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关键词： 布里渊散射   分布式光纤传感   偏振噪声   数字鉴频器  

摘要： 基于受激布里渊散射(SBS)的分布式光纤温度、应力传感系统,通过光纤传输光信号来同时获取温度或应力随时间和空间变化的连续分布式信息。由于光纤本身优良特性适合在易燃、易爆及强电磁干扰等恶劣环境下使用,在大型建筑灾难预警和长距离油气管线安全监控等领域有广泛的需求。布里渊光纤传感领域的研究热点之一就是提升布里渊时域分析技术(BOTDA)的性能指标:空间分辨率、频率精度、测量距离和测量时间。一方面,本课题着眼于双光源分布式BOTDA传感系统,对光源频率跟踪技术进行深入研究和评估,探索实现双光源的差频提取技术,采用AD9901芯片作为数字鉴频器模块核心,验证该芯片的鉴频和鉴相状态的切换,搭建双光源频差提取实验系统测试并实现了1OOMHz带宽的光信号鉴频。另一方面,消除偏振噪声提升信噪比是有效提升BOTDA传感系统性能的关键,本课题对已有技术和偏振噪声产生机理进行深入研究和分析,实验验证传统BOTDA系统的偏振衰落现象以及消除偏振噪声的偏振开关技术,并提出新的基于三频探测光和正交泵浦脉冲对的偏振补偿技术,对该实验方案的偏振补偿效果和温度传感性能进行验证,本课题实现了长距离、不增加额外测量时间和不降低传感性能的偏振补偿的分布式布里渊光纤传感系统。

关键词： 巨磁阻抗   磁传感器   偏置磁场   非晶丝   自平衡技术   传感器电路  

摘要： 巨磁阻抗(Giant Magneto-Impedance,GMI)效应指的是在较高频率交变电流的激励下软磁材料的交流阻抗(或交流电压)随着外部施加磁场的改变而显著变化的现象。基于GMI效应的磁传感器(GMI磁传感器)具有灵敏度高、响应速度快、体积小、功耗低等特点,因而在远距离目标探测和脑磁信号检测领域具有广泛的应用前景。然而,在非磁屏蔽条件下,GMI磁传感器的应用却面临着许多新的挑战。本文以采用钴基非晶丝为敏感元件的GMI磁传感器技术为研究重点,对钴基非晶丝的GMI特性、GMI磁传感器的探头结构、GMI磁传感器的电路结构、偏置磁场自平衡技术以及GMI磁传感器的实现电路进行了系统的研究。主要研究内容如下:研究了钴基非晶丝GMI效应的产生机理和理论模型,建立了钴基非晶丝GMI特性简易测试系统,并通过实验优化了钴基非晶丝长度、驱动电流幅值和频率等影响GMI特性的参数以及非晶丝与电路的连接方式。根据钴基非晶丝GMI效应的产生机理和理论模型,分析了钴基非晶丝长度、驱动电流幅值和频率对GMI特性的影响规律,并指出非晶丝的化学成分、制备方法以及调制处理方法都会影响钴基非晶丝的GMI特性。在这种情况下,采用实验方法确定了钴基非晶丝长度、驱动电流幅值和频率等影响GMI特性的参数。通过实验发现钴基非晶丝与电路的连接方式对GMI特性有重要影响,确定了采用导电银胶粘接实现非晶丝与电路互联的方式。提出了基于自平衡偏置磁场和差分锁定放大电路的GMI磁传感器结构方案,并详细分析了该GMI磁传感器的工作原理,在此基础上提出了基于串行布局非晶丝和偏置磁场自平衡功能部件的一体化梯度式非晶丝探头设计与实现技术。钴基非晶丝的GMI特性曲线在零磁场附近呈现单极性,需要提供偏置磁场来确定GMI磁传感器的静态工作点;由于地磁场的存在,GMI磁传感器的输出随着探头的检测方向或地理位置变化而改变,影响GMI磁传感器的输出稳定性;远距离铁磁目标、脑磁信号产生的磁异常信号比较微弱,地磁噪声、空间电磁噪声等背景噪声很容易将其淹没,而且环境温度的变化也会影响GMI特性,降低GMI磁传感器的输出准确性。针对上述问题,提出了基于自平衡偏置磁场和差分锁定放大电路的梯度式GMI磁传感器结构方案,设计了基于串行布局非晶丝和偏置磁场自平衡功能部件的一体化梯度式非晶丝探头结构。提出了偏置磁场自平衡技术,不仅为非晶丝样品提供了偏置磁场而且消除了探头检测方向或地理位置变化对GMI磁传感器输出的影响。地磁场是各向异性的矢量场,不同方向或不同地理位置的地磁场强度是不同的。在非磁屏蔽条件下,GMI磁传感器探头的检测方向或地理位置变化会引起沿探头检测方向的地磁场矢量分量变化,它叠加在被测磁场上共同导致GMI磁传感器的输出变化,而且很难从GMI磁传感器的输出结果中区分是由探头检测方向或地理位置变化引起的还是由被测磁场引起的。在这种情况下,提出了偏置磁场自平衡技术。它将地磁场矢量分量的变化量看作叠加在偏置磁场上的干扰信号,而不是叠加在被测磁场上,通过反馈控制原理消除干扰信号对偏置磁场的影响,使偏置磁场始终保持在最初设定值。提出了GMI磁传感器电路优化设计方法,并设计和制作了GMI磁传感器的实现电路,以提高GMI磁传感器的检测性能。开发高性能的GMI磁传感器,仅仅考虑选择高性能的GMI敏感材料、改进敏感材料的几何参数、测量参数以及改变敏感材料的布局是不够的,还必须优化GMI磁传感器电路的设计。结合GMI磁传感器的总体设计方案,对GMI磁传感器电路的各个功能模块进行深入研究,在比较不同电路和优化电路参数的基础上,通过实验选择性能优异的电路结构,并在布线工艺上考虑阻抗匹配以及电磁兼容等问题,以降低整体电路的噪声水平。仿真和实验结果证实了本文提出的理论方法和技术手段的可行性和有效性,对研发更高性能的GMI磁传感器具有重要的参考价值和指导意义。

关键词： 传感器技术   自动化控制   应用探究  

摘要： 在当今社会下,为了促进工业的发展,高新技术产业得到了广泛的发展,比如传感器在机电自动化控制中的应用.有人形象的将传感器技术比作人体的器官,可见它的作用是多么突出.如果传感器技术一旦使用失败,那么就会给机电自动化控制中的信息材料的采集传递等等造成一系列的问题,那么,机电自动化控制工作的进行就会遇到阻碍.此技术对于机电行业的发展作出了巨大的贡献,起到了推动作用,因此,促进传感器技术的创新应用可是说是非常重要,刻不容缓!

关键词： 磁流体   角振动   传感器  

摘要： 磁流体动力学效应描述的是一种导电流体介质在磁场中的运动规律,其核心主要是导电流体的速度场与磁场之间发生的电磁耦合。基于磁流体动力学效应基本原理的角随机颤振传感器可以实现高精度、宽频微角振动的测量,其在高精度对地遥感、地面遥感图像数据修正、空间通信精确指向等应用中发挥着不可替代的关键作用。本文主要围绕传感器的工作原理,模型推导以及方案设计与实现进行讨论,主要研究内容如下:1、基于磁流体动力学效应(即导电流体在磁场中的流动性及电磁感应现象的耦合情况),结合液体惯性、粘度、浸润性等因素,深入研究传感器导电流体环输出的数学建模。其次,根据技术指标需求,设计传感器电磁阻尼、机械阻尼、导电流体电阻率等各项参数。2、研究高精度磁场设计方案。为取得足够检测信号,要设计出合理、均匀分布的磁场。利用Maxwell电磁有限元分析软件进行导电流体中磁场分布的计算,以验证设计方案的合理性。此外,对传感器结构进行合理优化设计,使其具有紧凑的结构、较小的尺寸、封闭的磁场和良好的密封性等。3、根据传感器模型传递函数以及传感器内部磁场强度、外形尺寸、角速度敏感量级的约束,推算传感器输出信号量级。为实现传感器高频弱电压的精确检测,深入研究电压检测电路中噪声干扰抑制技术,确保不能让电路本身的噪声干扰信号影响传感器输出信号的提取。4、结合传递函数建模分析,根据参数调整及性能指标的要求,进行了流体环设计、磁路仿真及结构参数设计和微弱信号放大回路设计等。通过大量的仿真工作和试验验证来不断调整传感器的结构参数和部件参数,并确定了传感器的最终设计参数。5、针对预期研究目标,依据关键技术参数,进而对传感器进行设计,并开展了传感器原理样机的研制,进行了相关的试验来验证理论模型和设计。

关键词： 传感器技术   机械电子行业   应用  

摘要： 从国家的机电行业发展现状入手,对传感器技术在机械电子行业中的实际应用进行了分析,希望对相关领域的发展奠定一定理论基础。

关键词： 传感器技术   机电   应用  

摘要： 科学技术在经济快速发展的背景下不断进步,机电技术也在各个行业中广泛的应用,而传感器在机电技术应用中是必不可少的部分,是信号采集的重要手段,极大地提高了信号采集的准确度。本文简单阐述传感器技术的应用,并讨论传感器技术日后发展的趋势,为传感器技术的广泛应用以及完善打下了基础。

关键词： 传感器技术   自动化控制   应用探究  

摘要： 现如今,中国的科技与经济发展迅速,而且在工业技术方面也蒸蒸日上,在此基础上,传感器技术得到了有利的发展并且已经逐渐的走进了人民群众的视线中.随着传感器的使用,它在人民的生活、工业的生产、企业的创新中以及机电自动化控制中得到广泛的应用.可以说,人民生活水平的提高以及在提高工业生产效率方面,传感器起到了不可代替的作用.本文在研究传感器技术的发展基础上,对在机电自动化控制中传感器技术的重要应用进行了进一步阐述.

关键词： 五相感应电机   矢量控制   非正弦供电   瞬时功率理论   无速度传感器  

摘要： 相比于传统的三相电机驱动系统,多相电机驱动系统因其低压大功率、高功率密度、高可靠性、多自由度的特性,在大功率场合有着良好的应用前景,如航空起动/发电系统、船舰多电推进系统、电动汽车驱动系统等。以此为背景,本文立足于五相感应电机驱动系统,针对其相关高性能驱动关键技术进行了比较深入的研究,文章的主要内容如下:首先,利用绕组函数的分析方法,对多相感应电机的时空磁动势进行计算,揭示了多相电机运行的本质,后续通过空间矢量解耦理论,推导了多相感应电机在同步速下多平面解耦控制的数学模型,阐述并分析了多相电机多自由度的原理,为后面的研究奠定了良好的理论基础。其次,为了使得五相感应驱动系统能取得高性能动静态响应,构建了基于转子磁场定向的双平面矢量控制系统,分析并设计了其各控制环的PI调节器参数。其中,详细介绍了五相感应电机双平面转子磁场定向的控制原理,在此基础上构建了整个系统的传递函数模型,并且基于采样频率、期望带宽和电机参数,精细化设计了一套良好的控制器PI参数,实验结果论证了双平面矢量控制系统良好的运行性能并揭示了双平面矢量控制的本质。然后,为了优化五相感应电机驱动系统的铁芯利用率,并提升其转矩输出,对非正弦供电控制技术进行了研究,并且分析了在非正弦供电下,上述性能改善的本质原因。阐述了传统的双平面转子磁场定向下的非正弦供电控制原理,分析并揭示了由于这种算法在负载情况下由于忽略了气隙漏感的影响,两个平面的气隙磁密会出现相位偏移,气隙合成磁场畸变的问题。并从这个问题出发,提出了改进式的非正弦供电控制方法,这种方法采用基波转子磁场定向下,三次谐波气隙磁场定向下注入三次谐波方式实现。实验结果表明,该算法实时调整三次谐波平面气隙磁场定向的位置,消除了由于气隙磁密相位角偏移导致的畸变,保证了气隙磁密在负载条件下仍为平顶波。最后,为了消除机械编码器在恶劣工况下存在故障并强化测速系统的性能,提出了在非正弦供电下,适用于五相感应电机系统的基于瞬时无功功率的混合IRP-MRAS无速度控制算法。该方法综合了 Q-MRAS以及X-MRAS的优点,其相对于传统的无速度传感器控制有着良好的低速性能,辨识范围广,并且可以四象限稳定运行,且对定子电阻变化不敏感。随后,利用Popov超稳定性理论设计了系统的自适应率,并采取小信号模型分析的方法法验证了速度辨识系统的闭环观测稳定性。最后对于提出非正弦供电下混合IRP-MRAS的速度辨识方法的有效性进行了实验验证。

ISBN: (纸本)9787121319457

关键词： 无线传感器网络   公交车辆   定位系统   路由算法  

摘要： 智能公交系统的快速发展对于解决交通问题及环境问题都具有积极的意义,是目前各大城市在发展中的主要内容之一。智能公交系统的发展依赖于车辆定位基础。以GPS为核心的车辆定位技术在智能公交的发展中扮演者重要的角色,在各个方面已经得到了全方位的应用。但是从目前车辆定位技术的实际情况来看,采用GPS技术的成本高,运用中可能因为各种因素导致信号中断等相关的问题,因此如何解决这些问题就成为智能公交系统发展中亟待解决的问题之一。论文在分析和研究中,对公交车辆定位系统进行了全面的分析和研究:首先,分析了无线传感器路由协议,并且结合智能公交车辆定位系统的特点,对基于无线传感器网络的公交车辆定位系统的路由协议进行了设计;其次,对无线传感器网络节点自动位算法进行了全面的探讨和分析,结合公交车辆定位业务的需求和特点,提出了定位的算法;最后以nRF905为射频收发芯片,将ATmega16L作为基于无线传感器公交车辆定位系统的微处理器,全面实现了对软硬件的设计和开发。无线传感器网络定位技术与传统的GPS定位系统相比,其主要的优点和特点在于运行成本低,系统维护较为简单,在未来定位领域具有广阔的市场。论文在公交车辆定位系统的设计和开发的过程中采用无线传感器网络定位技术,结合路由协议以及定位算法等相关的技术,对系统进行了全面的分析,期望通过分析和研究能够对未来智能化公交系统的发展起到一定的借鉴意义。