基于物联网的无人水面艇航行状态监测系统设计

针对无人水面艇(Unmanned Surface Vessel,USV)航行状态监测及试航性能评估试验中的参数获取问题,设计一套USV航行状态监测系统。以物联网(Internet of Things,IoT)3层架构为基础,设计小尺寸、低功耗的监测方案。以多源传感器和STM32微控制器作为感知层,以远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)网关及LoRa终端作为数据远程传输途径,以传输控制协议(TCP)作为数据远程传输协议,以云平台作为系统应用层,实现数据采集、传输和应用功能。基于监测系统要求,在应用层设置阈值实现航行状态预警功能。对系统功能及性能进行测试,结果表明,系统横、纵摇精度为±0.02°RMS,风速为(0.2±0.03)m/s,风向为±2.5°,所有监测参数技术指标均符合要求,且丢包率在通信距离小于1.4 km时为1.5%,较传统方法降低约22%。该系统可为进一步完善USV航行状态监测提供技术支持。

光纤传感器在叶尖间隙测量中的应用

介绍了叶片叶尖间隙测量的目的与意义,并分析了传统的测量方法的优缺点.在此基础上,采用了基于光纤传感的叶尖间隙测量技术对叶片叶尖的间隙进行非接触测量.该方法采用三组接收光纤的强度调制型光纤传感器接收叶尖表面的散射光,此传感器既可以消除光源波动、叶尖表面反射率变化对测量结果的影响,也可以大大减小叶尖表面不平度对测量结果的影响.

基于线阵图像传感器的新型空间滤波测速仪

为了实现对固体表面运动速度的高精度测量,建立了一套基于线阵图像传感器的新型空间滤波测速仪系统,提出了一种确定系统误差来源的新方法。图像传感器在系统中既作为探测器又作为空间滤波器使用,系统结构得到了很大的简化。在理论上对线阵图像传感器的空间滤波特性进行了分析,并设计了图像传感器的驱动电路、信号采集和预处理电路。测量了由高精度转台作为主动轮的传送带速度和日光灯的发光频率。实验结果表明,传送带速度测量精度在0.77%以内,11 min内的测量不确定度为0.66%;而在不使用成像系统的条件下直接测量日光灯的发光频率时,测量不确定度在0.056%以内,提高了一个数量级。总之,该测速仪能够基本满足传送带表面运动速度测量的实时、非接触、稳定和高精度等要求。

基于近红外面源传感器的气液两相流相含率测量

针对传统近红外点对点探头传感器测量存在盲区、数据精度低等问题,提出并设计了一种基于近红外面源传感器的气液两相流相含率测量装置,并对其进行研究。该装置有效减小了近红外光的折射与反射,提高了测量的精确度。通过CFD流体仿真软件模拟了管道内流体的流动状态,并对该装置的结构进行了仿真及优化。在单相流实验的基础上进行气液两相流动态实验,得到了4路近红外信号与相含率的关系,建立了相含率测量模型,数据导入修正模型分析得到的相含率测量相对误差在±3.5%以内。

某型飞机大气数据系统设计

大气数据系统是重要的机载电子设备,其性能、精度直接关系到飞机的飞行安全。在介绍某型号飞机大气数据系统的软硬件体系结构的基础上,从三个方面深入研究了提高大气数据系统精度的途径:大气数据计算模型;基于BP神经网络的压力测量温度误差补偿方法;一种计算型静压源误差补偿方法。其大气数据系统系统性能稳定,结构紧凑,速度快,精度高,软硬件升级简单。试验证明其大气数据系统能很好满足某型号飞机的使用要求。

差动式光纤传感器在叶尖间隙测量中的应用

分析了涡轮发动机叶尖径向间隙变化对发动机性能的影响。根据叶尖间隙传感器的使用要求和应用环境,设计了差动式光纤位移传感器进行间隙测量,它采用单光纤传光,两组光纤束接收散射光的结构形式。该传感器能有效消除被测叶片叶尖表面反射率、光源波动等对测量结果的影响。

光纤传感器中光源的选用及比较

在光纤传感器的设计中,光源的选择至关重要,本文对几种常用光源的基本发光机理进行了描述,对其主要特性、适用场合等进行了分析和比较,介绍了几种新型的激光器,并对光纤传感器用光源下一步的发展做出了预测和展望,本文的分析对设计光纤传感器时光源的选择具有一定的参考价值。

表面散射特性光学检测的多波长光纤传感器

论述了一种表面散射特性实时光学检测的光纤传感器。采用650 nm、1 310 nm和1 550 nm激光作为光源,对不同表面粗糙度的样品进行了测试和分析。实验结果表明,采用多波长的复合光源激光光纤传感器能有效地减小测量的非系统误差,从而极大地提高了其测量精度;此外,波长越短,粗糙度越大,散射越复杂。

电涡流传感器的稳定工作条件研究

为了研究电涡流传感器测量系统的工作稳定性,提出了采用试验设计和响应曲面方法分析电涡流传感器的稳定工作条件。通过对电涡流传感器测量系统影响因子的研究,分析显著影响因子的工作特性,建立工作模型,研究电涡流传感器对微小位移的检测能力。研究表明,在电涡流传感器测量系统中,激励源和测试距离是显著影响因子,当激励源频率在(15Hz,27.5Hz)之间,激励源电压幅度在(4V,28V)之间,电涡流传感器在(2mm,10mm)之间的测试距离内检测微小位移,线性度最好,性能可靠,这对于改善实验设备的质量水平提供了科学的实验分析,具有重要的实用价值。

基于多Kinect的家具自由曲面造型扫描系统设计

为解决目前三维扫描系统存在的数据捕捉效率低、曲面扫描精度低等问题,基于Kinect传感器构建了家具自由曲面造型扫描系统。采用OpenNI开源框架来搭建多个Kinect传感器在服务器与驱动之间的交互桥梁,并将被测家具物体的深度图像转变成具有三维坐标值的点云数据。在三维点云数据的后处理阶段,使用PCL开发库实现家具自由曲面三维点云数据配准、融合,以及完整的家具自由曲面造型三维点云模型的展示。实验结果表明,该系统与传统系统相比,数据捕捉效率以及扫描精度更高,而且稳定性强。

基于ICA盲源分离的声表面波无线传感器信号抗干扰方法

针对声表面波传感器无线信号易受环境中同频信号干扰的问题,设计了基于独立分量分析(ICA)盲源分离的抗干扰算法。该算法对传感器和同频干扰的混合信号进行分离,然后基于分离信号波形的衰减和等幅特征对信号进行判别。MATLAB仿真结果表明,算法能够有效分离混合信号并且保留了源信号的时域波形特征和频域信息。将抗干扰算法在基于数字信号处理器的信号采集和处理平台上实现并进行分离实验,设置不同的传感器信号和干扰信号强度并记录分离和判别结果,实验结果表明,在源信号的信号强度较为接近(信扰比在0.8~1.4范围内)且噪声影响可忽略的情况下,可达到95%以上的传感器信号准确判别率,有效地抑制了同频干扰。

方坯连铸机结晶器内钢水液面自动控制系统技术设计研究

钢水在方坯连铸机结晶器内的液面自动控制系统:采用同位素铯137作为放射源,带闪烁体的高灵敏度传感器接收放射源发出的γ射线,穿过钢水的γ射线与钢水的液面成反比。传感器将γ射线转化为电信号,通过传感器连续测量结晶器内的钢水液位高度,二次仪表智能化处理后向液位调节系统输出随液位高度变化的电压或电流模拟量,送给PLC,通过调节控制塞棒升降控制液位高度,或者信号经处理后送给拉矫机变频系统,来自动控制拉坯速度,使钢水液面保持在预定的高度。

基于SAM的无人艇多源图像分割研究

针对无人艇多源传感器的图像分割问题,开展了结合图像分割大模型与大模型低成本微调技术的研究,以增强感知大模型在无人系统上的实用性。首先将分割大模型应用于无人艇可见光、红外和声学图像分割,并对其性能进行了比较。经对比发现,分割大模型对可见光和红外图像分割效果好,但对声学图像的分割性能存在严重下降。随后利用低秩自适应算法对分割大模型编码器部分进行了微调训练,以适应声学图像分割任务。微调后的分割大模型对声学图像的分割性能得到显著提升,Dice相似系数平均值相比初始分割大模型提高了52.88%,证明了方法的有效性。作为一种大模型的微调技术,低秩自适应算法使用低秩近似来降低权重矩阵维度,大幅减少模型中可训练的参数量,在提升训练效率的同时降低了训练成本。

一种面向下肢假肢的运动意图识别方法及验证

对截肢者下肢运动意图的准确识别是提高下肢假肢人机交互性能,降低假肢使用者运动能耗的关键。基于健康受试者在不同运动模式的下肢表面肌电信号(sEMG)和由六自由度惯性测量单元(IMU)采集到的角速度信号、加速度信号等运动学信号设计了一种面向下肢假肢的运动意图识别方法,并通过髋截肢者的健侧肌电和两侧下肢的运动学数据对上述方法进行可行性和有效性验证。结果表明,该方法能在健康受试者的多源传感信息中选出最适于分类的最小特征子集,并在精细K最近邻(KNN)分类器中实现对站、平地走、上下楼梯、上下斜坡这6种不同运动意图高达99.2%的识别准确率;同时在髋截肢者这一类高位截肢患者的多源传感信息中依然能筛选出最小特征子集并实现高达99.8%的识别精度。实验结果说明了所提出方法的有效性和普遍适用性。

多向平行分光透镜的自由曲面组合设计方法

提出一种多向平行分光透镜的自由曲面组合设计方法,可适用于广义朗伯分布的发光二极管(LED)光源,实现任意多向的平行分光。设计了应用于雨量传感器的透镜,在不增加光源的前提下,增加出射的光线路径数量,透镜体积小、光效利用率高,增大了传感器的光学探测区域,可为相关的光电器件的设计与优化提供便利。理论计算和建模仿真进一步证明了此方案的可行性和有效性。