稳定分布噪声下具有良好的频谱感知性能     

基于电磁超声的塑性损伤铝材抗拉强度预测

针对电磁超声信号信噪比低这一问题,在利用相对非线性系数预测抗拉强度的同时引入应力三轴度来提升塑性损伤试件抗拉强度预测的准确性.建立了电磁超声非线性检测塑性损伤试件的有限元三维仿真模型,计算两个特征参量:应力三轴度和相对非线性系数,研究试件的内部应力状态特征和电磁超声检测信号的频谱特征.仿真分析结果表明这两个特征参量敏感...     

集成线性编码器的高精度大行程原子力显微镜探针结构的设计和构建

提出了一种高精度、大行程的原子力显微镜探针结构,可用于测量大面积的微观结构表面.该探针结构包括一个硅悬臂梁和一个环形的预压型电(PZT)执行器,执行器沿Z轴的行程为70μm,其内部集成了一个具有纳米级分辨率的小型线性编码器,可用于测量PZT执行器的位移,编码器的刻度沿执行器的轴向(Z轴)排列以消除阿贝误差.此线性编码器使原子力显微镜探针PZT执行器的行程范围内具有1nm的分辨率,原子力显微镜探针结构联接有两个线性平移台,可用于X和Y方向扫描样本,扫描面积为50mm(X)×40mm(Y).X向平移台和Y向平移台的移动量可由线性编码器测得,分辨率为纳米级.进行了正弦曲面的测量实验.     

基于大客车碰撞分析的新型PVC护栏梁板拓扑优化

为了开发出一套新型"以塑代钢"PVC护栏,根据国内现有的评价标准,通过建立汽车-护栏有限元模型,并结合元胞自动机的拓扑优化方法,展开了对客车碰撞条件下的新型PVC护栏梁板截面耐撞性拓扑优化分析。首先,根据护栏梁板设计理论,在对比Q235与PVC材料力学性能中,得出了增大梁板弯曲刚度的重要因素;其次,利用耐撞性拓扑优化方法,对梁板设计域进行了不同工况下的拓扑优化分析,并得出了PVC护栏梁板拓扑构型;最后,利用仿真软件针对所提取的近"H"型梁板拓扑构型进行了仿真验证分析。分析结果表明:0.25质量分数下的梁板拓扑构型能够对10 t客车实现A级防护能力,护栏梁板的最大横向偏移量为785 mm,车体X、Y、Z轴的最大加速度分别为6.67 g、4.93 g、2.16 g,均小于评定标准的20 g,满足碰撞安全性标准要求。     

新型三轴压阻式硅微加速度计的研究

微惯性系统以及其他高精密场合往往需要高精度三轴加速度计来检测三个垂直方向加速度矢量。针对类似需求,介绍了一种四边八梁结构式三轴压阻式硅微加速度计,利用硅衬底上单一质量块和惠斯通半桥结构可同时实现三个轴向上的加速度高精度测量。另外设计了微加速度计在高过载环境下的硅一玻璃防护结构和体硅加工工艺,并通过ANSYS仿真和试验验证了加速度计结构的合理性,还对微加速度计相关性能进行了测试,测试结果表明,该微加速度计具有较高的测量精度和较好的线性度,满足设计要求。     

船用光电系统中摄像机参数的标定方法

基于一阶径向畸变的针孔摄像机模型,提出了一种新的线性三步摄像机定标方法,即通过径向排列约束计算摄像机参数的旋转矩阵、X轴平移矢量和Y轴平移矢量;根据透视投影的交比不变性解算一阶径向畸变参数;利用求得的摄像机参数建立有效焦距和Z轴平移矢量的线性方程,采用最小二乘法得到线性解。实验表明,该方法简单快捷,具有较高的标定精度,解决了原有算法采用非线性搜索寻优可能存在的解不稳定性等问题。