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关键词： 智能交通系统   车辆移动状态检测   对称三轴微震传感器  

摘要： 交通数据采集是构建智能交通系统的基础,车辆检测技术作为交通数据采集的重要组成部分,通过车辆检测技术可以快速精准的获得交通参数,为智能交通系统提供所需要的基础数据源,从而实现交通管理部门的智能化管控。本论文首次将对称三轴微震传感器技术应用到车辆运动状态检测中来,可以对现有车辆检测器进行补充,为车辆检测技术提供了新的思路和方法。对称三轴微震传感器技术区别于现有的线圈、雷达、激光、磁阻、视频等常见的车辆检测手段,具有灵敏度好、精度高等优点,本文研究内容如下:首先,对常见车辆检测技术的原理进行介绍,分析了常见检测技术的研究现状。重点介绍了微震技术的特点,并对微震传感器的工作原理进行简要的概述。其次,结合车辆震动信号的特点,建立了三轴微震传感器技术的车辆检验的相关算法:对于车辆存在检测,本文采用了改进的自适应阈值算法,提高了算法的适用性;对于车辆行驶方向的检测,提出了峰值时间节点排序算法;对于车辆速度检测,提出了双节点峰值测速算法。最后,通过试验对算法进行了验证。结果表明,车辆存在检验的算法平均正确率为97.5%以上,车辆方向检测算法的正确率为100%,车辆速度检测的算法平均误差约为±1.75km/h,说明本文提出的算法可行。

关键词： Arduino技术   自动检测   模块化编程   一体化教学  

摘要： 传感器与自动检测技术这门课程是工科学生的必修之课,特别对电气自动化专业、机械制造及其自动化专业、电子技术专业、物联网专业、工业机器人专业等,是非常重要的课程。但目前广东省粤东高级技工学校这门课程主要是以理论课的形式上课,在教学效果上出现理论与实践脱节,学生上课兴趣持续下降,不能满足现代企业对这类人才的需求。根据几年来的课程探索与改进,将Arduino技术引进传感器与检测技术的课程,变理论课为一体化课程,以项目实施的方法进行课程改革。让学生真正了解各类传感器,并能通过编程调试、监测传感器将非电量转换为电量并对其进行处理控制的过程。

关键词： 加速度传感器   跌倒检测   模式识别  

摘要： 当前我国老年人口不断增多,已经进入老龄化社会,关注老年人生活品质和身心健康的问题日益突出。根据相关数据分析显示,老年人伤亡最主要的原因为发生跌倒行为。采取积极有效的手段保证老年人发生跌倒行为时,能够获得及时有效的援助显得尤为重要。本论文主要研究内容为设计一款高性能、高准确率的跌倒救助系统装置。其中以可穿戴设备技术为基础,根据加速度传感器输出的原始数据,进行人体运动的姿态解析。为了提高跌倒检测算法判定的准确性,基于模式识别的跌倒检测算法基础上进行了算法改进。系统的总体方案设计包括了硬件部分和软件部分,论文中就着两个部分做出了详细介绍。利用加速度传感器采集人体运动的原始三轴加速度信号和三轴角速度信号,对原始数据信号进行预处理,再进行姿态解析。人体常见的行为运动可以分为正常行为运动、剧烈行为运动、跌倒行为运动三大类。本论文主要研究内容将跌倒行为运动从这三种行为运动中区分出来,为了提高跌倒检测算法的精准性,选取三个特征值:三轴加速度的峰值(RA)、三轴加速度变化的幅度(RS)、能量值(E),由这三个特征值构成特征向量,通过大量数据样本的训练,得到不同行为运动对应的行为空间,进行运动姿态的区分。本论文设计的跌倒检测系统装置主要功能如下,由加速度传感器的测量值,利用相应的算法分析出老年人的身体姿态,当出现跌倒状态时,能够触发微控制器进行预跌倒处理。考虑到老年人跌倒不严重可自行处理和跌倒装置误判的情况,在触发微控制器预跌倒处理后,该跌倒救助装置先向周围环境发出语音求救信号,老年人可根据自身身体状况选择是否进行报警,当老年人无法控制自己行为时,跌倒救助装置自动实施报警。实施报警后,跌倒救助装置将老年人跌倒的空间定位信息发送到事先设置的亲属手机上,保证能够及时获得有效的救助。

ISBN: (纸本)9787040512434

关键词： 卫星结构微角振动   磁流体动力学   微角振动传感器   测量系统   地面实验验证  

摘要： 卫星结构微角振动限制了高精度卫星指向精度和姿态控制稳定性,因此有必要对其进行在轨测量,以获取微角振动特性并做主动补偿等处理。为准确测量卫星结构微角振动,本文在对比国内外使用的几种测量方法后,提出了基于磁流体动力学(MHD)微角振动传感器的卫星结构微角振动测量方法,设计了基于此种测量方法的卫星结构微角振动测量系统,并针对由动量轮引起的有效载荷微角振动特性,应用实验室已有资源进行了实验验证。具体工作如下:首先,介绍了卫星结构微角振动原因、特点及影响,并对国内外卫星微角振动测量的发展及主要方法进行分析,最终设计了使用MHD微角振动传感器作为敏感元件测量卫星结构微角振动的方法。然后,对基于MHD微角振动传感器的卫星结构微角振动测量系统的总体设计方案以及硬件软件具体设计进行了阐述。针对测量系统在太空环境中可能遇到的各种不稳定因素,对MHD微角振动传感器的安装固连、信号的传输过程、系统器件的针对性选型、容错方法和信号处理算法等方面做了创新性设计,并对信号处理算法进行仿真。以上工作保证了系统对微角振动测量的准确性和可靠性。最后,根据上述设计,对实验系统各部分器件进行选型,对实验平台进行搭建,并应用实验室已有资源进行地面实验验证,实验内容包括单频模拟实验和混频模拟实验。实验结果表明:实验系统能够获取相对误差小于0.2%的微角振动频率信息和相对误差小于10%的微角振动幅值信息,能够获取有效载荷微角振动特性。本文研究内容可为卫星有效载荷微角振动的补偿和卫星姿态控制稳定性的提高提供数据参考。

ISBN: (纸本)9787030594419

关键词： 漏磁检测   TMR传感器   检测灵敏度  

摘要： 无损检测技术作为当代的一门重要检测技术,可以对不同材料表面以及近表面进行检测,判断材料是否存在缺陷,并且能够准确的定位出缺陷的位置以及得到缺陷的形状大小等参数,在许多领域都扮演着极其重要的角色,尤其是在重工业中。漏磁检测技术作为无损检测技术的一种重要检测方式,应用十分广泛。在漏磁检测领域中,对于缺陷的定量分析一直是热门话题,为了提高检测灵敏度,更好的完成定量分析,本文选择隧道磁阻(Tunnel Magneto Resistance,TMR)传感器来完成漏磁信号的采集。TMR传感器具有高灵敏度、低功耗等特点,对微弱的磁场变化同样能够具有较好的输出曲线,随后通过数字滤波的方式对采集到的信号进行预处理,分析漏磁场水平分量Bx与垂直分量By的空间分布规律,提取两者的Bx分量峰值与By分量的峰峰值作为特征量。在Comsol软件下建立相应的缺陷模型,分析不同几何尺寸下缺陷的漏磁场水平分量Bx和垂直分量By的特征,并分析这两者与缺陷几何尺寸的量化关系。同时研究了提离值与漏磁场分量的影响,而在实际检测中检测探头与被测试件表面总会存在一定距离,本文通过构造圆孔形周期结构,使探测点的磁场进行耦合,增强探测点的磁场信号。通过仿真结果分析可以发现,当提离值达到3mm时,会产生一个磁场强度最大值,并且当所构造的周期结构半径达到5mm时,磁场强度达到最大,将此结构运用到实际的检测探头的设计中,将会大大提高检测灵敏度。最后通过本文中的漏磁检测装置对金属试件进行检测,并进行定性、定量分析,对缺陷的几何特征与漏磁场分量之间的关系曲线进行拟合,实验结果证明了仿真模型和结果分析的准确性。

关键词： 图像处理   ROI提取   图像二值化   边缘检测   电梯门安全检测  

摘要： 随着社会经济不断发展,现代化高层建筑不断涌现,电梯作为高层建筑不可或缺的运输工具,保有量与增长速度也随之剧增。虽然电梯技术日益成熟,但是近年来因电梯事故造成的伤人事件屡见不鲜,其中电梯门区域事故所占比例超过八成,反映出传统电梯门安全检测技术存在一定的缺陷。为弥补传统电梯门安全检测方式如光幕与安全触板灵敏度不足、存在检测盲区、不具备预判性等方面的不足,进一步提高电梯门安全检测的可靠性与准确性,开展了基于图像处理技术的电梯门安全检测技术的研究。首先围绕准确提取电梯门感兴趣区域(Region Of Interest,ROI)展开研究,针对传统Otsu法对灰度直方图呈单峰或近似单峰的二值化效果不佳的不足,以及各种改进的Otsu法对电梯门图像二值化不理想的现状,结合电梯门灰度直方图的特征,在传统Otsu法的基础上提出了一种基于波谷混合加权因子的Otsu改进方法。改进的方法在二值化图像的过程中同时考虑了目标区域的图像熵与阈值邻域的频率信息大小,使得Otsu法的最佳阈值处于灰度直方图的波谷附近且分割出的目标区域更接近电梯门ROI,同时结合电梯门像素灰度值与分布特征,通过推理证明缩小了算法的遍历范围,提高了算法的运行效率。改进的算法相比于传统Otsu法和其他强调波谷和波谷邻域的算法在电梯门图像的分割结果中,目标区域图像熵减小了0.08至0.68,运算效率在同等仿真环境下较其他强调波谷与波谷邻域的算法提高了2至6倍。最后在二值化后的图像中利用连通区域标记法与最小外接距的方法,准确地提取了电梯门ROI。为进一步在提取出的ROI中实现障碍物检测、电梯门异常识别等功能,需要对电梯门边缘进行检测,并提取出最有效的判定边缘。提出了一种基于改进Canny算子的电梯门边缘检测算法,算法利用基于邻域亮度相似度改进的双边滤波器平滑去噪;利用改进的八方向一阶5×5梯度模板计算梯度幅值,规定了新的非最大抑制规则细化边缘,利用基于梯度方向的梯度增强方法对图像梯度增强,最后利用Otsu法自适应地选取高低阈值。改进算法相比其他改进算法保留了更多边缘信息,梯度幅值计算更精确且大幅提高了抗噪性,选取阈值时结合了电梯门边缘梯度方向特征,使得阈值选取更合理。实验结果与数据表明,本文改进的算法在电梯门图像边缘检测的结果中都优于其他改进的Canny算子,同时边缘的连通性提高了57%-71%。最后设定判定规则,利用无障碍物时的判定边缘与存在障碍物时的判定边缘之间中心距离与中心位置关系准确地识别出障碍物与其位置。

关键词： 高频电压激励   简化虚拟传感器   检测技术   双重凸极性SPMSM  

摘要： 随着“中国制造2025”战略的推进,我国对工业自动化的要求越来越高,工业机器人作为衡量工业自动化水平的主要标准,备受世界各国青睐。近年来,随着3C电子等行业的崛起,衍生出一种新型的轻负载、小型化、模块化的人机协作机器人。为了逐步实现其关节模组的高度集成,缩小体积、降低成本,其伺服系统虚拟传感器反馈控制技术是最核心的技术之一。在此背景下,本文以自主设计的双重凸极性表贴式永磁同步电机(SPMSM)为研究载体,通过简化的虚拟传感器检测技术实现其高精度运行效果。并利用SIMULINK仿真分析模型证明该方案的可行性和优势。主要工作如下:(1)首先对协作机器人关节中采用的永磁同步电机(PMSM)的结构特点以及优缺点进行详细的研究,全面分析了 PMSM在各坐标系中的模型方程以及矢量控制技术,并详细推导了空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)的实现算法。为证明本文设计方案的可行性奠定了坚实的理论基础。(2)考虑到SPMSM在高频激励时的饱和凸极性比较小,在此基础上提出双重凸极性SPMSM的设计方案,使其同时具有饱和凸极性与结构凸极性。利用MAXWELL进行双重凸极性SPMSM的本体设计。在高频激励情况下,对传统SPMSM和双重凸极性SPMSM的磁链分布进行对比分析并详细分析了高频激励频率、幅值以及改进电机时采用的金属闭合线圈半径、材料对其凸极性的影响。最后分析了上述四个因素对电机损耗的影响,综合分析以上结果选择最佳方案。(3)基于设计的双重凸极性SPMSM,提出双重凸极性SPMSM高频等效模型并证明了构造双重凸极性的重要性。另外,考虑到新型电机采用传统高频脉振电压激励法会产生转矩脉动,提出新的高频电压激励法和简化的虚拟传感器检测技术,取消了带通滤波器,缩小了信号延迟,提高了响应速度和估算精度。(4)针对提出的基于高频电压激励及简化虚拟传感器检测技术的双重凸极性SPMSM控制方案,通过MATLAB/SIMULINK仿真结果证明了该方案的优越性。

关键词： 无损检测   微带天线   金属裂纹   谐振频率   无线无源传感  

摘要： 针对飞行器修补片结构的裂纹检测,在本文中提出了一种用于检测金属裂纹的微带天线传感器,传感器由耐高温、耐腐蚀、强硬度的氧化铝陶瓷和金属银浆料制作而成,因此该传感器可以应用到高腐蚀、高旋转、高载荷的恶劣环境下。传感器克服了传统无损检测技术的一些弊端,可以对金属裂纹在线实时跟踪检测。传感器不仅能够对裂纹的宽度进行精确的检测还可以判断金属裂纹扩展的方向,同时还能够检测到亚毫米的裂纹。在本文中基于微带天线结构设计了两款不同测试方式的传感器,其中设计的无线无源传感器具有小型、无线、快速、自激等优点,完全与未来智能传感和新型的无损检测技术相契合。本文的研究工作可以概括为:(1)对传统的金属裂纹无损检测技术的研究和总结,本文提出了一种新型的金属裂纹无损检测技术。(2)研究了微带天线结构组成,通过对微带天线传感器的辐射机理和传输方式的分析得出了传感器谐振频率和结构尺寸的计算公式,总结概括了微带天线传感器的馈电类型,最后提出了微带天线传感器的敏感机理。(3)设计了一款微带天线有线传感器,采用高频仿真软件HFSS对传感器的结构进行了仿真优化设计,对传感器的制作材料进行了深入研究,确定选用氧化铝陶瓷和金属银浆料作为传感器的制作材料,采用厚膜技术和丝网印刷工艺制作了传感器,搭建了有线传感器测试金属裂纹的平台,对传感器检测金属裂纹的能力进行了测试。(4)阐述了无线无源传感器测试金属裂纹的原理,搭建无线测试平台,从传感器辐射贴片的三个方向对传感器检测金属裂缝的能力进行了验证。