基于无线倾角传感器的活动翼面偏转测试

为了解决传统活动翼面偏转测试中传感器安装平行度要求高、线缆长、人工操作复杂繁琐等问题,提高空间角度测量准确性和现场测试效率,在分析倾角传感器底层测量原理的基础上,综合考虑飞机测试现场系统误差,参考已有的空间角度测量模型,对双测量轴空间旋转模型进行推导和改进.得到适用于机翼活动翼面绕水平轴偏转情况下的空间角度测量误差模型,提出适用于活动翼面偏转测试需求的倾角传感器校准方法.以该模型和校准方法为基础设计实现基于无线倾角传感器的大型飞机活动翼面偏转测试系统.实验平台旋转角度精度测试和活动翼面现场测试的结果表明,相对于现有方法,该校准方法能够获得更大有效测量量程以满足实际工况需求,提升角度校准精度,并显著提升测试效率.

计及边缘效应的差动圆柱面电容式倾角传感器的输出特性

为了研究差动圆柱面电容式倾角传感器在计及边缘效应情况下的输出特性,将保角变换法、格林函数法和计算机数值模拟相结合,讨论差动圆柱面电容器中的电场,给出其电容量随倾角变化的函数式,绘制出该传感器输出特性曲线,分析影响该传感器线性度及灵敏度的因素,并指出改善该传感器输出特性的途径。

液压支架FBG倾角传感器的设计应用

在煤矿井下的支护中,FBG(Fiber Bragg Grating,光纤布拉格光栅)传感技术的应用和支架支护的检测具有一定的价值和重要性,因此需要对支架FBG倾角传感器进行设计,以提高矿采安全性。以A煤矿为例,在介绍采煤工作面概况后,对支架倾角姿态监测系统进行了分析,具体探讨了基于FBG的倾角传感器设计,并从监测原理、准确度补偿等方面进行了讨论。最后从模拟实验角度对FBG倾角传感器的应用价值进行了探讨,得出该倾角传感器能对顶梁、底座及前连杆的倾斜角度进行姿态监测,利于实时掌握支架的支护状态,及时调整支护参数,进一步提高采矿安全性。

改进IGABP模型补偿倾角传感器温度漂移研究

倾角传感器很容易受到环境温度变化的影响,产生测量误差,即温度漂移现象。针对此问题,设计了一种基于改进的遗传算法(IGA)优化反向传播神经网络(BPNN)的温度漂移补偿模型。其中遗传算法使用了新的选择策略和交叉变异因子,增加了跳出局部最优解机制。实验结果显示,IGABP补偿模型的均方误差(MSE)为0.00328,经过补偿模型修正后的平均温度漂移为0.039°,远优于未修正时的平均温度漂移0.190°。研究结果表明,IGABP补偿模型与传统的神经网络模型相比,具有更快的收敛速度和更高的补偿精度,能够有效的补偿因温度导致的测量误差,提高倾角传感器的稳定性和精度。

基于非本征法珀干涉的自动温度补偿倾角传感器

提出并证明了一种基于非本征法布里—珀罗干涉(EFPI)原理具有自动温度补偿功能的高精度光纤倾角传感器。传感器采用EFPI原理和柔性绳悬挂质量块的结构,无需弹性元器件,通过直接测量质量块的位移来测量倾角。利用2只EFPI传感器的腔长差消除温度影响,实现了高达±0.15″(角秒)的角度分辨率和0.01″/℃的超低温度灵敏度。通过对水电站倾角的监测,验证了该传感器在水利工程等建筑物的长期倾角监测中的适用性。

基于倾角传感器轮缘润滑弯道识别器设计

铁路机车在直线线路和曲线线路上运行时轮缘与钢轨磨耗不同,针对目前机车轮缘润滑装置运用现状,详细分析了轮缘润滑电控器弯道接口电路,并且综合考虑机车实际运用各种工况,研制了基于倾角传感器轮缘润滑弯道识别器,能够实现轮缘润滑装置在轮轨不同磨耗区间不同喷脂策略,实际装车试验结果验证了弯道识别器的可靠性和有效性。

摆式电容倾角传感器的特性优化与数值模拟

为了研究计及传感器电极横向边缘效应的摆式电容倾角传感器的输出特性,将理论分析与计算机数值模拟相结合,利用保角变换法、格林函数法和软件MATLAB,讨论了摆式电容倾角传感器的电场,得到该传感器内静态电场的分布,给出其电容量随角位移变化关系式,绘制出该传感器的电容量与其角位移大小之间的变化曲线,并分析了影响该传感器线性度及灵敏度的因素。数值模拟结果表明,增大该传感器电极的面积、减小电极上端到悬挂点或固定点的距离及适度增大两固定电极的夹角,可提高其线性度和灵敏度,优化该传感器的输出特性。

基于倾角传感器的液压比例驱动机械臂位姿控制

喷浆机器人的最佳喷浆工艺要求喷浆机器人的喷枪根据巷道位置及姿态进行控制。根据喷枪相对基座水平运动或竖直运动时的位置求解得到关节角度,采用倾角传感器实时测量关节角度,根据求解角度与测量角度形成位置闭环,进而驱动关节完成喷浆动作。使用MATLAB/Simulink建立基于倾角传感器和负载敏感比例阀控液压系统构建的关节位置闭环控制系统的仿真模型,采用电压阶跃补偿的方式消除比例阀死区带来的延迟,采用改进型Smith预估器消除纯滞后环节对控制系统的影响,最终验证了该方法的合理性以及可行性。

变面积型圆柱面电容式倾角传感器的输出特性

为研究考虑边缘效应的变面积型圆柱面电容式倾角传感器的输出特性,将保角变换法、格林函数法和计算机数值模拟相结合,讨论变面积型圆柱面电容式倾角传感器的电场,给出电容量的表达式,绘制出传感器电容量随倾角的变化曲线,分析影响该传感器线性度及灵敏度的因素,并指出改善该传感器输出特性的途径。数值模拟结果表明,在传感器的外极板所对应的圆心角小于内极板的情况下,减小两极板间距,可使其同时具有较高的线性度和灵敏度。由于研究计及了该传感器极板的横向边缘效应,故所得结果具有较高的精确度。

基于FBG的液压支架倾角传感器设计研究

在光纤光栅(FBG)传感监测技术研究基础上,设计了一种液压支架FBG传感监测方法,并对支架运动学模型进行了分析,最终设计了FBG倾角传感器。通过运动模型可以计算支架铰点的坐标。实践证明,通过监测顶梁、底座和前连杆的倾斜角度,可以获得液压支架的姿态信息。通过实验可知,传感器在-30°~30°内具有很好的线性度,且传感器的角度监测结构具有良好的抗疲劳性和稳定性。该传感器可以广泛用于其他类型液压支架的准分布式测量和长期在线监测。研究成果可为采矿安全技术和智能矿山技术的发展提供助力。

倾角传感器自动标定系统的设计与实现

为提高倾角传感器精度水平和标定工作的效率,设计了倾角传感器自动标定系统,通过增加定标点数量并进行高阶拟合提高传感器精度,利用可编程电动角位台自动控制标定过程中的角度变化,开发了自动标定软件记录标定数据并输出曲线参数,实现对倾角传感器的全自动标定。通过计量机构的高精度倾角测量仪器验证了该系统所标定传感器的精度,结果表明,经本系统标定后,测试采用的倾角传感器在±15°量程范围内的最大测量误差可降低至0.01°以下,且标定过程无需人为操作,有效节省人力成本。

采用倾角传感器的水田激光平地机设计

研制的采用倾角传感器的激光平地系统用于南方水田土壤的平整。平地机具通过三点式悬挂机构与拖拉机相连接,用左右两个油缸实现升降,由普通三位四通电磁换向阀控制油缸,分别采用激光与倾斜传感器实现平地机具左右侧升降控制。试验结果表明,采用倾角传感器的水田激光平地机在水田的平整精度能基本满足农艺要求。

采用倾角传感器实现空间旋转角度测量的解析方法研究

针对旋转轴与水平面非垂直的情况,提出了一种采用双轴倾角传感器实现空间旋转角度测量的算法。当传感器被随机安装在旋转平面上时,存在3个未知的空间位置参数:旋转轴和水平面之间的夹角β;传感器所在平面和旋转轴之间的夹角γ;传感器测量轴在测量平面上的偏转角α。根据倾角传感器测量轴、旋转轴和水平面的空间关系,建立了基于双轴倾角传感器的空间旋转角度测量的数学模型,推导出了空间旋转角度检测的解析表达式。采用该模型算法可实现传感器安装位置参数α和γ的测量,或旋转轴水平夹角β的测量,还可以表现旋转轴非垂直于水平面情况下空间旋转角度的测量,并能达到一定的准确度。实验结果表明,当旋转轴和水平面夹角在小于75°的情况下,采用该方法在±100°的测试范围内,检测准确度均能达到0.2°,说明该模型的重复性良好,并能达到一定精度。

高精度倾角传感器在测量车载平台变形中的应用

为了分析车载平台变形对光电经纬仪测角误差的影响,提出了利用倾角传感器来测量车载平台变形的方法。基于平台变形对光电经纬仪测角误差的影响的基本原理,利用固定在垂直轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角,计算其测量坐标系的变化量,推导出了倾角传感器输出值与测角误差的关系公式。选用双轴倾角传感器实时测量了经纬仪工作时车载平台的变形值,结果表明,车载平台变形量受方位方向速度影响较小,倾角传感器输出值经过滑动加权均值滤波处理后最小相差为0,最大相差为5.1″;受经纬仪视轴位置影响较大,高低角在0°～90°变化时,高低角越小,倾角传感器输出值越大。这种测量方法为进一步提高车载经纬仪的测角精度提供了理论依据。

架空输电线路覆冰监测光纤光栅拉力倾角传感器的研制

输电线路覆冰危害电网安全稳定运行。为解决现有输电线路覆冰在线监测系统需要现场电源,易受电磁干扰,不能分布式测量,使用寿命短等缺点,开发基于光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感技术的输电线路覆冰在线监测系统。基于光纤光栅传感技术,提出一种抗电磁干扰的光纤光栅拉力倾角一体化传感器。在该传感器中,通过设计双闭环U型槽结构形成了高精度抗偏载能力强的拉力传感单元;基于等强度梁易形变的特点研制了高分辨率小型化的倾角传感单元;采用增设不受力光纤光栅的方法解决了温度与应变交叉敏感问题。实验表明,所研制的光纤光栅传感器拉力倾角测量单元线性度高,传感器的灵敏度和分辨率较好,测量误差较小。基于该传感器的监测系统可实现准分布式测量,其测量范围可达100 km。

气体摆式两维倾角传感器的结构与信号处理

介绍了气体摆式两维倾角传感器的敏感原理即气体摆倾角敏感原理,并对两维倾角传感器的敏感元件结构设计方案进行了分析。分析了气体摆式两维倾角传感器的基本原理,在此基础上,研究了克服影响传感器性能的环境因素的方法,给出了一个详细和优化的解决方案。最后通过对实际制作的两维倾角传感器进行的测试表明,该文介绍的气体摆式两维倾角传感器的非线性度可小于0.2%,分辨率小于0.03°,工作温度得到扩展。

温度对线路覆冰监测光纤光栅倾角传感器性能的影响

针对现有架空输电线路覆冰在线监测系统存在的易受电磁干扰、使用寿命短等缺点,开发出了用于输电线路覆冰监测的光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)拉力倾角传感器;研究了温度对该传感器的影响。利用温控箱试验传感器零点温度影响的结果表明,使用温度内温度变化引起的拉力测量零点变化<±0.1%时,倾角测量零点变化<±0.67%;气候室中试验研究覆冰气候环境下开发的拉力倾角传感器的拉力测量误差<0.17%。户外试验表明研发的光纤布喇格光栅拉力倾角传感器在长期低温环境下(-15°C～+3°C)运行稳定,传感器测量未出现蠕变衰减现象。

倾角传感器自动标定系统的研究

为了解决手动标定方法效率低、精度低的缺点,采用自动控制伺服电机分度的方法来实现倾角传感器的自动标定,并采用闭环控制系统和角度误差补偿与温度补偿方法来保证标定的精度。自动标定系统中利用单片机技术整合数据和控制系统,并通过软件编程将系统各部分整合起来,不但标定精度高,而且,工作效率也得到了提高。

倾角传感器的温度补偿研究

半导体元件参数随温度变化而产生的温度漂移,将导致倾角传感器本身存在测量偏差,影响倾角测量的准确度.介绍了一种温度补偿方法,对基于加速度原理的差分电容式倾角传感器进行了温度补偿.经过试验验证结果表明：这种方法能够实现倾角传感器的温度补偿,在-55～ 85℃温度范围内可将倾角传感器的温漂降低1个数量级,有效地减少了环境温度对倾角传感器性能的影响.

地下隧道变形检测的无线倾角传感器

设计了一种无线倾角传感器来检测地下隧道的结构变形,并研究了该无线倾角传感器所采用的温度补偿和数字滤波算法。首先,根据地下隧道结构特点,结合微机电系统(MEMS)技术和无线传感器网络技术,给出无线倾角传感器的硬件结构,并描述了传感器实现无线通信和可视化上位机界面的软件设计流程。然后,针对地下隧道温度变化大、振动扰动频繁等因素,分析其对传感器精度的影响,实现了对无线倾角传感器的温度补偿。最后,通过对传感器数据噪声频谱分析,选择数字滤波方法,充分抑制振动对传感器的影响,提升了无线倾角传感器的测量精度。实验结果表明:无线倾角传感器在±30°范围内的测量精度为0.05°,符合地下隧道变形检测的功能需求。