基于身管应变的小口径火炮弹丸速度测试方法

针对传统火炮弹丸速度测试方法中存在难以获取整条速度曲线、易受环境影响、体积庞大、成本较高、操作复杂等问题,提出了一种基于身管应变的小口径火炮弹丸速度测试方法。基于30 mm口径火炮设计了应变测试仪,实现身管外壁应变测试。根据厚壁圆筒理论计算得出火炮膛压曲线,通过弹底压力解算模型得出弹底压力曲线,与弹载存储测试方法得到的弹底压力曲线进行对比。结合弹丸运动方程得出弹丸速度曲线,采用四阶龙格库塔算法建立弹丸速度仿真模型,将应变测试、弹载存储测试得到的弹丸速度曲线与仿真曲线进行对比。结果表明:应变测试、弹载存储测试与仿真弹丸速度曲线趋势基本吻合,最大速度误差分别为1.1%和0.5%,验证了应变测试方法的可行性,为小口径火炮弹丸测速开辟了新途径。

飞行器参数动态采集降噪技术研究

针对飞行器测试过程中动态数据采集存在大量噪声干扰,设计了硬件与软件相结合的噪声优化解决方案。通过分析π型滤波电路原理,设计相关参数,搭建π型CRC无源滤波电路,从硬件层面解决了信号受纹波干扰导致的失真问题;通过在FPGA中进行理论仿真,设计递推平均滤波器,从软件层面解决了信号受尖峰脉冲噪声干扰导致的信号可靠性降低的问题。经过实验验证,该噪声优化方案可以大幅降低噪声峰峰值。经过优化后的采编器完成了多次高低温和振动试验,性能稳定可靠,目前已经应用在某飞行器大型地面试验中。

温压炸药爆炸瞬态高温测试技术研究

为评估温压炸药的热毁伤性能,针对其爆炸瞬间产生高温高压场温度变化剧烈、持续时间短、测量难度大且难以测到爆炸瞬间火球温度分布的问题,提出了一种接触式与非接触式测温混合测试方法,搭建了红外热像仪和热电偶测温系统,对洞内外两发温压炸药的爆炸过程进行测试;使用两台红外热像仪分别以高低帧频拍摄,同时在距离爆心一定距离处布置钨铼热电偶,从不同时间不同位置获取了火球不同维度的信息,实现了爆炸温度变化全过程的高帧频、高分辨率完整记录;对温压爆炸过程中温度变化进行了精细化研究;其中,洞内爆炸最高温度可达1 800℃以上,火球最大直径约为8.3 m,洞外爆炸最高温度可达1 700℃以上,火球最大直径约为7.7 m,山洞的限制作用使得火球最高温度更高,1 800℃以上持续时间为14 ms,热毁伤效果更强;洞内外温压弹爆炸最高温度测试结果的最大偏差分别为5.1%和5.8%,平均偏差为5.45%,处于一定合理的范围内,可以满足爆炸场测试需求。

层叠型缓冲靶板对弹载测试仪的保护作用研究

使用空气炮模拟火炮发射时的高过载环境对弹载测试仪进行测试时,弹丸撞击靶板会产生尖峰脉冲对测试仪造成严重的损伤,为提高测试仪的存活性,展开对缓冲靶板层叠方式(不同材质的靶板相互叠加的叠层结构)的研究。通过撞击动力学理论描述弹丸对靶板的压缩和侵彻行为,并结合动量守恒和能量守恒定律计算出靶板参数和传递到靶板上的冲量的关系。使用ANSYS/LS-DYNA建立弹丸正侵彻靶板模型,弹丸速度为200 m/s、质量为5.5 kg,仿真结果表明:3层总厚度450 mm的泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式能有效消除尖峰脉冲并缩短弹丸对靶板的作用时间,加速度均值约为7 000g,脉宽为2.8 ms。受条件限制,空气炮试验采用弹丸质量为5.5 kg、速度为150 m/s,并将缓冲靶板的单层厚度减小到100 mm,结果表明:在泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式下,弹丸结构和测试仪功能完好,加速度均值约为27 000g,脉宽为0.55 ms。

氢电转换装置旋转部件材料选取及性能分析

针对氢燃料高速旋转磁流体发电的氢电转换装置核心旋转部件设计需求,在SolidWorks旋转部件建模基础上,采用Workbench Static Structural对6061铝合金、304不锈钢、AZ3B镁合金以及TC4钛合金四种备选材料在正常工作状态下的最大应变、等效应力以及静强度许用安全系数求解和对比分析。同时,为防止共振现象对整个装置造成损坏,运用Workbench Modal分别对四种材料进行模态分析。研究结果表明:6061铝合金更能满足氢燃料高速旋转磁流体发电装置的性能需求。旋转部件的材料及性能是氢燃料高速旋转磁流体发电装置结构的优化设计、发电效率的重要影响因素。

基于改进天鹰优化算法的热电偶动态补偿方法

为解决因热电偶时间常数大,不能准确反映被测温度瞬态变化的问题,提出基于改进天鹰优化算法(IAO)的热电偶动态补偿方法。通过引入Sobol序列初始化种群与动态反向学习策略对天鹰优化算法(AO)进行改进,对实测热电偶动态响应数据进行补偿实验。实验结果表明,经改进算法补偿后,热电偶时间常数由0.097 s缩短至0.009 s,减少近90.7%。IAO补偿可以有效改善热电偶动态特性,减小动态误差。

心音心电检测仪电磁兼容问题的测试分析及整改方法

现代医疗器械更偏向于高精确度、高敏感度和小型化,其所处的电磁环境越来越复杂。外界电磁干扰对医疗设备会产生影响,严重时甚至影响医生的诊断。本文结合心音心电检测仪,基于医疗器械测试标准对传导发射测试、辐射发射测试和静电放电这3个测试项目进行了研究,提出了壳体整改,增加滤波电路、磁环、电荷释放电路等整改方法。对其他类型相关医疗器械的电磁兼容问题分析和整改,有一定的参考借鉴作用。

SiC高温压力传感器动态性能研究

面向航空发动机测试等恶劣复杂测试环境中动态压力测试需求,本文从芯片及封装结构设计、性能模拟仿真、器件制作工艺及传感器动态性能测试方面对碳化硅(SiC)高温压力传感器动态性能进行了系统研究。仿真结果表明:传感器频响为32.4kHz,上升时间为40μs。测试结果表明:传感器的频响不低于5kHz,上升时间为93μs。此传感器具有动态响应频率高、冲击信号响应速度快特点,为航空发动机内脉动压力测量提供了技术支持。

集成铁氧体的LC应变传感器的设计及测试

针对金属环境下采用LC无线无源应变传感器出现电磁信号传输失效的问题,在传感器背面集成铁氧体材料,其原理是通过抑制电磁波在金属表面的涡流效应产生的感应电动势,实现在金属环境下的电磁信号耦合测试。通过HFSS软件进行仿真验证,在金属环境下LC无线无源传感器信号失效;在传感器基底背部集成铁氧体后,通过扫频得出铁氧体可以在金属环境下实现LC传感器的电磁信号传输。对铁氧体的厚度进行参数优化,最佳厚度为0.32 mm。搭建等强度悬臂梁测试平台,结果表明,金属环境下LC传感器可以通过铁氧体实现抗金属环境干扰,频率为37.7 MHz时,LC无线无源测试系统可以很好地实现信号传输,对应的S_(11)值为-25.6 dB。对悬臂梁施加外力使其发生应变,传感器在0~1300με的应变范围内灵敏度为61.54 Hz/με。测试结果表明,铁氧体有利于实现金属环境下的LC无线无源传感器应变测试。

高温环境下的轴承保持架转速非接触测试方法

滚动轴承是发动机、燃气轮机等设备中的重要旋转部件,需要长期工作在高温环境中。为了预防轴承打滑,减少轴承损伤及失效,需要实时获取高温环境下的轴承保持架转速参数。文中提出了一种基于涡流效应的耐高温转速传感器,使用耐高温线绕制传感器探头,通过周期性改变轴承保持架与探头的距离实现保持架转速的测量。搭建高温转速平台进行测试,验证了传感器的可行性,实现了高温时轴承保持架转速的非接触测量。结果表明:在300℃高温环境中,转速传感器的最大非线性误差为0.511%,最大重复性误差为0.771%。

基于插值处理的散射介质中偏振成像实验研究

针对散射介质中光学成像质量受散射效应干扰的问题,基于Jaffe成像模型,实验研究了基于插值处理的偏振成像降噪方法,实现目标信号与后向散射噪声的有效分离。首先,利用退偏振特性建立信息插值处理与信号提取模型;其次,搭建偏振成像实验光路结构进行验证,以脂肪乳溶液模拟散射环境,在偏振激光照明条件下获取散射场景的相互正交的偏振探测通道图像;最后,对所获取偏振图像进行插值处理并利用信噪比参数评价其可靠性。实验结果表明,当脂肪乳溶液浓度依次为0.1%、0.2%、0.3%与0.4%时,基于插值处理的偏振成像方法所对应图像的信噪比依次为112.5、9.165、13.82与11.88,能够有效地抑制后向散射噪声对光学成像过程的影响。

冲击波超压测试系统的时基高精度同步

针对存储式冲击波超压测试系统时基不能高精度同步的问题,提出一种光纤触发与高精度算法结合的处理方法。利用光纤对不同装置同时发出触发信号,实现多个装置的同步触发;计数频率远大于测试装置的采样频率,对触发时刻和触发后第一个采样时刻之间的时间间隔进行计数;对相邻两个采样点之间进行插值处理,根据计数值N确定测试数据在时间轴上的位置,实现时基的高精度同步。该方法可使得测试系统在12 m布场距离处触发响应时间小于150 ns,测试系统的时间误差为30 ns,测试装置之间的同步误差为20 ns。该方法提高了测试系统的测量精度,可为冲击波传播规律的研究提供依据。

基于eMMC的车载振动测试嵌入式循环存储技术

振动测试是评价装甲车辆整车性能的重要手段,典型综合工况振动测试周期长、数据量大。常规测试设备存储空间有限,直接影响测试数据完整性和测试设备长期运行可靠性。针对该问题,提出一种以内嵌式多媒体存储卡(eMMC)为存储介质的振动数据循环存储技术,结合存储芯片与FatFs(file allocation table file system)文件系统特性,将测试数据保存为具有高效有序存储与被检索功能的文件;并通过自研循环存储算法,实现对振动测试数据文件存储空间的动态管理。经稳定性测试及现场试验证明,所研究的循环存储技术写入速度可达7.52 Mb/s,可保证存储数据的完整性和测试设备长时间稳定运行。

基于模糊熵的X射线图像局部对比度拉伸增强算法

在基于X射线的工件缺陷检测中,X射线图像往往存在亮度低、对比度低的问题。传统的局部对比度拉伸方法在增强图像的同时,容易引入噪音和光晕效应。针对此问题,提出了一种基于模糊熵的X射线图像局部对比度拉伸增强算法,该算法通过引入图像模糊熵来控制局部区域的对比度拉伸,使图像均匀区域和边缘区域得到了不同程度的对比度拉伸。实验结果表明,该算法在增强图像细节的同时对噪声和边缘光晕现象进行了削弱,增强了图像的整体质量。

高频响MEMS压力传感器动态性能研究

面向脉冲型风洞试验设备、大型建筑抗冲击强度试验等特殊环境对瞬态和动态力学量的重大测试需求,高频响MEMS压力传感器的研发已经受到业内广泛关注。论文从器件结构设计、性能模拟仿真、MEMS器件加工工艺及芯片动态性能测试等方面对基于SOI材料的高频响MEMS压力传感器进行了系统研究。首先,论文采用Ansys仿真软件对传感器压力敏感膜尺寸、封装结构及材料参数进行了优化设计;其次采用MEMS工艺实现压力芯片加工,并完成封装结构的制备与传感器整体装配;最后对制备的传感器进行激波管动态性能测试。测试结果表明:传感器的固有频率为222.8 kHz,上升时间约为20μs,可在74 kHz频率内安全工作,此传感器具有冲击信号响应速度快,动态响应频率高特点。

基于阻抗匹配的轴承转速高精度无线测试方法

航空发动机长期疲劳运行引起的轴承故障是造成发动机空中停车的重要原因,严重影响飞行安全。为了实现发动机轴承在恶劣环境下转速信号的实时精准测量,提出了一种基于阻抗匹配的轴承转速无线测量方法,并搭建了对应的平台进行测试,验证了该方法应用于轴承内圈转速无线测试的可靠性和准确性。天线随轴承转动与轴承发生周期性耦合,耦合信号无线传输至天线端后经检测电路板以周期性电压的形式输出并显示在示波器上,通过分析输出电压波形的周期,可以计算出轴承转速,进而实现轴承转速的无线测量。测量结果表明,在0~2600 rpm转速范围内,转速测量的相对误差保持在1%以内。

曲面结构上薄膜热流传感器的动态校准研究

搭建了以高功率半导体激光器作为热流源的动态测试系统,响应时间为3.5μs,热流上限为50 MW/m2,可以产生阶跃、脉冲、变频正弦等动态激励信号。分别使用脉冲激励法和变频正弦激励法对传感器进行时域和频域的动态校准。时域上以脉冲信号作为激励信号,使用负阶跃测试法测量时间常数,用响应速率比表征热流传感器的动态响应特性;频域上以变频正弦信号作为激励信号,通过快速傅里叶变换绘制出频率特性曲线,得到传感器的频率响应为18.4 Hz。并对两种动态校准结果进行了分析。

基于ITO的近红外波段远场辐射的动态调控

由近零介电常数材料构成的纳米天线,其折射率具有强度依赖性,可以用来调控远场辐射模式。因此,提出了基于氧化铟锡(ITO)的混合光学天线,以光学方式调控远场辐射角的偏转。并且,基于ITO和线性介电材料(nL)的混合结构天线可实现在近红外波段(1000 nm~1600 nm)偏转角的调控。随着入射光强度的增加,远场辐射角度最大可达到21.6°。基于混合结构,通过改变光学强度和波段进而影响辐射模式,最终调控偏转角度,这为进一步研究和应用于光束转向和光学调制奠定了基础。

稳态视觉诱发电位信号的预处理滤波设计及实验评测

为实现低噪声、高质量的脑电信号传输,增强稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked potentials,SSVEP)脑机接口系统的应用能力,本研究设计了一种高效的SSVEP信号预处理滤波方法,用于去除伪迹与信号漂移。首先,本研究基于前期研究的含噪数据,进行了离线分析验证,并使用网格搜索方法,优化各滤波环节中的参数设定;然后,设计了38个刺激目标的拼写器,并纳入20名健康受试者进行在线分析。结果表明,在2、3 s时间窗下,经预处理滤波后的信号分类准确率分别提升了8.88%与6.66%,信息传输速率分别提升了19.59%与10.5%。此外,将受试者分为初试组与经验组,并进行配对单因素方差检验,证实两组准确率具有显著差异(P_(2s_acc)=0.02,P_(3s_acc)=0.028)。本研究的预处理滤波方法可高效去除SSVEP信号在时域与频域中的伪迹与噪声,提高分类识别的准确率,能够对其他范式脑机接口的信号预处理工作提供参考。

复杂场景下无水尺水位的影像水位反演智能检测方法

实现精细化水务管控和洪涝灾害预警,需要实时、准确感知水位突变事件。现有技术不能满足夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下的水位识别需求。为此,本文提出一种融合改进YOLOv5与卡尔曼滤波原理的无水尺水位智能检测技术:①引入YOLOv5对水位线(水岸分界线)进行检测,并利用线性拟合方法获得实际水位线;②针对水位线在延伸方向无限大而在其法向无限小特点,提出强化中尺度特征的多层级特征融合方法改进原YOLOv5算法;③利用卡尔曼滤波引入水位历史信息作为先验知识,提高本技术对复杂恶劣环境的泛化性能;④将图像中事先标定的固定的标志物加入到深度学习网络中训练,根据标志位真实尺寸解算实际水位高程,实现无水尺检测方案。相关试验和实践表明,改进的YOLOv5更加轻量化;本文所述水位智能检测技术斜率准确性为97.3%,较原算法提高了2.4%;截距准确性为99.3%,较原算法提高了0.5%;在夜晚、雾霾、雨天、雪天、漂浮物遮挡及阴影等复杂恶劣环境下可以自动、准确识别出水位高程,误差小于0.1 m。