基于视觉-光电传感器的光伏板清洁机器人研究

我国南方湿地及丘陵地区太阳能资源丰富,但路面条件差,光伏板安装位置高,导致灰尘和鸟粪等污染物难以清理,影响光伏电站的经济性和安全性.为解决地面及空间复杂的光伏电站的清洁难题,设计了一种基于视觉-光电传感器的光伏板清洁机器人,分析倾斜光伏板上机器人的附着条件和所需吸力.根据视觉传感器和光电传感器提供的信息,控制机器人自适应路径规划并执行清洁策略,实现光伏板表面灰尘的全面清洁和鸟粪的定位清洁.试验结果表明,光伏板清洁机器人的清洁效率为50 m^(2)/h,鸟粪的平均定位误差为1.38 mm,除尘率为91.16%,有利于促进太阳能光伏发电的提质增效.

胫骨骨折的有限元研究:分析胫骨骨折后的应力分布和位移,为后续的智能传感器监测做准备

目的本研究的目的是通过监测骨折区的生物力学,包括应力分布、最大应力值的变化和位移,来评估骨愈合的过程,从而弥补传统影像学检查的不足,为未来的智能传感器监测奠定基础。方法开发了代表胫骨骨折不同愈合阶段的有限元(FE)模型,应用生理条件下的轴向载荷、扭转载荷、弯曲载荷,模拟正常胫骨应力下LP固定系统的应力应变。结果术后不同阶段骨折区的最大应力值、应力分布、位移均有不同,LP上的应力逐渐减小,而骨痂上的应力逐渐增大,直至术后第12周达到稳定状态,LP和骨痂的位移值随时间减小并趋于稳定,此外,最大应力点的位置随骨愈合过程逐渐变化。结论本研究利用有限元分析,分4个阶段评估胫骨骨折愈合过程中锁定板与骨之间的应力传递和位移。研究结果表明,在各种载荷条件下,锁定板表面的应力逐渐减小,而骨痂上的应力在骨愈合过程中逐渐增大。而且,骨痂和锁定板的位移逐渐减小,第12周后观察到明显变化。在最大应力点方面,在轴向和扭转载荷下,逐渐从骨折端上方第一螺钉与锁定板的连接处向顶部螺钉与锁定板的连接处偏移。传感器的位置可以根据应力分布来确定,应力值可以作为传感器显示值的参考。通过结合这些方面,可以评估骨愈合的程度。这项研究使骨科医生能够监测骨折愈合的进展,而不仅仅依靠影像学检查。此外,它有助于指导患者接受适当的康复训练,以获得更好的康复。

引力波探测中惯性传感器的残余气体动力学特性机理研究

作为空间引力波探测的核心系统,惯性传感器在轨运行时的噪声干扰诱发机制解析是迫切需要解决的关键科学问题。惯性传感器中检验质量(TM)的残余加速度噪声是限制探测器灵敏度的最大噪声源。作为残余气体噪声的直接表征手段,惯性传感器复杂拓扑构型下气体分子逃逸时间动态特性解析亟待解决。文章首先考虑了狭小空间下检验质量块与周围壁面间的材料属性、放气特性等差异性,建立了异质空间复杂拓扑结构下的惯性传感器数理模型;其次解析出残余气体噪声与气体分子逃逸时间之间的定量约束关系,提取了逃逸时间核心影响因素;随后以蒙特卡洛模拟技术为切入点,得到约束条件下气体分子从板间扩散出去所需的逃逸时间及碰撞次数的模拟解。文章研究发现:不同气体成分、壁面性质对残余气体噪声有较大影响;考虑气体分子在壁面的滞留时间会大幅增加逃逸时间、降低碰撞频率。

基于蜉蝣算法的负荷传感器优化机理研究

弹性体是负荷式传感器的核心部件,对其合理的设计是确保传感器性能优异的关键。为了研究负荷式传感器弹性体优化机理,首先,运用有限元法(FEM)分析不同结构参数对传感器灵敏度的影响,并用最小二乘法(LSM)将分析数据进行拟合,得到灵敏度和结构参数的数学模型;其次,将弹性体许用应力和尺寸范围作为约束条件,运用惩罚函数(SUMT)法,将约束条件融合到数学模型中,得到具有约束限制的数学模型;最后,用蜉蝣优化算法(MOA)对模型函数进行寻优,确定了弹性体最佳结构。将本文方法优化后的结果与FEM的优化结果进行对比,发现应用该方法优化后的弹性体灵敏度比FEM优化的灵敏度高6.83%,具有较高的应用价值。

基于聚酰亚胺的柔性湿度传感器制备及研究

文中以聚酰胺酸(PAA)为前驱体,通过热处理工艺可得聚酰亚胺(PI)薄膜,添加氧化石墨烯(GO)合成PI/GO复合薄膜及后续电极制备得到基于聚酰亚胺的平行板电容式柔性湿度传感器。在此基础上深入研究了叉指电极式和平行板式构型、PAA旋涂转速、PAA酰亚胺化温度、GO喷涂量对湿度传感器性能的影响,最终得到的湿度传感器具有良好重复性、快速的响应恢复时间,最大湿滞仅为3.8%RH,且具有优异的柔性性能,在可穿戴柔性电子器件领域具有广泛的应用前景。

一种数字温度传感器板卡的设计及验证

针对单片集成数字温度传感器可靠性要求,设计了一种单片集成数字温度传感器验证板卡。该板卡可通过单片集成数字温度传感器,对环境温度和供电电流进行精准监测,同时对通讯总线协议进行验证,并将温度、电流测量值通过RS232串口总线上传到计算机进行实时监控和保存,可评估单片集成数字温度传感器在板级应用时的功能、性能和稳定性等。最后,以HWD7461型温度A/D转换器为例,开展了板级环境试验,试验结果显示测试精度满足tERR≤±4℃(TA=-55~125℃)和工作电流IDD≤0.251 mA的要求。

集成差分电容式MEMS微型电场传感器设计与研制

在继电保护实际运行中,屏柜内部一些隐性故障将造成压板投退失效,严重威胁着电网的安全可靠运行。为了能够可靠、有效地监测出口压板的带电状态或电气导通性,设计了一种SOI差分电容式MEMS电场传感器。所设计的传感器以微机械元件物理设计为基础,构造出可靠的运行结构,并且依靠一个低噪声、高动态范围的接口IC来完成操作。所设计的接口集成电路在应对脉冲式的间歇性操作的同时,组织互补设备阵列以感应各种不同的测量信号。通过COMSOL Multiphysics仿真实验可以看出,所设计的传感器能够很好地满足压板状态监测的需求。

基于MEMS静电场传感器在线监测二次压板电压技术

通过分析直流系统对地电容充、放电造成110 kV母差保护误跳闸和主变瓦斯保护误跳闸事件,提出一种基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)静电场传感器在线监测二次压板电压技术.利用MEMS静电场敏感芯片监测二次压板下端接线柱电压极性和电压值,通过采集终端、集中监测管理单元接入保护信息系统,实现二次压板状态在线核对、自动巡视及预警.通过工程应用验证MEMS静电场敏感芯片技术不但可以替代人工测量二次压板下端接线柱电压极性和电压值,而且可以在保护信息系统实现二次压板的巡检、状态告警提示和断路器分合闸状态、直流系统平衡桥接地情况监视等功能,大大提高了工作人员检查二次压板、断路器状态、直流系统平衡桥接地情况的效率,减少了人为因素的影响,提高了设备运行的安全性.

传感器硬件设计中的WorstCase计算与电路仿真

当传感器的功能与硬件设计方案被定义后,硬件具体设计也随即确定。不同公司的硬件设计偏重方向上有较大差异,有些公司侧重于硬件测试,依据经验,通过海量的测试数据推断出合适的硬件设计参数并导入应用;有些公司则会全面重视硬件理论设计和测试验证。硬件理论设计主要有仿真、WorstCase计算、蒙特卡洛分析等,其硬件设计中的仿真一般有SI仿真、PI仿真、电路仿真及PCB板的热学仿真。合理的硬件设计,可以很大程度上降低系统级失效,涉及工作量大且烦琐。

云巴胶轮有轨车辆感应板在计轴传感器上的感应特性研究

本文介绍了云巴胶轮有轨列车的计轴感应方式和装车计轴感应板常用的结构形式,在实验室对计轴感应板与计轴传感器的感应特性进行了划轴探测测试,对划轴探测的波形数据进行了分析研究,结果表明:车辆计轴感应板与计轴传感器之间的感应波形数据与传感器种类、感应板与传感器之间距离和感应板大小均有关,其中感应板与传感器之间的距离是最主要影响因素。通过对计轴感应板与计轴传感器感应特性的研究,明确了车辆感应板和轨旁计轴传感器安装的理想相对位置,指明了列车行车过程中计轴感应性能提升的优化方向。

无线传感器在刮板输送设备监测系统中的应用

介绍了将无线通信技术和有线通信技术融合应用在采煤工作面输送设备动力传动系统核心部件的运行状态信号监测系统中,利用无线传感器进行信号采集,替代现有系统中有线传感器进行信号采集的方式,以解决信号测点多、电缆布线混乱、安装维护困难等问题。每个传动系统核心部件上的多个无线传感器采集到数据信号,传输给同一信道的无线信号接收模块,无线信号接收模块安装在动力部就近的PLC控制器中。考虑工作面设备长度、数据上传与第三方系统接入问题,各个传动部的PLC控制器通过RS485有线通讯电缆连接,系统能够实现工作面输送设备“三机”动力传动系统的运行状态实时监测显示、报警、存储和上传。

光学传感器星上定标漫射板的特性测量

为了考察星上定标漫射板的光学特性及其在航天环境下的稳定性,对其进行了方向半球反射比(DHR)、双向反射比因子(BRF)、双向反射分布函数(BRDF)等反射特性的测量;同时,进行了系列环境模拟试验。结果显示:星上定标漫射板反射率在可见近红外波段可达0.99,光谱差异<0.01,在短波红外波段达0.95以上;10～60°BRF变化低于0.1,0～60°BRDF变化<0.045,其方向特性与光谱、紫外辐照关系不大;漫射板350nm反射率在120h等效紫外辐照下的衰变<3%,其光学特性受原子氧、质子轰击影响甚微,并通过了航天级力学环境试验。试验研究表明:漫射板具备高反射率、光谱平坦性、朗伯性及其在航天环境下的稳定性,能够满足航天应用要求。

用四单元电容传感器测量绝缘纸板微水分分布

由于变压器绝缘纸板中的微水分影响其介电特性,用介电方法可以测量绝缘纸板微水分分布.测量系统采用一种有4个感应深度不等的测量单元的电容式传感器,轮流使用各测量单元可获得绝缘纸板的对应导纳,再利用绝缘纸板截面上分布测点的等效导纳,推导出绝缘纸板不同深度层上的介电特性,通过适当标定后,该测量系统可以用于估算被测绝缘纸板某深度的含水质量分数.试验证明了其使用效果.介绍了传感器的原理、结构及测量系统的构成.

籽粒损失监测传感器敏感板局部约束阻尼设计

分析了籽粒损失监测传感器敏感板的响应与系统阻尼比的关系,提出了通过在敏感板敷设约束阻尼层增加振动系统阻尼比来快速衰减敏感板谐波振动的方法。通过对不同阻尼损耗因子敏感板进行籽粒碰撞响应试验,优选了敏感板的材料和结构形式,在此基础上运用ANSYS软件对敏感板进行了模态分析,确定了约束阻尼层在敏感板上的最佳敷设位置。籽粒碰撞响应试验结果表明,敏感板局部约束阻尼处理后,籽粒碰撞信号波形衰减至1.5 V所用时间由10 ms缩短到3 ms左右,大大提高了籽粒损失监测传感器的检测频率。

基于零打扰测试背板的无线传感器网络测试平台

精确的网络运行状态监视和性能评估对于无线传感器网络的研究和实际部署具有极为关键的意义,而现有的测试技术和测试平台对无线传感器网络的自身运行存在一定的打扰,测试数据的精度也受限于传感器节点的硬件配置.针对现有测试技术和测试平台的缺陷,提出了内部侦听的测试方式,并进一步研发了基于零打扰测试背板的无线传感器网络测试平台.测试平台首先通过由额外的测试背板直接捕获传感器节点内部互连信号,产生测试数据;然后测试数据经由额外的传输网络传送到测试服务器,进行解析和预处理;最后,远程访问客户端通过订阅机制访问测试服务器上的测试数据,并对其分析和处理.测试平台在避免对无线传感器网络正常运行产生干扰的前提下,实现对运行时刻的无线传感器网络的高精度零打扰的透明测试.实验结果表明,基于零打扰测试背板的无线传感器网络测试平台可以对无线传感器网络进行信号分析、协议验证,并对性能进行精确的评估.

新型板式流量传感器的设计

分析了现有明渠流量计量技术,自主开发出一种新型板式流量传感器的设计方案,并进行理论计算,提出了适合污水计量检测的明渠流量计算方法。应用点阵感应式取样方法,设计了智能型、数字化、无线通讯方式的板式流量传感器,并和巴歇尔槽结合使用,为污水计量提供了一种新的思路与方法。

基于FBG单传感器的复合材料板低速冲击定位研究

由于复合材料结构先验知识获取的困难性及多传感器动态监测的冗余性,提出了一种基于归一化互相关的单传感器冲击定位方法,并搭建了单传感器复合材料板低速冲击定位系统。首先,利用归一化互相关方法提取基于冲击位置的信号特征,并有效去除传感器的温度交叉敏感和冲击能量影响因素;然后,计算样本信号和待定信号的归一化互相关值,并进行比较;最后,选择待定位信号角度范围内前三个最大相关值的样本点组成定位参考区域,以三角区域质心来评估冲击位置。在600 mm×600复合材料层合板上进行单传感器低速冲击定位验证实验,结果表明利用该定位方法可以准确进行冲击定位,其中最大误差为45.91 mm,平均误差为24.99 mm。通过单传感器定位性能实验结果显示:单传感器位置变化不会影响平均误差范围变化;单传感器定位平均误差和最大误差等大于双传感器,但均符合工程应用范围。结果证明,此方法能够在保证监测准确率的情况下尽可能减少大型复合材料结构传感网络中传感器的数目,同时大大减小布线和数据处理的复杂性,为大型结构健康监测提供了依据。

多孔孔板流量传感器的结构参数对计量性能的影响分析

为了提高多孔孔板流量传感器的计量性能,利用仿真计算与实流实验相结合的方式对多孔孔板流量传感器的结构参数对计量性能的影响进行了研究。利用实流实验结果和多股射流的研究成果对仿真计算结果进行验证,结果表明:多孔孔板安装位置对计量结果的影响程度受相对入射间距s影响;流出系数C受到相对入射间距s、环状排列孔所在区域的外缘与管壁之间的最小距离d2和厚度t的影响;流出系数C的线性度主要受环状排列孔所在区域内缘与中心节流孔边缘之间的最小径向距离d1影响。

激光板凸度检测系统传感器位置调节方法

分析激光板凸度检测原理,根据测量间隙参数的变化,建立检测系统传感器位置状态表,将系统中传感器的位置关系分为正间隙、有效负间隙、无效负间隙三类。三种关系下系统的测量范围分别为:1)4mm以上;2)0-4mm;3)不能测量。由此提出一种传感器位置调节方法,以位置状态表作为调节判据,运用伺服跟踪技术,在检测过程中使传感器自动处于最佳的位置关系,实现检测的智能化。差动式厚度试验表明,本方法具有高效、精确、自动化程度高的特点,位置调节精度达到±1μm。

基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器光谱定标技术

高光谱传感器的光谱定标是实现高光谱遥感定量化的关键。为了克服传统的基于单色仪扫描的光谱定标方法存在的设备昂贵、耗时等缺点,实现色散型高光谱传感器在野外或飞行中的实时、高精度定标,提出了一种基于特征吸收波长板的色散型高光谱传感器系统级光谱定标方法。分别对特征吸收波长板和漫反射参照体反射信号进行了比对测量,通过优化计算得到了传感器通道的中心波长和带宽。该方法消除了待定标传感器的光谱响应和光源的光谱能量分布带来的影响,能快速准确地实现色散型高光谱传感器的波长定位。运用该技术实现了对野外光谱辐射计FieldSpec(UV/VNIR的光谱定标,并对影响光谱定标精确度的因素进行了分析计算,结果表明,该方法实现的波长准确度<0.5 nm,可满足色散型高光谱传感器实时、高精度光谱定标的需要。