Rife和Quinn算法在多通道数据采集系统中的应用研究

针对传统振弦式传感器采集系统精度低,通道数少,实时性差的缺点设计了一种基于ARM和AD9833多通道数据采集系统。该系统将采集调理电路、数据存储、电源供电集成化,具备精度高,实时性强等特点。系统以ARM处理器为核心,结合改进的Rife和Quinn算法对经过FFT变换后的信号得到精确频率,并根据输出信号频率与待测量之间关系进行计算,系统将计算处理后的数据通过无线或有线传输方式将监测数据传输至监测后台,实现实时在线监控监测点的相关信息,上位机解析显示数据并存入数据库。分析实验数据可知,该采集系统与传统采集系统相比精确度更高,采集速度更快,能够提高振弦式传感器的实用性。     

输电铁塔螺纹紧固件轴力远程实时监测与松动状态分析

针对我国西北部大风、大温差区域输电铁塔紧固件易松动、实时轴力难以监测、松动状态无法分析的问题,本文基于无线传感器网络技术设计并研发了一套远程实时监测系统。系统以太阳能作为能源供给,集数据测量、信号采集、无线传输、GPRS远程发送、数据管理于一体,实现了远程上位机监测中心对现场数据的实时监测。整套系统具有良好的可行性和可靠性,通过长期数据的监测与分析发现,提高初始预紧力对提升剩余紧固轴力百分比具有明显效果,对输电铁塔螺纹紧固件防松措施的研究具有指导性意义。     

过约束平面并联三维力/力矩传感器的研制

针对轴承的故障早期诊断和在线实时监测,提出了一种新型过约束平面并联三维力/力矩传感器。通过采用分支轴线均不过传感器中心的6条对称分布的测力分支,该传感器可同时测量轴承径向载荷和轴向力矩。根据静力学平衡方程,求解了其测量数学模型;基于传感器测量模型与性能指标分析了传感器性能,进而对其各结构参数进行优化设计。研制了传感器样机及其加载标定实验系统,开展了加载标定实验,得到了该传感器的测量精度。标定实验结果显示:传感器径向力测量精度为2.56%,力矩测量精度为0.92%,Ⅰ类误差为2.56%,最大Ⅱ类误差为2.29%。文中所做工作,为将该新型过约束平面并联三维力/力矩传感器应用于在线实时测量轴承径向载荷和轴向摩擦力矩奠定了基础。     

基于振弦式传感器的测频系统设计

为了满足大型结构安全监测中振弦式传感器的数据采集需求,提出了一种用等精度测频实现振弦式传感器频率测量的实用方法,并给出了具体的硬件电路,系统硬件分为3部分:激振电路、测振电路、温度补偿电路.应用AT89C52单片机实现等精度测频的原理、实用电路,具有测频范围宽和测量精度高等特点,且应用AT89C52单片机实现激振频率可控.测频系统具有硬件电路简单,激振可靠、激振频率可控,温度补偿可以减小温度对振弦式传感器频率测量的影响,提高测量精度.     

正交并联六轴力传感器耦合误差测量模型及实验分析

为解决并联六轴力传感器量程提升受限问题,设计了一种正交构型并联六轴力传感器。正交并联六轴力传感器是基于并联六轴力传感器的一种构型上的改进,具有承载能力强、解耦性能良好的优势,但同时该力传感器的耦合误差输出具有自身的特点。考虑该力传感器测量分支间摩擦以及正交结构自身特点引起的耦合误差输出,建立了正交并联六轴力传感器耦合误差测量模型。基于所建立的测量模型,通过数值算例分析探讨了传感器设计参数与两种耦合误差输出之间的影响关系,据此研制了一种正交并联六轴力传感器。最后对传感器样机进行了实验,得到其误差分布及检验测量精度。实验所得传感器各维力/力矩在各方向误差分别为0.43%/0.31%,0.18%/0.68%,0.80%/1.28%。     

大口径主镜位置的实时检测

由于望远镜主镜位置的调整与主镜位置的实时监测相关,本文设计了基于位移传感器的主镜位置监测系统。重点考虑镜室重力变形的影响,利用解析几何方法得到了解算主镜位置的算法。以实验室的1.2mSiC主镜作为试验镜进行了主镜位置实时监测试验。在主镜绕支撑架做俯仰转动时,通过布置在主镜背部和侧向的6个位移传感器,实时采集测量数据,并利用有限元方法计算镜室的变形;最后将镜室变形作为系统差和传感器测量值代入解算算法,得到主镜沿X、Y、Z三向平移、绕X、Y轴转动角度及主镜半径随温度变化值。测试结果显示:该试验主镜的支撑系统中的轴向支撑刚度远大于侧向支撑刚度。当镜室转动45°时,主镜的Z向平移变化只有20μm,而X向平移和Y向平移分别为146μm和100μm。试验结果验证了提出的实时监测方法和监测系统的准确性,为大口径主镜实时位置校正提供了依据。     

扭矩测量系统的研究与设计

阐述了一种基于单片机的扭矩测量系统.系统利用应变式扭矩传感器实现了扭矩及轴向力的监测,并详细介绍了用AD7705芯片采集传感器的输出电压进行模数转换,通过无线收发芯片nRF2401实现数据的无线传送.系统实现了扭矩的实时监测.     

基于单片机的扭矩测量技术研究

阐述了一种基于单片机的扭矩测量系统.该系统利用应变式扭矩传感器实现了扭矩及轴向力的监测,并详细介绍了用AD7705芯片采集传感器的输出电压进行模数转换,通过无线收发芯片nRF2401实现数据的无线传送,实现了扭矩的实时监测.     

机载刚性支撑式快速控制反射镜设计

设计了一款紧凑型刚性支撑式快速控制反射镜(FSM),以适应机载运动平台的高振动、大冲击和高低温等恶劣工作环境。考虑机载FSM的工作需求,分别对FSM的支撑轴系、驱动元件和测角元件等进行设计与选择。针对刚性支撑轴系设计了轴系间隙调整机构,提高了FSM系统的轴系精度,进一步增大了FSM的承载能力;针对机载FSM研制了专用小尺寸微位移测量传感器,通过将4个传感器非轴线对称布置,并利用二次差分的方式实现反射镜位置的实时监测,进一步减小了FSM系统的体积,提高了它的测量精度。最后,对机载FSM的控制带宽和指向精度进行了实验检测。结果显示:所设计的FSM系统控制带宽约为110Hz,方位指向误差不超过3.4″,俯仰指向误差不超过3.8″,表明所设计的FSM控制系统稳定、响应速度快、指向精度高,满足机载运动平台的应用要求。     

基于STM32单片机的液压动力系统监测仪设计

针对传统液压动力系统存在精度低、实时性差、可靠性低的问题,设计了基于STM32单片机的液压动力系统的监测仪。监测仪设计包括硬件系统设计和软件系统设计,其中硬件系统以STM32f407单片机为核心,主要对传感器信息采集电路进行设计;软件系统采用Free RTOS实时操作系统,提高系统监测的实时性,监测数据通过RS485总线传送到MCGS触摸屏并显示。实验证明:检测仪可对液压动力系统进行实时监测且测量准确性高,测量精度达到0.44%。     

新型接近式柔性电涡流阵列传感器系统

介绍了一种采用柔性印刷电路板工艺制作的新型接近式电涡流传感器阵列及其测试系统,以实现大面积曲面间微小间隙的实时监测。基于时分多路的扫描测试方法,对传感器阵列的设计方法、加工工艺及基底材料进行研究,设计了分叉式结构的线圈阵列及细长扁平引线电缆的柔性传感器探头。对传统的调频式振荡电路进行改进,解决线圈品质因数小的问题,提高了传感器系统的测试性能。试验结果表明,在2 mm的量程范围内,传感器系统的测量精度优于±0.5%,适用于曲面间隙的在线监测。     

动压气浮马达轴承间隙测量设备

动压气浮陀螺马达轴承间隙尺寸是决定其运转性能的重要指标。为提高轴承间隙测量的精度和自动化程度,并实现快速批量测量,研制了一台动压气浮陀螺马达轴承间隙自动测量设备。采用外部加力方式,使转子体与定子产生相对位移,从而将内部气膜间隙转化为外部微位移。设备整体结构采用模块化设计理念,包括夹持模块、自动施力模块和位移测量模块。夹持摸块实现被测动压马达定子在两轴端的固定,采用柔性支撑方式有利于保护被测件和保证施加力的平顺性;自动施力模块主要由三维精密位移平台集成三轴测力传感器构成,测量时转子体与力传感器通过夹指连接,位移平台使转子体与定子产生相对位移,三轴测力传感器则实现施加力的精确控制和定子的调中心控制;测量模块由二维精密位移平台集成双电感测头构成,基于相对测量原理实现微小位移测量。实验表明:设备测量精度在0.3μm以内。该设备可以实现外力的可控连续加载,适用于批量测量。     

基于WSN的森林土壤含水率在线监测系统

设计了一种基于WSN(无线传感器网络)的森林土壤含水率在线监测系统,通过频域反射技术(FDR原理)设计土壤含水率传感器,以Zig Bee模块构建无线传感器网络,通过自组的方式形成网络,实现森林土壤含水率的在线测量,使得土壤含水率监测更加实时、便利、准确。     

振弦式传感器测量过程中干扰问题的解决

振弦式传感器被大量应用于建筑、水利工程、铁道交通、冶金、煤炭等部门,对水坝、隧道、矿井等土木工程施工现场,完成对压力、拉力等受力情况的监测。在煤矿的安全、大坝桥梁的建设、公路的隧道中,对压力的监测尤显重要。针对于振弦式传感器测量中遇到的各种干扰问题,根据对振弦式传感器及振弦频率检测仪的试验与研究,通过采用合适的硬件设计、软件程序处理方法,经实验证实能很好地解决振弦频率检测仪在现场测量振弦式传感器过程中遇到的干扰问题。     

泵站监测系统中基于PLC的频率测量电路设计

在泵站监测监控系统中,需要读取振动加速度传感器的频率信号。本文设计了一种基于PLC的频率测量接口电路,可用于泵站监测监控系统中振动加速度传感器频率及周期的测量。该电路具有测频、测周两种测量方式自动选择功能,并且具有较高的测量精度。     

基于光纤光栅传感的管道应力监测方法研究

为了解决传统应变计测量中存在的精度低、耐久性差、易受干扰等缺陷,提出了一种基于光纤光栅(FBG)传感的管道应力监测方法。在分析管道光纤光栅应力监测系统的基础上,详细阐述了确定传感器测点布置的截面位置及根据三点应力求解横截面最大轴向应力的方法,提出FBG传感器在管道表面的安装方案及温度补偿技术,对某终端6条管道共计96个测点进行了连续应力监测。监测结果表明,安装的光纤光栅可以方便地实时监测管道关键部位的应力变化及其可能产生的损伤,为在役管道的安全运行和健康诊断提供依据。     

多传感融合的旋挖钻机智能监测系统设计

针对旋挖钻机钻孔深度增量编码测量方式的离散性误差,设计了基于物联网与多传感技术的旋挖钻机智能监测系统。设计了总体方案并基于信道损耗模型给出钻孔深度理论模型,同时推导了提升力。利用ZigBee模块和多源传感器进行系统硬件搭建,设置网络通信模式,给出了终端节点和网络协调器的程序设计流程,最后进行系统调试。测试结果表明:系统可以实现钻孔深度、满载状态、触地状态的测量,具有有效性,同时钻孔深度检测精度提升,满足工程应用要求,提高旋挖钻机智能化水平。     

三维微力探针传感器技术研究

结合光纤探针与四悬臂梁支撑结构的特点,研制了一种基于微探针形式,具有μN级三维微力测量和传感能力的压阻式三维微力探针传感器.通过ANSYS数值仿真的方法研究了传感器结构之间的应力特点.并且通过实验验证了所研制的传感器的综合精度可达到0.2%FS,干扰误差≤0.3%FS.     

基于PLC的煤矿主通风机运行监控系统设计与研究

针对传统煤矿主通风机监控系统监测量较少、控制结构简单、测量精度较差等问题,结合传感器及变频控制技术设计了一套基于S7-300 PLC为控制核心的煤矿主通风机智能运行监控系统。该系统可通过变频器实现主通风机的软启动,有效降低电机启动冲击电流,同时通过主从PLC控制结构有效提高系统的控制精度及响应速度,可实现对主通风机风量、气流压力、驱动电机主要部件的温度及振动等参数的实时监测。     

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。