基于MPU6050的人体倾角姿态数据检测系统设计

为了实现对人体倾角姿态数据的采集,基于MPU6050传感器,以单片机为下位机硬件核心,利用LabVIEW为上位机软件开发平台,设计了一套人体倾角姿态数据采集系统。由单片机实现对MPU6050的数据采集,通过串口通信将采集的数据传输到上位机,LabVIEW实现对数据的显示、分析、处理与存储功能。对系统的工作原理、硬件组成及接线、软件程序编写做了系统介绍,并对核心模块进行深入研究。通过模拟实验,本系统通信稳定、采集的数据准确可靠、抗干扰能力强。具有较高的工程应用价值。

GB-SAR导轨倾角引起的影像坐标投影变换误差分析

依据GB-SAR传感器运行导轨与成像投影面的空间关系,分别推导了导轨中心线俯仰角和横轴侧倾角所引起的成像投影误差的计算公式。计算结果表明,导轨安装定位时产生的俯仰角通常可以忽略不计,而成像投影误差对导轨横轴的侧倾角更为敏感。在GB-SAR连续变形监测应用中,导轨的横向姿态需做严格控制,确保其水平度。

管道内的三维地理坐标检测

研究了利用管道清管器(PIG)搭载惯性测量单元(IMU)实现管道三维地理坐标测量的方法。该方法以捷联惯导系统(SINS)定位为主,并辅以校正信息的Kalman滤波估计算法来解决SINS计算的发散问题。首先,将测量装置搭载在PIG上,PIG在管道中运动的同时记录惯性信号。然后,经离线计算得到管道的三维地理坐标,并利用IMU的姿态倾角和里程轮速度对SINS计算的误差进行校正。最后,建立了9维状态量Kalman滤波模型方程,并利用扩展Kalman滤波算法进行求解。实验结果显示,该系统对于30m管道的测量精度为0.28m;表明通过加入校正算法,可以实现内检测条件下对管道三维地理坐标的精确测量。

多鳞鱚目标强度的模型法研究

鱼类目标强度测量是渔业水声学工作的核心内容之一。本研究采用基尔霍夫近似模型对19尾多鳞鱚(Sillago sihama)样品的理论目标强度进行近似计算,模型计算所需鱼类形态学参数由中国水产科学研究院南海水产研究所所属X光机(SOFTEX M-100)拍摄X光影像获得。通过编程计算获得多鳞鱚不同频率下目标强度随姿态倾角的变化图案,并通过数据拟合方法建立了不同频率和倾角分布函数下多鳞鱚目标强度随体长变化的经验公式,并与常规的b20表式进行对比。结果表明:在70 kHz、120 kHz和200 kHz 3种频率下多鳞鱚目标强度的倾角变化图案呈多峰状特征分布,且频率越高目标强度对倾角变化越敏感,波峰数增加,目标强度最大值对应的倾角增大。70 k Hz下多鳞鱚目标强度最大值出现在–15°~5°,120 k Hz和200 k Hz下目标强度最大值则出现在–10°~0°,且各频率下目标强度最大值出现的位置各不相同。不同频率及倾角分布函数下多鳞鱚目标强度随体长变化特性各不相同,其中在角度函数为(–5°,15°)、频率为120 kHz,以及角度函数为(0°,10°)、频率为200 k Hz时目标强度对体长经验公式和常规的b_(20)表式曲线基本重合,拟合度较高,可将常规的b20表式直接用于多鳞鱚的资源评估;而其他情形下2种表式存在一定偏差,采用直接拟合的参数方程更为恰当。研究表明,基尔霍夫近似模型能够很好地反映多鳞鱚的目标强度特性,可为中国南海近岸鱼类目标强度研究提供有益借鉴,为提高渔业资源水声学评估的准确度和可信度提供科学依据。

姿势平衡中的感觉相互作用

目的 采用人体倾角姿态图仪评估姿势平衡中的感觉相互作用。方法 倾角姿态图仪是静态姿势描记图 (SPG)技术的新一代产品 ,其采用闭眼阻止视觉、球底平台显著减弱重心移动时本体感觉的方法 ,由倾角传感器获得地面睁眼 (t1)、地面闭眼 (t2 )、球台睁眼 (t3)、球台闭眼 (t4 )共 4种直立状态下的姿势摇摆平均角速度 (ω)作为评价人体姿势平衡的唯一参数 ,并对 40名健康者进行测试。根据 4种状态下测定的ω值 ,对视觉、本体及前庭系统在维持平衡中的相互作用进行初步的评估。结果 ①健康者所采用的感觉信息和取得平衡的策略有较大的个体差异 ;②在不同的试验条件下 ,3个感觉系统对维持平衡的作用不同 ,一般前庭的作用最大 ;③干扰技术联合使用的效果不是单独使用时效果的总和 ,而呈非线形关系 ;当 1种感觉被干扰时 ,另 2种感觉系统的替代作用并不是平均分配的 ,表明平衡中枢对感觉信息具有复杂的整合调节作用。结论 倾角姿态图能有效地将视觉、本体及前庭的作用相对分离开 ,较既往静态姿势描记图提供的感觉信息更具针对性 。

人体倾角姿态图仪和球底平衡台的临床应用

目的 采用自行研制的人体倾角姿势图仪 ,评价平衡功能。方法 采用了倾角测量技术 ,通过球底平台使人体与地面形成点接触 ,由位于腰部的倾角传感器提取人体摇动角度信息 ,以 4种姿态进行测量 :(1)地面站立睁眼 ;(2 )地面站立闭眼 ;(3)球台站立睁眼 ;(4 )球台站立闭眼。结果 (1)对 10 0名正常人作正常值测定 ,不同状态下摇摆角速度为 :地面站立睁眼 (测试 1) (0 .5 7±0 .14 )d s ,地面站立闭眼 (测试 2 ) (0 .70± 0 .18)d s,球台站立睁眼 (1.16± 0 .32 )d s(测试 3) ,球台站立闭眼 (2 .6 7± 0 .70 )d s(测试 4 )。 (2 )对半规管麻痹的外周性眩晕患者 87例进行检测 ,摇摆角速度大于正常值 x +2s者 6 2人 (71.2 6 % )。眩晕发作 2周病人有 90 .90 %异常。摇摆角速度异常分别为地面站立睁眼异常 7人 ,地面闭眼异常 14人 ,球台睁眼异常 16人 ,球台闭眼异常为 5 6人。 (3)冷热水实验正常 33例眩晕病人中 ,异常 14例 ,地面睁眼异常 3人 ,地面闭眼 3人 ,球台睁眼 5人 ,球台闭眼异常为 14人。结论 倾角姿态图可以评价平衡功能。特别是闭眼球台检查 ,能有效反映前庭脊髓反射。倾角传感器和球台技术对平衡功能和前庭代偿有临床应用价值。

基于基尔霍夫射线模型法的高白鲑目标强度研究

为了实现用目标强度对新疆维吾尔自治区赛里木湖高白鲑Coregonus peled的资源量进行评估,于2017年6月和2018年7月从赛里木湖全湖水域的定置网中共采集19尾高白鲑作为样本,使用基尔霍夫射线模型在常用渔业声学调查频率70、120、200 kHz下进行了高白鲑目标强度的测定,并根据姿态倾角概率密度分布,建立了不同频率下高白鲑目标强度与体长、体长平方的拟合方程。结果表明:高白鲑目标强度姿态倾角的指向性图案与一般有鳔鱼类具有相似的频率特征,即在较低频段主瓣明显且旁瓣较少,高频段主瓣不明显且旁瓣较多;目标强度最大值出现在姿态倾角为-3°~-5°之间,与鱼鳔与鱼体之间夹角(平均值2.8°)基本吻合;在高白鲑姿态倾角高斯概率密度函数为正态分布(-5°±10°)时,70、120、200 kHz 3种频率下高白鲑平均目标强度与体长的拟合方程分别为TS=16.4 lgL-59.2、TS=21.3 lgL-64.3和TS=23.7 lgL-65.3,与体长平方(即体长平方的常用对数值)的拟合方程分别为TS=20 lgL-63.6、TS=20 lg L-62.6和TS=20 lgL-60.7。研究表明,高白鲑的平均目标强度比一般单室闭鳔鱼类大3~5 dB,且随频率的增加而增大,与以往其他白鲑属鱼类目标强度的研究结果具有相似性。