一种MHD角振动传感器动态本底噪声无偏高效测试方法

目前,磁流体动力学(MHD)角振动传感器动态本底噪声测试尚无统一方法,难以有效开展测试。首先,针对双通道和三通道方法系统误差不明确的问题,推导了两种方法的系统误差,指出了方法的适用条件;然后,针对双通道方法存在系统误差、三通道方法系统结构复杂的问题,提出了一种基于最小二乘的传感器动态本底噪声无偏高效测试方法,证明了所提方法不存在系统误差;最后,实验对比了三种方法的测试效果。结果表明,所提方法能够在时域和频域上准确分离传感器的动态本底噪声;相比双通道和三通道方法,所提方法的平均相对误差最小,分别为7.2%和3.7%;测试系统所需资源少、结构简单而且易于实现,满足MHD角振动传感器动态本底噪声的测试需求。

基于加速度传感器的电梯多参数检测仪设计

轿厢运动参数、振动舒适度、制动性能参数、异常振动频率、倾斜角等多个参数的现场检测对确保电梯安全稳定运行具有重要意义。传统模拟量输出型加速度传感器由于体积大、集成度低,较难实现电梯的多功能、多参数检测需求。基于微机电系统三轴加速度传感器和高性能单片机,开发了电梯多参数检测仪。该检测仪包括三轴加速度无线测量模块和智能终端应用程序。现场应用表明,该检测仪可实现电梯速度及加速度测量、轿厢振动舒适度测量、自动扶梯梯级和扶手带振动舒适度测量、电梯制动参数测量、异常振动源追溯等功能,可广泛应用于电梯安装、维保、检验、抽查、事故调查等测试场合。基于微机电系统加速度传感器的仪器设计思路可为类似机电类设备的安全检测提供有效参考。

Surface effects of adsorption-induced resonance analysis on micro/nanobeams via nonlocal elasticity

The governing differential equation of micro/nanbeams with atom/molecule adsorption is derived in the presence of surface effects using the nonlocal elasticity. The effects of the nonlocal parameter, the adsorption density, and the surface parameter on the resonant frequency of the micro/nanobeams are investigated. It is found that, in ad- dition to the nonlocal parameter and the surface parameter, the bending rigidity and the adsorption-induced mass exhibit different behaviors with the increase in the adsorption density depending on the adatom category and the substrate material.

基于零极点配置的宽频带角速度传感器信号融合方法

为满足在轨微角振动力学特性分析和主动补偿的测量需求,解决单一角速度传感器难以兼顾sub-μrad级低噪声与k Hz宽频带的问题,提出一种基于零极点配置的宽频带角速度传感器信号融合方法。通过调配不同测量带宽角速度传感器传递函数的极点来调整传感器传递特性,使传感器在非工作带宽的信号和噪声衰减后再进行融合,实现了带宽2 Hz-1000 Hz的MHD角速度传感器与带宽DC-22 Hz的MEMS陀螺仪的数据融合,并将所提方法与两种基于频域的数据融合算法进行对比。实验结果表明:当对MEMS陀螺仪进行零极点配置融合时,融合信号在0.1 Hz-700 Hz频段内最大幅值波动1.64 dB,等效噪声角速率0.2126°/sRMS。所提方法能够为宽频带角速度测量提供技术保障,并能为具体场景下融合算法的应用和选择提供指导。

基于物联网的输液监控系统设计

针对医院病房输液工作量大、管理困难的问题,提出了一种集成多种传感和控制功能的监控系统.引入微电容测量技术监测输液管液位,利用差分运算,提高监测的成功率.利用高灵敏度震动传感器监测滴斗液滴掉落,避免病人血管阻塞导致异常停药.当液位过低时,电动阀门自动关闭,避免病人血液回流到输液管中.输液情况通过WiFi发送至局域网服务器中,适时提醒,保证给药的连续性.验证试验表明:液位监测成功率达到100%,震动传感器在夜间能有效的起到药液流动监控的效果,大大减小了护士的工作量并提高治疗的连续性.

基于MHD角速度传感器的面阵相机模糊图像复原

在轨卫星平台上普遍存在着宽频带、低幅值的微角振动,随着对航天相机探测能力和遥感图像空间分辨率要求的不断提高,微角振动对星载光学系统成像质量的影响更加突出.针对高频微角振动造成的图像模糊问题,提出使用磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)角速度传感器测量面阵相机受到的微角振动,并根据面阵相机角运动信息构建点扩散函数,进一步采用基于全变差正则化的图像复原算法实现图像复原,从而提高图像质量.首先,在分析航天相机受到微角振动干扰产生像移原因的基础上,建立像移模型,并根据像点在焦平面上的移动轨迹构建点扩散函数.其次,搭建实验系统模拟航天相机在微角振动环境下的成像过程,在垂直于光轴的方向上施加单频正弦角振动干扰,并使用MHD角速度传感器进行探测.最后,利用基于全变差正则化的图像复原优化算法对模糊图像进行复原,并基于图像的调制传递函数对复原图像质量进行评价.实验结果表明:当微角振动频率在20~300 Hz内,且产生的像移在13个像元以下时,复原图像的调制传递函数积分面积可达到静态图像积分面积的90%以上,图像细节清晰,对比度得到明显提升.对同一频点进行多次重复实验,结果表明该方法具有良好的重复性.相关实验结果表明,基于MHD角速度传感器的微角振动测量方法和图像复原算法相结合能够显著提高航天相机的成像质量.

气体对磁流体动力学传感器影响机理的探讨

由于气体和导电流体性质上的差异,导电流体中气体的存在将对磁流体动力学(MHD)传感器的输出特性产生影响。基于电磁感应理论和两相流理论,文章推导并建立了导电流体中含气体的MHD传感器VOF模型。通过ANSYS Fluent对含气体的MHD传感器输出特性进行仿真分析,同时搭建试验平台对不同气体含量MHD传感器进行试验验证。结果表明,导电流体中的气泡在低频时容易被拉伸撕裂成小气泡并随着角振动分散,同时使得流体环流场和电场产生偏移和畸变,角振动频率越低,此现象越明显;当导电流体中不含气体时角振动频率和幅值、重力加速度及偏心等外部因素对MHD传感器的输出特性无影响;当导电流体中含有气体时,MHD传感器的输出特性畸变等随气体含量、重力加速度和偏心的增大而增大,随角振动频率和幅值的增大而减小。文章研究成果能够为MHD传感器导电流体灌装工艺控制提供指导,有助于MHD传感器精度和稳定性的提升。

振动波井下通讯技术

为了克服传统井下通讯方法的不足,提出一种振动波井下通讯技术,开发了振动波井下通讯系统,进行了现场试验,并将该技术应用于分层注水。理论和实验研究表明,油套管振动波传输呈通阻带交替分布,据此制定了多基频传输策略,采用开关键控调制和曼彻斯特编码方式对振动信号进行处理,将控制信息加载到振动波。研发了振动信号发生系统,实现电能到振动波能量的可控转换。研发了振动波接收解码系统,以微振加速度传感器作为信号拾取元件。设计了振动波井下远程传输测试系统,并进行了井下通讯现场试验,验证了振动波井下通讯技术的可行性以及通讯系统的准确性和可靠性,得到了套管振动波信号的衰减特性。该技术已成功应用于分层注水,在井筒控制领域有广阔的应用前景。

谐振式硅微结构压力传感器非线性振动特性研究

本文研究了谐振式硅微结构压力传感器在单频激励和双频激励情况下的非线性振动特性。利用多尺度法研究运动方程中三次非线性项对传感器频率特性的影响规律,提出了改善谐振式硅微结构传感器特性的方法以及在实现闭环自激系统时应采取的措施。

用于光学遥感器耐受卫星平台微振动环境地面测试的六自由度平台

考虑空间卫星平台微振动环境对高分辨率空间光学遥感器成像质量的制约,提出了在地面测试光学遥感器耐受空间微振动环境裕度的六自由度激振平台的设计方案。建立了平台的运动学与动力学模型,推导出促动器音圈电机的传递函数并建立了Simulink模型。基于设计的模型研制了六自由度平台。对振动平台样机进行了振动加速度控制精度的验证实验,实验以典型的卫星平台微振动频率点为测试输入。实验结果表明平台振动频率为7~40 Hz时,其加速度输出相对误差可控制在7%以内。该平台借鉴了Stewart平台的并联构型,其结构简单、刚度大,振源输出精确可控,满足地面试验应用要求。

卫星飞轮扰振控制技术研究

分析了卫星姿态控制部件飞轮所引起的红外地球敏感器的扰振响应问题和飞轮扰振机理。通过建立飞轮扰振响应动力学模型,提出了通过提高飞轮-红外地球敏感器系统的局部刚度,实现受扰红外地球敏感器系统响应频率解耦,同时调整飞轮-地球敏感器安装板的局部振型,从而实现控制红外地球敏感器响应幅值。根据仿真计算结果给出扰振控制措施的最优方案,飞轮扰振试验结果表明,通过提高局部刚度的减振措施能够有效地解决飞轮扰振问题。

一种磁流体陀螺的设计研究

新型磁流体陀螺兼具带宽大、体积小、重量轻、寿命长、抗冲击等优良特性,是用于卫星微角振动测量的理想传感器,同时在寻北及小型无人机导航等领域也具有广阔的应用前景。提出了一种磁流体陀螺的设计思路,通过对磁流体陀螺工作原理的分析,设计了一种机械结构,该结构既形成了闭合磁路又构成了上下壁绝缘、内外壁导电的密闭磁流体通道,满足传感原理需求;采用低噪放大器组成信号处理电路并对噪声进行分析,该电路可以将本底噪声对传感器输出信号的影响降低至可接受范围内;对基于该思路设计的样机进行了初步试验,试验结果表明该磁流体陀螺能够敏感角振动,非线性误差小于0.6%,重复性误差小于0.5%,稳定性误差小于0.8%,具有很好的发展前景。

基于小波和支持向量机的光纤微振动传感器模式识别

为实现对双M-Z型光纤传感器的振动信号进行识别,提出一种基于小波能熵和支持向量机(SVM)的光纤传感信号模式识别方法。该方法对小波分解得到的各频段系数求解其能量信息熵,归一化后得到特征向量。其作为SVM的输入,通过选用合适的核函数和多类的分类方法,对SVM多类分类器进行建模。在多种振动信号的条件下,用测试样本对SVM分类器模型进行测试,测试结果表明:该方法对双M-Z型光纤微振动传感器的振动信号的分类达到了较高的识别率。

卫星遥感器微振动隔离用液体阻尼隔振器

针对卫星平台的微振动,提出了具有良好高频衰减及共振峰控制性能的松驰型液体阻尼隔振器。建立了松弛型液体阻尼隔振模型,从传递率的角度分析了提出的松驰型液体阻尼隔振器与传统隔振模型的区别。使用波纹管提供刚度及密封,基于小孔阻尼结构形式,设计了松弛型液体阻尼隔振器并求解了系统的阻尼因子。对所设计的隔振器进行了传递率测试,结果表明,松弛型液体阻尼隔振器在共振频率处能够提供大阻尼,将共振放大倍数控制在2倍以内;在高频隔振区能提供小阻尼,100Hz衰减率超过95%,隔振性能优于传统隔振器。得到的结果和理论预测吻合较好。该项研究对松弛型液体阻尼隔振器的设计以及其在遥感器微振动隔离的应用上具有很强的指导作用。

基于奇异谱分解的微机械加速度计振动噪声抑制方法

微机械(MEMS)惯性传感器成本低的同时噪声较大,易受振动信号的干扰。为了利用微机械惯性传感器构成低成本姿态估计系统,提出了一种基于奇异谱分解(SSA)的振动噪声预处理方法。SSA方法的实质是利用延迟扩维矩阵进行主成分分析,其延迟相关的算法能够有效地分离出加速度计测量值中的趋势项与周期项,趋势项中包含有需要的姿态变化信号,周期项即为低频振动噪声,根据过零点检测方法提取出趋势项,将该趋势项作为加速度计的测量值,即可实现对振动噪声信号的抑制,有效地提高姿态估计精度。实际的跑车实验验证了该方法的可行性和有效性。

MEMS微拾振器制备工艺研究

采用微机电系统(MEMS)技术制作了悬臂梁式压电微拾振器,该技术主要包括:sol-gel法制备PZT压电膜、干法刻蚀、湿法化学刻蚀、UV-LIGA等工艺。研制的拾振器悬臂梁结构尺寸为:长2000μm,宽600μm,硅膜厚度12μm,PZT压电膜厚1.5μm,Ni质量块长600μm、高500μm。测试表明其固有频率为610Hz,适合低频振动源环境的应用。在1gn加速度谐振激励下,电压输出达562mV。

平面电极型MEMS电化学地震传感器

针对传统电化学地震传感器的加工工艺成本高、一致性差等问题,设计了一种新的平面电极型微机电系统(MEMS)电化学地震传感器结构。建立了平面电极型MEMS电化学地震传感器的计算模型,通过Comsol多场耦合数值模拟分析方法,对影响传感器的结构参数如:电极宽度、电极间距、流道高度等进行了计算和优化。采用MEMS表面工艺和准LIGA工艺,制备了平面电极型MEMS电化学地震传感器。最后,与采用传统方法精密加工的MET2003器件进行了频率响应和微震动的对比测试。实验结果表明:与MET2003器件相比,平面电极型MEMS电化学地震传感器的带宽从1Hz扩展到了30Hz,两种器件的采集结果具有很好的相关性和一致性,相关系数为0.887,在1Hz处的噪声低于120dB。

压电智能悬臂梁主动振动最优控制研究

以压电智能材料聚偏氟乙烯(PVDF)作感知和离子交换膜金属聚合物(IPMC)作驱动的悬臂梁为研究对象,建立了智能悬臂梁的压电传感和致动方程.并通过模态分析法变换为基于闭环控制系统的状态空间方程,设计了压电智能梁的振动控制系统.将遗传算法和线性二次型最优控制相结合,采用遗传算法设计Q,R阵,以获取状态反馈控制律,研究了压电智能梁的振动的最优控制问题.仿真实验结果证明。

非局部因子和表面效应对微纳米材料振动特性的影响

基于非局部理论和表面效应模型,导出表面吸附物对微纳米材料的动力学方程,研究非局部因子和表面能对微纳米传感器振动特性的影响.结果显示,非局部因子、表面能、吸附物种类、附加刚度和基底种类对微纳米结构的振动特性有重要影响.

光纤读出的微光机电振动传感器

针对采用半导体工艺加工的微机械结构对振动进行测量的问题,提出了基微光机电系统(MOEMS)结构并采用光纤读出的振动传感器的设计方案,分析了该传感器的基本测量原理并推导了数学模型.该传感器采用单光纤的读出方式,利用固定于探测器敏感头前端的微结构感受待测物体的振动,通过测量由微结构振动引起的反射光强度的变化,实现对振动的测量.单光纤结构的使用和微结构参数的合理设计,使得该系统与传统的光纤读出系统相比,具有灵敏度高、尺寸小、易于同光纤匹配的特点.应用该系统对压电陶瓷的振动情况进行测量,可探测到0.18 nm的位移.