作者简介:吴仲城,男,1968年出生,1998年从师于博士生导师方廷健研究员,于2001年7月在中国科学院等离子体物理研究所核能科学与工程专业获得工学博士学位 摘 要 本文围绕多维力传感器的设计、信号分析和处理等相关问题进行研究,文章以三维加速度和六维力两种机器人用典型多维力传感器为研究对象,围绕传感器工作原理、信号提取和设计等几个方面展开研究工作,主要内容有: 1. 首先对目前三维加速度传感器和六维力传感器的发展现状进行了回顾,分析了目前三维加速度传感器的主要发展方向和趋势,总结了六维力传感器的主要结构形式,指出目前关于这两种多维力传感器研究重点主要是工艺实现和结构设计方面,而原理上仍然与单维力传感器基本相同。文章在绪论部分对目前多维力传感器研究中存在的一些问题进行了总结概括。 2. 第二章对一种基于E型膜片结构的三维加速度传感器进行了分析,详细给出了其结构、工艺、工作原理及信号获取方式,对这种传感器进行了理论建模,并讨论了其一些动态特性,推论得到在弹性范围内这种全桥方式传感器的输出与应变成正比。文章还分析了在忽略工艺方面的误差条件下,这种一体化三维加速度传感器结构具有解耦性,在一般精度要求并不是十分苛刻情况下无须进行信号解耦补偿。 3. 第三章针对多维力传感器设计、应用的特点,分析了传统建模方法的局限性,在理论建模和实验建模基础上提出了仿真建模的基本思想,其包括仿真实验和数据处理两大部分。在第三章对仿真建模的原理、方法和步骤进行了较为详细的论述,给出了目前应用于多维力传感器设计的一些主要仿真实验工具和信号处理工具。 4. 第四章针对第二章提出的三维加速度传感器提出了一种结构设计,完成了对E型结构一体化三维加速度传感器的静、动态仿真实验,并对其结构参数和特性参数之间的一些关系进行了分析。文章同时对仿真实验分析过程中涉及到的力学模型建立、单元网格划分、载荷和约束等问题进行了详细的论述,并分析了冲击信号和不同频率简谐信号对传感器输出的影响。 5. 第五章给出了一种新型结构的六维力传感器设计,其是由双E型膜片和十字梁构成。文章针对这种新型结构六维力传感器的Mz静态特性进行了仿真分析,得到其结构参数和传感器静态灵敏度之间的关系,并对采用双E型膜片十字梁结构所设计的一种微小型六维力传感器进行了实验研究,实验证明这种新型多维力传感器具有良好的线性,结构本身具有解耦特性。 6. 第六章从设计的角度分析了多维力传感器动态特性与力敏单元位置之间的关系,文章应用有限单元模态分析方法,结合有限元仿真实验结果,从理论上建立了多维力传感器的动态特性与敏感单元位置之间关系,指出敏感单元应变是各阶模态的线性组合,可以用低阶模态去重构传感器本身动态过程中的信息。 7. 在论文的第七章针对多维力传感器实用过程中涉及到的信号处理问题提出了一种非线性自适应滤波新算法,其是在传统的LMS算法基础上改进的一种算法,文章对这种算法进行了详细的理论推导,并采用计算机仿真实验证明这种方法的有效性。结果证明这种算法具有收敛速度快、步长的稳定区间与输入信号无关的特点,辅助步长可以根据经验直接选定。同时在这一章节中根据信号系统理论对传感器无失真传递条件进行了分析和讨论。 关键词: 多维加速度传感器,六维力传感器,模态分析,非线性自适应滤波 主浆和尾浆测试子系统 主浆和尾浆数据采集子系统采用德国的TEL-ROT-STG旋转测试系统,该系统体积小,重量轻,防水设计,易于安装,对响动和传动部件的气动、操作特性几乎没有影响,同时该系统采用遥测传输方式,抗干扰能力强,在军工及商业测试方面有较好的声誉。考虑到用户的实际需求,可根据用户的要求定制设计生产。 主浆和尾浆亦可作为单独的测量系统独立使用,灵活方便。主、尾浆的信号调理模块相同,可互为备份。该系统可根据用户的不同的测试要求扩展或减少通道数,以及根据用户不同的测试要求更换信号调理模块。 主、尾浆的数据采集及条理器直接安装转动轴上,通过无线遥测的方式将数据传输到直升机仓内的接收机,接收机输出数字PCM数据流或模拟信号进入770PCMuv喷涂工艺,统一为一路数据流发射到地面。当然,你也可直接在直升机机舱内通过计算机直接进行旋翼的数据分析。 主浆测试的应用实例: 主要指标
主浆测试子系统 主浆的测试系统由信号调理器、编码器、解码器、发送器和接收器组成。信号调理器、编码器和发送器组成一体,直接固定在飞机主浆端面上,采集传输飞行时螺旋桨的应变参数。接收器和解码器部分则放置直升机机体内。 该系统可以作为一独立系统单独进行测量,也可以与机身系统合起来使用,体积小,重量轻,安装使用灵活方便。 信号调理器 信号调理器编码器TEL64-ROT-STG-ENC提供了64个包括信号调理的STG模拟通道(根据用户要求可往上扩充),该产品体积小、加固和密封防水的特殊设计,专门用于旋转测试,可抵抗振动、冲击。单个通道的配置参数可通过RS-232接口与笔记本电脑连接进行设置。 比特率有以下几种:
应变片阻抗在全桥和半桥设置中从120Ω到1.4KΩ不等,一般的使用350Ω或更高,最多是每8个通道用4个120Ω应变片。应变片是直接焊接在电路板上。每通道有10个不同的从1到1000增益。所有传感器激励固定为+4V,4线技术(无感应线)。 输出电压为±5V,输出电流为2mA;最大输出阻抗为2Ω,37脚SubD连接头。 12位量化,各通道同时采样。 5-10V直流电池供电(如果需要可以用电池供电)。 发送器和接收器 发送接收部分采用S波段遥测发送器和分集式接收器TEL-GHz组成,它包括一个20mW传输距离为≤500m的发送器、一个发送天线、两个从2.45GHz到21MHz的向下变频器和两个接收机和接收天线、1个分集单元及连接电缆组成,其最大数据传输率为1.28Mbit/s(80kS/s)。发送器的发送功率包括从编码器到接收机解码器,载频为2.45GHz。必要时,请确认S波段在商业和工业上是否是空闲的。 发送器与信号调理器和编码器组成一个机架固定在螺旋桨的旋转轴上,接收部分则装在机舱中。接收机输出为数字PCM数据流或模拟电压信号,它可输入到770PCM或直接用计算机做数据分析。 尾浆测试子系统 尾浆的测试系统也是由信号调理器、编码器、解码器、发送器和接收器组成。特别是很强的抗冲击和抗振功能,整个机械结构分为两部分固定在轴上。解码器部分则放置直升机机体内。 该系统可以作为一独立系统单独进行测量,也可以与机身系统合起来使用,体积小,重量轻,运用灵活方便。 信号调理器 信号调理器采用KMT公司的TEL-ROT-STG-2,它提供了24个STG调理模拟通道,分为两部分安装在转动轴上,体积小、加固和防水特殊设计,专门用于旋转轴测试,可抵抗振动和冲击。根据用户要求机械结构分成两部分,便于安装。单个通道的配置参数可通过RS-232接口与笔记本电脑连接进行设置。比特率有以下几种:
在全桥和半桥设置中,应变片阻抗从120Ω到1.4KΩ不等,一般的使用350Ω或更高,最多是每8个通道用4个120Ω应变片。应变片是直接焊接在电路板上。每通道10个不同的1到1000增益。 所有传感器激励固定为+4V,4线技术(无感应线)。 输出电压为±5V,输出电流为2mA;最大输出阻抗为2Ω,37脚SubD连接头。 12位量化,各通道同时采样。 5-10V直流供电输入(采用TEL-IND-POWER感应供电)。 发送器和接收器 发送接收部分采用了适用于短距离的TEL-SHORT,它包括一个发送器、一个灵活发送天线、一个接收器、一个接收天线和连接电缆组成。最大数据传输率为640kbit/s(40kS/s)。发送器与信号调理器和编码器组成一个机架固定在旋转轴上,接收机则放置在机舱内。接收机输出为数字PCM数据流或模拟电压信号,它可融入770PCM或直接用计算机分析。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
本文发布于:2024-09-24 06:22:04,感谢您对本站的认可!
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