基于FPGA的多节点无线振动传感器网络的研究

为了实现在军工业、农业、医疗和交通中的远程监控功能,本文设计了基于FPGA的多节点无线振动传感器网络。本系统是在FPGA基础上对SOPC进行软硬件设计,通过FPGA对多个Zig Bee网络节点进行数据采集与控制,能够使振动传感器的数据传输到上位机。经试验验证,本系统的测量精度高、灵敏度线性度好,具有广阔的应用前景。     

微机械加工石英角速率传感器

石英音叉振荡器式角速率传感器基于柯里奥利效应。柯氏效应所产生的力将音叉（结构元件）的振动线性运动变成为拒，这力短调制振荡频率，经解调，产生一个正比于输入角速率的直流电压。本传感器用微机械加工制成，长期稳定性好，加工精度很高。其MTBF长达100000小时．也很便宜，有着广泛应用——测试、控制和导航。文中给出结构、电路及应用例，同时给出设计中应考虑的问题。     

提高振动测量系统可靠性方法研究

针对振动测量系统薄弱环节,从传感器、测量电缆两方面着手,分析了导致传感器灵敏度变化的原因。建立了测量电缆数学模型,提出了可靠性检测相关方法。试车验证了该方法的有效性。     

用于微振动测量的高精度加速度传感器标定方法

微振动试验中所用的加速度传感器简称高精度加速度传感器,其相比于常规加速度传感器测量量级很低,可以达到10-5g量级甚至更低,用常规的加速度动态标定技术无法实现该量级水平的标定,也无从验证其测量精度的准确性。针对高精度加速度传感器测试精度的标定难题,文章提出在气浮台上设置比对梁的方法,通过激光测振仪和高精度加速度传感器对同一测点进行测量,并将两者的测量结果进行比对分析,以标定高精度加速度传感器的低量级测试精度。同时设计试验对手头现有的微振动加速度传感器进行标定以验证该方法的有效性,试验结果表明:利用激光测振仪标定现有高精度加速度传感器得到的比对结果符合预期;高精度加速度传感器测得的时域波形及频域波形与激光测振仪测得的基本一致,比对偏差在10%左右,满足标定方法要求。     

高精度电容式微振动传感器的设计与实现

提出一种用于微振动测量且可抗大冲击高过载的高精度振动传感器,其差分敏感电容由金属簧片和上下两块陶瓷极板组成,敏感质量块直接由金属簧片的外环区域构成。金属簧片的弹性悬臂采用新型的弧形设计,以提高灵敏度。敏感质量块上设计有多列交错均布的阻尼孔,以获得良好的频响特性。给出适合于该类型高精度传感器设计的参数计算模型和符合型号需求的设计参数。提出的设计方法可推广至各类电容式传感器和MEMS器件的优化设计。     

MHD角振动传感器标度因数温度系数分析及补偿

MHD角振动传感器标度因数与内部磁场强度、流体运动响应状态、电流互感器结构等直接相关。通过对MHD角振动传感器永磁磁路、流体感应电势、线圈放大特性三方面温度特性的分析或测试,提出各环节温度系数控制措施,完成-0.32%/℃的负温度系数特性的敏感核心设计,并在工作电路中基于铂电阻设计量值可达0.36%/℃的正温度系数的补偿环节。经实际测量,研制的MHD角振动传感器标度因数温度系数达到0.2%S.F./℃,优于国外产品水平。     

水击压力传感器现场校准方法研究

介绍了发动机试验水击压力测量的重要性,水击压力传感器进行现场校准方法研究的必要性.通过分析水击压力产生机理、水击压力传感器测量原理,以及对国内外动态校准系统比较分析,设计了水击压力传感器现场校准系统,提出水击压力传感器现场校准装置设计指标、工作方式,校准装置设计难点,同时介绍了现场校准系统的关键技术.并重点论述了水击压力传感器现场校准方法,对水击压力传感器现场试验数据和发动机试验数据进行了比对,分析了水击压力现场校准装置的设计可行性.最后利用校准装置进行了水击压力传感器现场校准试验,对现场校准数据进行计算分析,得到水击压力传感器灵敏度系数、系统校准曲线和上升时间等.还针对试验中水击压力测量干扰信号提出了抗干扰措施.     

不同材料安装底座对冲击传感器灵敏度影响试验研究

传感器在航天器上螺接安装时需增加安装底座。针对聚酰亚胺等非金属材料安装底座可能存在降低冲击传感器安装谐振频率从而引起传感器灵敏度误差的问题设计铝合金材料安装底座,并分别进行冲击传感器不带安装底座、带聚酰亚胺安装底座和带铝合金安装底座3种情况下的灵敏度检定试验,以验证不同安装方式对冲击传感器灵敏度的影响。试验结果表明,安装底座由聚酰亚胺更改为铝合金材料后可有效提高传感器与安装底座组合体的固有频率,且引起的传感器灵敏度误差在±5%以内,远低于使用聚酰亚胺安装底座的情况,能够满足实际测量需求。     

航天器介质充电效应模拟试验中的非接触式电位转接测量技术

航天器充放电效应地面模拟试验中需要测量的一个重要参数是介质的充电电位。文章基于介质充电电位的非接触式转接测量技术,分析了测量中引起误差的各个因素,讨论了减小测量误差和提高转接测量分辨率的方法,并进行试验验证。据此设计了一套介质电位非接触式转接测量系统,其测量分辨率达到10 V以下,且由电荷泄漏引起的测量误差1%,能够满足航天器介质充电电位的测量要求。     

一种卫星微角振动高精度测量方法

卫星微振动引发的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。为准确测量卫星结构微角振动,文章在对比不同的测量方法后,提出了一种基于磁流体动力学(Magnetohydrodynamics,MHD)微角振动传感器的卫星结构微角振动高精度测量方法,并针对由动量轮引起的有效载荷微角振动的特性,进行了仿真和试验验证。试验结果表明,其测量精度满足现阶段卫星控制的要求。此方法能为卫星扰动源的定位及卫星的主动减振反馈提供依据。     

一种新型微谐振陀螺及其灵敏度改进型(英文)

设计的新型微机械陀螺采用了谐振敏感原理,其具有直接准数字式频率输出、高灵敏度、结构设计灵活、自解耦等优点。由于灵敏度是谐振式陀螺的一个重要指标且对其他指标有重要影响,本文重点对其进行优化设计。从仿真结果可以看出,在保证其他性能的前提下,起始结构方案、改进结构方案1、改进结构方案2和最终方案的灵敏度值分别为0.080、0.210、0.341和0.5447Hz/(°/s)。通过对比可得,每次改进过程,灵敏度都有较大提高。经分析,驱动方向上DETF的振幅减到外质量块振幅的1.16×10-4。测量范围为±300°/s,在测量范围内,线性度为6.41×10-7。     

基于弹性体模型的微机械陀螺检测电容解析方法

以体微机械加工技术制备的音叉式振动型微机械陀螺为研究对象，以提高其检测电容的解析精度为目的，利用多自由度动态有限元解析理论，首次提出了基于弹性体模型的检测电容解析法。实现了考虑制备工艺、加工手段等引起的微陀螺结构缺陷造成的性能、品质变异仿真，以及面向微陀螺最终输出性能——检测电容的动力学特性与检测特性的分析。此方法基本解决了刚体结构微机械陀螺简化模型的低精度缺陷问题，为实现其多物理场工作环境的表征、结构拓扑形态的设计、复杂动态性能的仿真等工程化目标提供了可能。     

太阳电池阵布局对微小卫星结构特性影响

通过对比某型号微小卫星两种体装式太阳电池阵布局及连接方式,从结构响应灵敏度的角度分析了结构的阻尼对整星顶板太阳敏感器测点加速度响应的影响程度。同时对两种方案整星的正弦振动试验结果对比分析,结果显示:减少侧板固定连接点且增加电池片数量的方案使其顶板部分测点响应超出了设备试验条件,且比初始设计方案测点的响应高出了27.1%,纵向和横向一阶频率均有不同程度的降低。因此,从结构特性的角度来看,初始设计方案更为合理。     

振动测量误差影响因素分析

讨论了振动测量系统产生误差的来源,主要分析了瞬变温度对振动传感器的影响和现有校准方式产生的误差对振动测量的影响,提出了减小误差的方法.此方法能提高振动测量的可靠性和测量准确性.     

基于LSTM-ResNet模型的时变结构损伤检测

面向火箭结构健康监测，提出了一种基于深度学习的损伤检测方法，直接将多个通道的振动数据作为输入，并基于由长短时记忆网络LSTM（Long Short-Term Memory Networks）和残差卷积神经网络ResNet（Residual Convolutional Neural Networks）组合而成的LSTM-ResNet网络进行损伤识别。其优点在于，首先利用LSTM提取信号的时间依赖特征，减轻了由某些通道信号缺失带来的影响，再利用ResNet在不损耗特征的情况下进一步提取空间特征，提高了训练效率和损伤辨识准确性。通过充液圆筒振动放水实验模拟火箭飞行状态下的燃料消耗，并基于自主构建的数据集和公用数据集对LSTM-ResNet、LSTM、ResNet以及ResNet-LSTM网络进行了训练，训练结果表明，LSTM-ResNet组合网络无论在传感器是否存在故障的情况下都具有更好的性能，损伤检测精度更高。     

基于人工智能方法的传感器故障诊断技术

在液体火箭发动机地面试验过程中,传感器的失效率远高于发动机部件、组件的故障率,因而提出了采用基于人工智能的方法对传感器的故障进行检测与诊断.本文对基于人工智能方法用于传感器故障检测与诊断的特点进行了分析,并分别应用BP神经网络和自适应神经模糊推理系统（ANFIS）对某次传感器的故障进行检测.结果证明基于人工智能的方法稳定可靠,具有良好的工程应用前景.     

随机振动试验和噪声试验的有效性分析

文章首先从频率范围、输入能量、振动模态和传递路径等四个方面对随机振动试验和噪声试验的差异进行了详细分析;之后从内声场和结构传递振动两方面对组件级试验的有效性进行初步评估,着重讨论组件级振动试验项目的优化选择方法;通过综合考虑,对航天器系统级振动试验项目的选择提出了合理建议。     

基于时频域分析的轮控航天器姿态控制规律参数整定

研究了轮控航天器姿态控制规律的设计与参数整定问题。采用xyz转序欧拉角描述航天器姿态,建立了航天器动力学及运动学方程,并设计了非线性解耦控制律,使得各回路可独立设计PID控制器。以滚动回路为例,分析了PD控制参数与系统带宽、截止频率、相位裕度等多项频域指标的关系,从而设计有效的稳态控制器以应对挠性结构振动和系统时延等;接着根据姿态控制特性给出了积分参数选取及积分饱和处理策略;同时为快速完成姿态机动,结合时间最优控制特性分析了控制参数与机动角度的关系;此外,执行机构效率和系统干扰力矩等因素也被用于控制参数域的整定。最后利用整定策略设计了某型卫星的姿态控制器,并通过频域分析和数学仿真检验了该方法的有效性和实用性。     

热屏等温型热流计仿真模型分析

文章建立了热屏等温型热流计的简化仿真模型,对此模型进行稳态和瞬态模拟标定,并与近似理论分析结果进行比较,验证了仿真模型的正确性。计算了敏感片背面发射率不同时的静态灵敏度和温度瞬态响应特性,结果表明,敏感片背面发射率高时,瞬态响应速度快,静态灵敏度低;在选择敏感片背面发射率时,要综合考虑静态灵敏度和瞬态响应速度。文章建立的热流计仿真模型可以提供热流计分析平台,为设计和优化热流计提供参考。     

液体火箭推进系统频率特性的灵敏度分析

针对液体火箭飞行过程中POGO振动对火箭系统的不利影响,建立了液体火箭推进系统动力学模型,以区间数学为理论基础,对推进系统频率特性进行灵敏度分析,得到了推进系统的流体惯性、阻力和刚度参数对推进系统频率特性的影响规律。研究结果表明：液体火箭推进系统振动频率对流体惯性参数的敏感程度比流体阻力参数和流体刚度参数明显大,泵前短管流体惯性的变化对推进系统振动频率的影响最大,补偿管路流体刚度的变化对推进系统振动频率的影响最小。为合理设计推进系统的动力学参数,降低推进系统的振动频率,抑制 POGO 振动的发生提供理论依据。