三杯风速传感器非水平风场测量性能

为解决三杯风速传感器在计量检定条件下与观测场景中环境差异所导致的测量数据误差,致力于研究空气流速计量标准在量值传递过程中的真实性、准确性和一致性,为新一代三杯风速传感器作为计量器具的新产品型式评价提供思路和参考指标,依据杯式测风仪测量方法与自动气象站风速风向传感器检定规程,并在实验中加入了主体由角度编码器构成的自动化转盘系统,设计了三杯风速传感器在非水平风场内测量性能水平实验。通过调整三杯风速传感器在风洞试验段内的倾斜角度,模拟其在自然界非水平风场中的测量状态,同步采集风洞的标准指示风速、三杯风速传感器的实测风速以及其相应的倾斜角度,计算示值误差,利用方差分析、趋势分析、相关性分析和线性回归分析等统计方法,对不同倾斜角度下三杯风速传感器示值误差进行研究,得出了三杯风速传感器在风洞试验段内的示值误差与实测风速和倾斜角度之间的相关关系,提出了三杯风速传感器在非水平风场下的测量性能指标。研究了三杯风速传感器在非水平风场中实测风速与标准风速和倾斜角度的回归关系,提出了三杯风速传感器在计量环境下非水平风场中数据的量值传递修正算法。

矿用FBG倾角传感器结构设计及传感性能分析

基于杠杆—摆锤结构与力学分析方法,利用差动补偿法消除温度对光纤布拉格光栅(FBG)波长漂移量的影响,建立波长与倾角传感的数学模型,分析矿用FBG倾角传感器传感特性。通过矿用FBG倾角传感器平台标定静态实验分析总结,铜基体表贴FGB传感器精度为1.526%、灵敏度为952.95 pm/(°)、重复性为1.2687%、迟滞性为0.2998%,结果表明:FBG倾角传感性能与实际倾角测量结果具有较好的一致性,为矿用FBG倾角传感器的应用提供理论技术支撑。

基于倾角检测仪的水平井定向桥射联作技术

在定向桥射联作施工中,当射孔枪泵送至井下水平段射孔位置后,利用现有技术手段无法检测射孔弹发射口的朝向。通过研制倾角检测仪和全集成定向射孔装置,将选发控制芯片和三轴加速度传感器集成于一体,设计控制电路实现分簇射孔的起爆控制,实时测量射孔弹的方向并上传至地面选发控制系统;当检测到射孔弹方向不正确时,拖动枪串重新泵送使弹架旋转并重新定向,如果射孔弹方向仍不正确,则起出工具串整改后再施工。该技术使得接头与弹架触点连接无需接线,缩短了施工时间,方向测量角度偏差≤2.00°。在F196-XP34井现场应用11段,成功率100%。该技术可应用于所有水平井定向桥射联作,尤其适用于套管外避光纤的射孔工艺,具有较大的推广应用价值。

基于IDBO-PID的联合收获机割台控制系统

该研究专注于提升无人农场联合收获机在复杂地形作业时,割台高度控制的精确性与响应速度。首先,提出了一种基于双倾角传感器的高度检测补偿方法,通过最小二乘法拟合建立割台倾角与高度的相关模型,相关系数0.9958,显著提高测量准确性。随后,引入群智能算法优化的PID控制策略,利用Bernoulli混沌映射、粒子群算法(PSO)、t分布扰动改进蜣螂优化算法,解决了传统PID控制的精度低和响应慢等问题。基于这些优化,IDBO-PID控制器在仿真对比中相较于DBO-PID和传统PID,具有更优的响应速度和稳定性。试验验证表明,改进的控制策略使割台的上升速度达到0.44m/s、下降速度达到0.32m/s,并且高度误差控制在0.02m内,满足作业需求。

Two-dimensional pixel image lag simulation and optimization in a 4-T CMOS image sensor

Pixel image lag in a 4-T CMOS image sensor is analyzed and simulated in a two-dimensional model.Strategies of reducing image lag are discussed from transfer gate channel threshold voltage doping adjustment,PPD N-type doping dose/implant tilt adjustment and transfer gate operation voltage adjustment for signal electron transfer.With the computer analysis tool ISE-TCAD,simulation results show that minimum image lag can be obtained at a pinned photodiode n-type doping dose of 7.0×10^12 cm^-2,an implant tilt of -2°,a transfer gate channel doping dose of 3.0×10^12 cm^-2 and an operation voltage of 3.4 V.The conclusions of this theoretical analysis can be a guideline for pixel design to improve the performance of 4-T CMOS image sensors.

基于惯性传感器的倾角测量及温漂补偿系统设计

MEMS惯性传感器的组合可实现高精度的倾斜角度检测,但MEMS惯性传感器容易受环境温度变化的影响产生输出漂移,影响检测精度。针对该问题,本研究以MPU6050惯性器件为对象,融合陀螺仪和加速度计构建了一种带温度补偿的角度测量系统,利用芯片内置温度传感器的输出数据,根据该补偿模型对角度输出进行实时补偿。试验结果表明,通过温度补偿,在20~75℃,角度输出的温度敏感度从未经补偿前的0.019(°)/℃降低到了0.0044(°)/℃,有效提升了系统的环境适应性和稳定性。

基于多传感器数据融合的液压支架高度测量方法

针对综采工作面液压支架高度测量困难和测量结果不准确等问题,以两柱掩护式液压支架为例,推导了利用倾角传感器所测液压支架姿态角度计算液压支架高度的表达式。为减小倾角传感器角度测量误差造成的液压支架高度测量累积误差,提出了一种基于多传感器数据融合的液压支架高度测量方法,即利用分批估计算法和自适应加权算法将分别通过掩护梁和前连杆处倾角传感器所测角度计算得到的液压支架高度数据进行融合。实验结果表明,该方法对于623.2mm高液压支架样机的高度测量误差不大于0.3mm,与单一倾角传感器测高相比,精度提高了1mm。

双轴倾角传感器姿态角测量的建模与标定

根据双轴倾角传感器的测量原理,建立了姿态角的测量模型。针对该测量模型,分别研究了无误差和误差下的姿态角的求解模型,并通过坐标变换算法,建立了含误差项的姿态角的求解模型。针对该模型的误差项,讨论了双轴倾角传感器姿态角测量的标定算法。在±4°范围内,通过实验对该标定算法进行了验证。实验结果表明,经修正,双轴倾角传感器的双轴标定精度由修正前的0.118°提高到0.012 46°,该标定算法使双轴倾角传感器的标定误差减小了一个数量级。该标定算法简单、快速,可以满足诸多场合对于姿态角测量的0.03°标定精度要求。

旋耕机三点悬挂机具调平机构的研制与试验

为了使拖拉机旋耕机具在田间作业时保持平稳并实现耕深一致性,为1GDZ–150型履带式旋耕机三点悬挂装置研制了调平机构。该机构由杠杆机械部分、液压系统和倾角信号采集装置组成。机具作业时,倾角传感器实时检测其倾角,采用复合数字滤波算法组合对倾角数据进行滤波处理,同步液压缸通过杠杆机构以中心不动调平法调节机具的倾角以实现调平。试验结果表明,该调平机构作业时,耕深均值为11.34 cm,旋耕机具的耕深稳定性变异系数为3.7%,能够较好地完成调平作业。

双轴倾角传感器的设计与实现

光纤陀螺(FOG)寻北仪是利用FOG在相对地球静止时感测到的地球自转角速率在光轴上的分量特性而设计的寻北系统。固定陀螺的基座不水平时,对寻北精度会产生较大的影响。为了检测基座平面的姿态角,并对陀螺的输出值进行补偿,研制了高精度的双轴倾角传感器。该倾角传感器采用双轴石英挠性加速度计作为检测元件,通过采样加速度计在相差180°的2个方向上的输出值,精确地解算出基座平面的姿态角,并消除了加速度计偏值的影响。系统简单,容易实现,且达到了较高的测角精度。

液压支架姿态角度测量系统

针对采用单一角度传感器实现综采工作面液压支架姿态角度监测时测量结果不准确的问题,提出了一种基于倾角传感器和陀螺仪的液压支架姿态角度测量系统。该系统采用SVT626T型倾角传感器和ML7100型三轴陀螺仪测量倾角和轴向偏转角度,并以俯仰角为例,用卡尔曼滤波对2种传感器测量的角度进行数据融合。Matlab仿真及实验结果表明,该系统有效解决了倾角传感器因顶梁变加速运动导致的测量误差和陀螺仪因长时间测量导致的漂移和误差累积问题,提高了顶梁姿态角度测量精度。

采煤机位姿参数测量系统设计及测量方法

针对目前国产采煤机智能化和远程自动控制水平比较落后的现状,提出一种采煤机位姿参数测量系统及其测量方法。对采煤机实际工况进行分析建模,全面定义采煤机位姿参数,阐述采煤机摇臂摆角及机身位移计算原理,介绍了测量系统的设计原理及组成结构,经现场测试及数据采集记录,结果表明:该系统可对采煤机位姿信息实现全面、有效、准确的获取,通过井下数据传输系统传至地面进行显示,可为实现数字化矿山及无人采煤工作面提供参考。

基于传感技术的水田旋耕机平地系统的设计与试验

针对现有水田旋耕机在耕作时机械的倾斜和振动会导致耕整后的地表平整精度低、可控性差等问题,基于倾角传感控制技术设计一套与水田旋耕机相匹配的平地系统,通过液压控制和控制器控制相结合的方式实现平地系统的水平调节功能。田间试验结果表明:基于倾角传感技术,具有自动调节水平功能的水田旋耕机平地系统耕整平地性能稳定可靠。耕整后的平整度为2.20cm,高差分布为81.82%,相比水田旋耕机,平整度改善34.3%,高差分布提高19.4%,且能满足水稻种植的农艺要求。

杆塔倾角监测与报警系统的设计

分析杆塔的环境条件对杆塔倾角监测与报警系统提出的要求,采用太阳能电池板和蓄电池联合供电的方式,设计具有定时唤醒机制的两级MCU控制的集散控制中心,一级MCU以中断方式接收加速度计传感器采集的数据,二级MCU将数据转换成RS-485传输方式,经过光纤转换模块以光缆传输到指挥控制中心,实现了信息的可靠获取及传输;该系统体积小、成本低、微功耗、可靠性高、可维护性强,可用于各种环境的倾角指示和测量。

LTE中电调天线角度远程测量研究

提出了LTE中,用移动终端远程控制eNodeB,对电调天线的方向角、机械下倾角和电子下倾角进行测量的方法。设计了用于LTE电调天线远程测量系统的协议以及该系统的实现方案。该方案使用光电传感器测量电子下倾角、二维倾角传感器测量机械下倾角和方向角。将该系统用于LTE网络规划及优化设备中,可实时监测天线的角度同时达到改善网络质量的目的。

反正弦法倾角传感器温度补偿研究

带有加速度计的倾角传感器的温度补偿一直是影响精度的重要因素,基于反正弦法的温度补偿可以大大提高传感器的精度。设计过程中采用反正弦法计算输出角度数据,温度补偿时的数据用最小二乘法进行分析与处理。实验结果表明:通过反正弦法计算角度已经具有很高的精度;基于反正弦法的温度补偿可以使精度更高。对比实验的结果证明了该方法的有效性和可行性。

基于三轴加速度计的倾斜角传感器的研究与设计

倾斜角度是生活或工业中需要测量的一个重要物理量,对于空间物体姿态的测量,传统的一轴、两轴倾斜角传感器在摆幅和方位上不能兼顾。在此对全固态电容式微加速度传感器进行研究,通过进行零刻度偏移补偿、横轴传感补偿、数据融合等方法提高测量精度。采用三轴加速度计设计了一个全摆幅、全方位、高精度的智能化三轴倾斜角传感器。

某型火箭炮运弹车自动调平控制系统的设计与实现

针对某型火箭炮运弹车的作战使用要求,设计基于液压驱动的四点调平控制系统。该调平控制系统结合现有调平控制系统的调平策略,提出角度误差调平法,采用只升不降、低腿调高的调平策略,有效解决调平过程中的“虚腿”情况。对采集空载和满载两种典型负载下的自动调平数据进行分析。分析结果表明:所提调平策略能快速、平稳地实现车体调平;所建自动调平控制系统具有抗干扰能力强、调平时间短、平稳性佳、可靠性高的特点,适合在军事装备中使用,同时可提升武器装备的智能化水平。

磁性液体倾角传感器研究

利用永磁体在磁性液体中悬浮的特性,提出了一种新型一维倾角传感器,给出了该传感器的工作原理,设计了传感器样机。采用实验方法测试两个永磁体间磁斥力曲线,并据此确定传感器主要结构参数和特性参数,得到其倾角检测灵敏度表达式。设计了传感器中运动部件的位移的检测电路及转换电路。实验结果表明,当倾角在-18°-18°之间时,输出电压与倾角间成线性关系,其分辨率为0.04°;当倾角在18°-90°（-18°--90°）之间时,输出电压与倾斜角的关系为非线性关系,且分辨率逐渐降低。该传感器结构简单,无磨损部件,为倾角测量提供了新的途径。

抑制加速度干扰式倾角传感器研制

以重力摆为基准的摆式倾斜角传感器静态性能好、成本低,但受加速度的干扰,不能用于动态测量倾角;以自由陀螺保持自身对称轴在惯性参考系中的方位不变作基准的位置陀螺仪原理上适用于动态测量倾斜角,但是成本高,使用环境受限制。通过结构设计、信号处理,检测力矩电机工作电流增量控制电磁阻尼器的阻尼力矩,抵消刚体转子产生进动力矩,使摆系统不受外力干扰,集摆式倾角传感器和位置陀螺仪的优点,设计了可抑制加速度干扰倾角传感器。