基于传统滑雪板的可穿戴式雪上摩擦力在线测量装置研究

竞技滑雪运动中雪上摩擦阻力影响运动员比赛成绩,而雪上摩擦影响因素众多,雪上摩擦阻力评测一直是冰雪竞技运动中的一大挑战.本文中设计了1种基于传统滑雪板的可穿戴式雪上摩擦力在线测量装置,将多个三分量传感器合理布置在传统滑雪板上,通过有线连接的方式,结合数据采集卡,对3个分量的力信号进行监测、采集和保存,并通过终端电脑实时反馈力信号变化.实验室静态测试中,该装置具有稳定的力学信号输出,并给出准确的摩擦系数测试结果.在模拟雪场测试时,其能够准确地评估不同雪上减阻蜡的润滑性能及其耐磨性能,还能够监测自由式滑雪运动中的犁式制动和犁式转弯等常规技术动作.该装置输出的力信号具有高精度和高灵敏度特性,为滑雪运动中雪上减阻蜡的性能评价、运动员施力动作监测等给出了1种可行方案.

Principle and simulation of coherent interference suppression by a three-sensor array

The Principles of coherent interference suppression are presented by a three-sensor array. The formulae of extracting expected signals from strong interference are derived. The selection of sensor space is discussed and then relationships between the space and frequency point, at which the signals can be extracted, are given. When expected signals are band- limit, the conditions of the selected sensor space, which should be satisfied, are given. Lastly, Performance of interference suppression is analyzed when the amplitude of interference power spectra of signals Received by three sensors fluctuates, and the expressions of relative error of the extracted signals and processing gain are derived. The theoretical and simulation results show that signals can be extracted from strong background interference without any information about signals and interference expect for the arriving direction of signals, that the space between sensors should be smaller than half wavelength of upper limit freqency when the expected signals are band-limit, and that performance of extracting signals will decline with the increase of fluctuation of interference spectrum amplitude.

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。

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。

电阻式柔性触觉传感器的研究与医养健康领域应用现状

近年来,可穿戴智能系统的进步对柔性压力传感器提出迫切的需求。其中,电阻式柔性触觉传感器因其原理简单、易于加工、集成效率高等特点得到了迅速发展。但是,如何实现传感器在宽压力监测范围内,具有高灵敏度仍是研究者们要面临的挑战。为了解决上述问题,除了选择先进的功能材料和合适的衬底材料,优化传感器结构也是一个重要的研究方向。本文立足于传感器件的结构设计,分别介绍了一维的纤维纱线传感器件,基于表面微结构、纳米结构构筑的二维平面传感器件及具有空间结构和高空隙的多维立体结构传感器件,通过以上结构设计实现了传感器件性能的提升,最后分析了其在医养健康领域的实际应用进展。

基于微气囊的三部脉象采集腕带设计

针对传统医学中脉诊方法依赖手脑反馈所带来的明显的主观性与个体差异,为提高证候判断的准确性,将现代脉诊学理论与现代传感器技术相结合,设计一种三部脉象采集腕带诊断系统。系统基于微气囊实现设计,使用气泵对三部充气式腕带充气,控制腕带内的气压模拟取脉压力;选用气压传感器,以数字化信号表示脉诊的信息;通过泄气阀排除腕带内气体。设计上位机软件实现系统控制、脉象可视化与存储等功能。系统在临床上经多次测试,准确性与稳定性良好,并能够完整记录患者脉象信息。

基于转动式二维激光扫描仪和多传感器的三维重建方法

三维重建技术是机器视觉中最热门的研究方向之一,在无人驾驶和数字化加工与生产等领域得到了广泛的应用。传统的三维重建方法包括深度相机和多线激光扫描仪,但是通过深度相机获得的点云存在着信息不完整和不精确的问题,而多线激光扫描仪成本高,阻碍了该项技术的应用和研究。为解决上述问题,提出了一种基于转动式二维激光扫描仪的三维重建方法。首先,用步进电机带动二维激光扫描仪旋转运动来获取三维点云数据。然后,用多传感器融合的方法对激光扫描仪的位置进行标定,采用坐标系变换完成点云数据的匹配。最后,对采集得到的点云数据进行了滤波和精简处理。实验结果表明:相较于深度相机/IMU数据融合的重建方法,平均误差降低了0.93 mm,为4.24 mm;精度达到了毫米级别,误差率也控制在了2%以内;整套设备的成本相较于多线激光扫描仪大大降低。本文方法基本满足保留物体的外形特征、高精度和成本低的要求。

半航空频率域电磁探测三分量线圈传感器设计

半航空频率域电磁探测方法(semi-airborne frequency domain electromagnetic method,简称SAFEM)通常借助水平线圈传感器观测垂直分量磁场信号.然而,在实际探测过程中,观测单一分量磁场信号不仅缺失水平分量磁场信息,并且在磁场响应畸变区域难以校正,造成视电阻率解释结果精度低、误差大等问题.为此,本文设计并研制了一种能够用于SAFEM探测的三分量空心线圈传感器,采用三组相互垂直的接收线圈分别接收三个分量的磁场信号.首先,为满足旋翼机载重要求,设计0.5 m直径的小尺寸圆形线圈用于接收垂直方向磁场,两个0.01 m边长的方形线圈用于接收水平方向磁场,并对三组线圈的互耦情况进行分析,确定了线圈的最佳相对位置.其次,针对线圈传感器的物理结构特点,综合线圈的寄生电阻、电感和电容值大小的分析结果,确定最终的物理结构参数.进一步地,通过分析不同阻尼状态下的传感器及前置放大电路的频率响应特性,确定了最佳的阻尼系数调节范围.在此基础上,设计了带有阻尼状态调节的低噪声差分前置放大器电路作为SAFEM信号调理模块.最后,开展屏蔽室测试实验和野外探测实验验证三分量线圈传感器的可靠性.屏蔽室内对比测试结果表明,小尺寸的三分量线圈传感器带宽能够满足探测需求,能够提供与商用传感器相当的灵敏度和测量准确性.在野外探测实验中,使用该三分量线圈传感器获得了实验场地的三分量磁场响应信号,进一步证明了该三分量传感器的有效性.

无缝内衣机传动机构振动特性研究

传动机构的振动特性直接影响无缝内衣机整机的运行状态,进而影响其生产效率。针对现有无缝内衣机传动机构传动机理不清晰、编织过程中传动机构振动特性难捕获等问题,结合无缝内衣机编织工艺,建立完整的无缝内衣机传动机构模型,并采用三向加速度传感器对电动机、原动齿轮轴、针筒齿轮、针筒以及哈夫盘等关键传动元件在横向、纵向和垂向3个方向上的振动信号进行采集。结果表明:当无缝内衣机的转速为75 r/min时,传动机构的振动频率主要集中在0~1 000.0 Hz,特征频率为553.8 Hz,其中,针筒的横向振动,电动机的纵向振动,哈夫盘的垂向振动比较明显,为如何确定合适的传感器与检测点以及从传动机构振动特性角度检测无缝内衣机整机的运行状态提供了理论及试验依据。

基于互射式三阵元超声波传感器的风矢量测量

为解决现有的超声波测风仪存在的测量精度不高、受环境温湿度及阴影效应等因素影响较大等问题,提出基于互射式三阵元超声波传感器阵列结构的风矢量测量方法。设计的测风结构由3个收发一体式超声波传感器组成,根据三阵元系统结构特性结合时差法建立风矢量测量模型,消除温湿度及阴影效应对风矢量测量的影响,运用基于相关法的时延估计方法并结合快速傅里叶变换进行传播时间估计,减少算法的计算复杂度。最后,进行模拟仿真实验验证所提算法的有效性,并通过搭建的互射式三阵元超声波测风系统进行实测数据验证。在实测环境下风速测量的相对误差为2.75%、风向测量的误差为2.5°,基本达到测风领域的技术要求。

岩土环境对地下位移三维测量的影响研究

地下位移三维测量传感器在实际应用时,岩土环境会影响传感器测量结果。文中以温度、土壤中铁磁物质作为影响因素进行研究,设计一个岩土环境模拟控制箱,通过改变箱体内温度、更换不同岩土分别进行实验,利用传感器测量得到Ⅰ型互感电压和Ⅱ型互感电压。采用Matlab软件对不同温度环境下的数据进行分析,获取温度和Ⅰ型、Ⅱ型互感电压的关系,以及不同土壤和Ⅰ型、Ⅱ型互感电压的关系。实验结果表明,温度和传感器测量的互感电压呈正相关,尾矿砂土壤相较于普通土壤会导致传感器测量的互感电压增加。最后,使用最小二乘法曲线拟合,并对误差进行补偿,得出传感器位移测量误差在5%以内,说明传感器在不同岩土环境中的测量精度得到了改善。

受电弓滑板轮廓检测中多视觉传感器全局标定方法研究

针对受电弓滑板轮廓检测中,碳滑板横向空间尺度大、传感器视角交叉的特点,提出一种地面多视觉传感器系统配置方案及二维靶标和三维靶标相结合的标定方法,对检测系统中的多视觉传感器进行全局标定。首先采用二维靶标标定单个视觉传感器,完成单视觉传感器标定后,将三维靶标置于相邻两视觉传感器的交叉视角范围内,通过靶标在不同摄像机视角下三维特征点之间的映射关系,求解相邻摄像机的外部参数。综合所有摄像机的内外部参数、结构光平面方程,建立统一坐标系下的数学标定模型。最后通过三维靶标特征点相对间距和真实距离对比进行试验验证。研究结果表明该方法标定精度较高、可操作性好、结构稳定,能够有效进行滑板轮廓测量工作。

基于白鲨优化极限学习机的三维力传感器非线性解耦

针对三维力传感器维间耦合干扰问题,以基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的一体式三维力传感器为研究对象,提出了一种基于白鲨优化算法的优化极限学习机(White Shark Optimizer-Extreme Learning Machine,WSO-ELM)的非线性解耦算法。首先,设计了基于FBG的一体式三维力传感器,阐明该传感器波长漂移量与三维力的映射关系;然后,搭建静态标定实验系统,分析三维力耦合特征,并建立WSO-ELM算法三维力传感器解耦模型,利用白鲨优化算法(White Shark Optimizer,WSO)稳定、高效特点优化模型,寻找ELM神经网络隐含层神经元数与解耦时间的最佳参数组合,开展基于WSO-ELM的三维力传感器非线性解耦研究;最后,该传感器解耦后最大平均I类误差达到0.51%,最大平均II类误差达到0.65%,实现了基于WSO-ELM的三维力非线性解耦。为验证解耦效果,将WSO-ELM算法与极限学习机神经网络模型、反向传播神经网络、最小二乘法解耦效果进行对比实验。实验结果表明:WSO-ELM算法具有较好的解耦效果,能有效构建三维力维间耦合关系,同时降低传感器耦合干扰,提高传感器的测量精度,具有良好的非线性解耦能力。

基于卷积神经网络的人体行为识别方法

为提高基于智能手机三轴加速度传感器的人体行为分类模型准确率,提出了一种卷积神经网络人体行为识别方法,通过固定时间窗口对连续样本数据进行切割分片,构造多层神经元网络结构,优化调整关键核心参数,使用新方法训练出的人体行为识别模型平均交叉准确率可达91.7%,较其他传统机器学习算法有较大提升.

互射式三阵元超声波传感器的二次相关测风方法

针对现有的超声波测风仪测量精度不高、受环境温湿度及阴影效应等因素影响较大等问题,提出了一种基于二次相关的互射式三阵元超声波测风方法.所提方法采用三阵元互射式阵列结构并结合二次相关的时延估计算法进行超声波传播时间测量,进而根据超声波传播时间与风速风向的关系得到风速风向值.所提方法具有较强的噪声抑制能力,而且可减小阴影效应及消除温湿度对风速风向测量的影响.通过模拟仿真实验以及搭建的互射式三阵元超声波测风系统对所提方法进行了有效性验证和实测数据验证.实验结果表明,与正交对射式测量方法、阵列式测风方法以及基于一次相关的互射式三阵元测风方法相比,所提方法具有更高的测风精度.在实测实验中风速测量的相对误差为2.38%、风向测量的误差为2.3°,基本达到了超声波测风的技术要求.

果园机器人LiDAR/IMU紧耦合实时定位与建图方法

针对果园环境中GNSS定位信号易丢失和传统SLAM算法鲁棒性较差的问题,本文提出一种基于LiDAR/IMU紧耦合框架的全局无偏状态估计果园机器人定位与建图方法。LiDAR/IMU紧耦合框架基于因子图进行多源约束的IMU里程计构建,实时输出高频位姿信息,IMU里程计因子和预积分因子优化LiDAR里程计并提供位姿先验约束IMU零偏。引入局部点云地图参与特征点云粗匹配和非特征点云递进式匹配进一步稠密化源点云,改善LiDAR里程计的性能。融合GPS信号与LiDAR/IMU紧耦合框架的地图构建,能够得到准确且高频连续的位姿信息,提高点云地图的复用率。在果园和苗木等场景验证了该算法的性能,实验结果表明,与LIO-SAM等算法相比,定位精度维持在0.05 m左右,均方根误差为0.0162 m。本文算法使机器人具有更高的精度、实时性和鲁棒性,有效降低了系统累积误差,保证了所构建地图的全局一致性。

正交约束下的机器人线结构光手眼标定

为了将传感器局部坐标系下的测量数据转化为机器人坐标系下的全局三维数据,需要确定机器人法兰盘与传感器之间的关系,即手眼标定。为实现机器人与线结构光传感器的现场手眼标定,提出一种正交约束条件下的新方法,该方法标定过程无需人工参与,仅需一块具有空间正交约束关系的平面靶标。标定过程中任意变换机器人位置与姿态,控制激光线与靶标两直角边分别相交,并记录传感器测量坐标值以及对应的机器人姿态数据,再基于空间正交约束建立非线性优化模型,最后采用内点法迭代求得最优解。实验结果表明:该标定方法快速、稳定且精度较高,系统整体测量精度优于0.3 mm,可满足常规测量需求。

“1+X”证书制度下课证融通教学改革与实践——以“无线传感网络技术”课程为例

“1+X”证书制度是新时代我国职业教育领域的一项重大改革和创新,是深化教师、教材、教法“三教”改革的重要保障。文章以物联网应用技术专业的核心课程“无线传感网络技术”为例,开展基于“1+X”证书制度下课证融通教学改革的探索,分析了课程教学现状,提出了课证融通的改革路径,主要从重构课程内容、创新教学模式、打造“双师型”教师教学团队、产教融合创新合作模式四个方面入手,通过课程改革实现课证融通,使人才培养更加符合企业对高素质技能应用型人才的需求。

光纤法珀振动传感器时分三波长解调技术

针对非本征型光纤法布里珀罗干涉(简称EFPI)传感器的动态解调,提出一种基于可调谐激光器的时分三波长解调方案。基于可调谐激光器波长切换速度快、调谐范围宽的优点,采用波长切换的方式来代替传统的3台激光器,简化了解调系统。实验结果表明,解调方案的最大非线性误差为2.3%,解调速度为78 kHz。该解调技术具有系统简单紧凑、成本低、速度快等优点,在动态信号测量领域具有一定应用价值。

基于UWB技术的健康定位手表设计与实现

针对现有定位终端大多只具有精确定位、撤离报警、紧急求救等功能,而不能实现生命体征监测功能的问题,设计了一种基于UWB技术、具备健康监测功能的定位手表。该手表采用TOF定位算法实现矿井巷道精确定位,将井下人员精确定位数据和生命体征健康数据传输至服务器,实现对人员位置信息和健康数据的实时监测。健康定位手表的关键技术主要有:矿井巷道线型TOF定位算法,心率、血氧和体温等生命体征监测技术,三轴传感器检测运动状态及低功耗休眠机制。测试结果表明:该手表定位精度小于等于±0.30 m、定位距离可达400 m,对心率、血氧和体温等生命体征的监测功能正常,平均工作电流小于2 mA,最小休眠电流小于500μA,满足了定位终端智能化、多样化需求。