振动传感器的低频校准

本文介绍了为校准低频振动传感器而研制的低频振动标准装置。从装置的工作原理、组成、技术指标和校准方法到装置所采用的先进技术以及系统的测试和精度分析等方面都作了较详细的论述,从理论到实践初步解决了振动传感器的低频校准问题。     

利用调频信号实现低频振动传感器的快速校准

为了充分提高超低频振动校准系统的实用性,针对低频传感器校准的需要和该系统的特点,提出了利用调频正弦波作为激励信号,只需要一次测量即可实现对低频振动传感器的校准,校准时间由几十分钟缩短到几分钟甚至1min之内,校准效率大大提高.为了避免由于系统幅频特性不理想而在较高频段对传感器校准精度不高的缺点,提出了利用系统的动态频率特性和线性调频波时频域相关的特性,设计相应的数字补偿滤波器实现对信号源的瞬时补偿,从而实现振动台的线性调频振动.实验结果表明,振动台能够输出较补偿前更为理想的线性调频波,校准结果也更接近绝对校准,且重复性好,同时满足了校准效率和精度的要求.      

便携式现场低频振动校准装置

针对大型结构的谐振频率低,用于其模态测试的振动通道多,系统复杂的特点,系统介绍了一种频率范围为(0.1～20)Hz、可用于现场低频振动测试系统的校准装置,有效地解决了运载火箭等大型结构模态试验的振动测试系统的现场整体校准问题,对于提高模态试验的效率和测试准确度起到了重要作用.     

基于多传感器数据融合技术的力学量测量系统研究

多传感器的数据融合已经在系统智能检测领域得到越来越多的应用,本论文针对传统的数据融合算法未考虑传感器自身可靠性这一不足,分析了面向传感器可靠性的数据融合算法,并在多元力学参数检测系统中加以应用,给出了系统的总体框架,并对数据融合的具体应用进行了分析,这对于进一步提高力学参数的智能传感检测及数据融合的研究具有一定的借鉴意义。     

空间站太阳翼振动测量中的无线传感器网络系统

基于中国空间站太阳翼挠性振动测量和动力学参数辨识需求,中国首次在轨成功应用了无线加速度计传感器网络。首先介绍了天和核心舱、问天实验舱上的无线传感器网络架构设计,然后针对挠性辨识多源数据融合需求,提出基于无线时延自主寻优补偿的应答式TCP/IP校时策略和基于无线基准节点的广播式UDP校时策略。针对无线节点通信链路可能被太阳翼阵面遮挡而造成的测量中断问题,提出基于中继代传的自主无线网络拓扑动态管理策略,实现了振动测量数据的高可靠传输。总结了天和舱、问天舱无线加速度计传感器网络在轨应用情况,通过飞行实测数据证明实现了TCP/IP模式下校时精度优于20 ms、UDP模式下校时精度优于70 ms的时间同步能力;以太阳翼180°转角下的主动激振工况实测数据评估了无线网络的高可靠采集能力,满足太阳翼模态辨识要求。最后基于空间站太阳翼振动测量飞行试验情况,对未来无线传感器网络的在轨广泛应用提出了几点启示。     

基于指令滤波的低频挠性航天器振动控制方法

在经典的Bang Bang姿态机动指令基础上,通过滤波处理,结合姿态跟踪控制器,使航天器在姿态机动时跟踪设计的机动路径,实现了机动过程中低频挠性模态的振动抑制,并通过物理试验系统进行了验证.由于所采用的滤波器在形式以及参数设计上,均可采用传统的结构滤波器的形式和设计方法,因此使滤波器的设计均有章可循,避免了其它机动路径方法,如加速度指令规划、多项式指令规划等参数设计依据经验与数值仿真进行调试的问题.利用数学仿真设计方法进行了验证,发现采用滤波方法后,机动到位后稳定的时间与模态的振动周期相当,在几秒钟量级,相对传统的Bang Bang控制,稳定时间缩小80％以上;最后构建物理试验系统,同样验证了方法的有效性和结论的正确性.     

低频三维磁场测量系统研制

低频10Hz～20kHz的电磁波在气象观测、地质勘探、远距通信等领域具有广泛应用.为了监测该频段的电磁辐射,本文设计了三轴正交方形天线用于测量低频磁场,采用基于AD797与OP27的双级放大电路对磁场感应电压信号进行调理和放大,采用NI-9222数据采集卡实现对信号波形进行采集,利用短时傅里叶变换对信号进行时频分析.所...     

振动传感器的微加速度动态校准

阐述了高灵敏度振动传感器在超低频微小加速度下进行动态校准的校准装置工作原理、校准方法 ,分析了其校准不确定度。该装置采用曲率半径为 10m的虚拟摆结构 ,从较强的环境干扰噪声中利用数字滤波技术成功地拾检微弱振动信号 ,使微小标准加速度获得复现。该装置可在 (0 .0 0 1～ 0 .1)Hz超低频率范围内和 (1× 10 -6～ 1× 10 -2 )m s2 微小加速度范围内实现高准确度激光绝对校准和比较法校准 ,其校准不确定度达 0 .5%。     

用于直升机现场计量的低频振动校准技术

本文面向直升机健康与使用监测系统(HUMS)的现场计量保障需求,针对其中振动传感器在低频段尚无法实现现场校准的现状,提出了基于直线电机驱动技术的便携式低频振动校准技术方案。该方案利用高精度直线电机构造低频标准振动源,采用稳定性高的石英挠性加速度计作为标准加速度计,具有体积小、精度高、现场环境适应性好的特点,非常适用直升机HUMS的现场计量保障。根据不确定度评估结果,该方案能够实现0.5Hz～20Hz频率范围,0.01m/s~2～20m/s~2加速度范围内不超过1%的校准不确定度(k=2)。     

高温超导磁悬浮助推技术动态特性的试验分析

磁悬浮技术由于其高性能、低成本特性而被认为是一种较为理想的下一代发射 系统方案.在概念研究方案的基础上建立了一套磁悬浮助推缩比试验系统,针对 缩比试验系统的设计要求,建立动态测试试验分析系统,研究了YBaCuO高温超导体组合与 NdFeB永磁体轨道所构成的磁悬浮系统单元的幅频响应特性、阻尼特性以及悬浮刚度特 性等.试验表明,系统共振频率随场冷位置的提高线性降低,在零场冷时达到最低.系统静 态刚度随悬浮气隙的提高逐渐降低,动态刚度受到场冷位置的影响明显.对磁浮系统 阻尼特性进行的试验研究显示超导系统低频下具有弱阻尼特性,并受振动速度的影响.通过 定性分析磁浮系统的综合动态性能,更好的评估系统稳定特性和品质,为磁悬浮助推发射试 验平台工作的稳定性和可靠性提供基本保证.      

考虑传感器倍频干扰的磁轴承自动平衡控制

传感器倍频干扰信号与控制系统相互影响,容易引发磁轴承转子微振动。为了抑制高转速下传感器倍频干扰导致的磁轴承微振动,本文首先建立考虑传感器倍频干扰的磁轴承控制系统模型,分析位移传感器谐波与控制系统微振动的内在机理,然后提出一种基于多频自适应陷波器的磁轴承自动平衡控制方法,消除或抑制轴承的同频或倍频反作用力,使传感器谐波扰动产生的电磁力得到衰减。仿真结果表明,在转速30000(r/min)时,采用该自动平衡控制方法后,与传感器谐波干扰相关的振动力得到一定抑制。     

航天运载器磁悬浮助推发射关键技术

以航天运输为背景,研究了磁悬浮助推发射的磁悬浮、直线电机、空气动力影响和运载器分离发射等关键技术问题.通过磁悬浮系统比较,确定高温超导体EDS(Electrodynamic Suspension)系统是适合的磁悬浮技术方案,在单元静、动态实验测试基础上,研究其基本静态悬浮导向性能和刚度、阻尼特性,并建立缩比研究试验平台以评估磁悬浮系统的综合性能.通过分析2种直线电机类型及优缺点,确定双边感应直线电机是适合磁悬浮发射系统的一种直线电机加速方式,并确定脉冲磁流体发电的能量供给方案.通过磁悬浮发射空气动力影响分析,优化设计磁悬浮发射装置气动外形和气动布局,得出其基本气动特性,并提出利于实现系统俯仰力矩平衡的气动翼控制方案.研究了运载器同时滑离导轨式定向器分离发射方案,并通过动静法计算分析得出运载器从定向器滑轨上成功分离所需具备的基本动力学参数.      

航天发射用磁悬浮助推发射系统概念研究

针对日益增加的航天发射成本问题和安全、可靠、低成本航天发射方式的需求,阐述了磁悬浮助推发射概念及其优越性.初步分析了磁悬浮助推发射系统组成及各分系统功能.通过比较电磁悬浮(EMS)和超导电动(EDS)两种磁悬浮系统性能,结果表明EDS是更适合于磁悬浮助推发射的磁悬浮系统方案.通过助推发射能量需求初步分析,直线电机加速能量供给系统是难题之一,需要重点解决.采用飞行弹道分析方法,说明地面助推水平起飞单级入轨运载器方案的可行性及特点.与其它航天助推发射方式比较,磁悬浮助推发射在提高入轨载荷和降低发射成本方面具有优势.     

High magnetic gradient environment causes alterations of cytoskeleton and cytoskeleton-associated genes in human osteoblasts cultured in vitro

The effects of a high magnetic gradient environment (HMGE) on the cytoskeletal architecture and genes associated with the cytoskeleton in osteoblasts (MC3T3-E1 and MG-63 cells) were investigated using confocal microscopy, real-time polymerase chain reaction (PCR) and atomic force microscopy (AFM). The findings showed that, under diamagnetic levitation conditions, the architecture and average height of the cytoskeleton and surface roughness in osteoblasts were dramatically altered. HMGE affects cytoskeleton arrangement and cytoskeleton-associated gene expression.     

基于单目偏折术的半球谐振子面域振型测量

针对半球谐振子振型的高精度面域测量难题,提出了一种基于单目偏折测量术的测量方法。将半球谐振子振型测量转换为法向摆动角度测量,并基于逆向光线追迹对振型测量系统进行设计。在图像中提取振动拉长模糊斑的基础上,基于图像解卷积计算斑点摆动轨迹,并将其转换为法向分别在经纬方向上的摆动角度,进而拟合得到半球谐振子振型的相关参数。实验结果表明,该方法可实现半球谐振子振型的高精度拟合,对振幅和法向摆角的测量分辨率分别可达10nm与10μrad。与传统振动测量方法相比,该方法结构简单灵活、抗干扰能力强,具有广阔的应用前景。     

一种无需轴对准的磁罗盘正交度测试方法

给出了一种可自动化的测试双轴磁传感器正交角度的方法：正交磁场法,该方法操作简便,无需被测传感器的精密装夹;整个测量过程中没有装配操作,完全消除了由于装配的不一致性带来的误差。与常用的磁矢量投影法相比较,本方法可较快地测得双轴磁传感器的正交度,且达到较高的精度。     

小型化三轴SERF原子磁强计研究现状与展望

近年来,无自旋交换弛豫（Spin-Exchange Relaxation-Free,SERF）原子磁强计凭借其高灵敏度优势,在医学影像、低场磁共振和前沿物理研究等领域已开展广泛应用。传统的SERF原子磁强计多为单轴矢量测量,动态范围仅为nT量级。通过磁场调制等技术手段,可实现三轴磁场矢量测量,获得更丰富的磁场信息,进而通过施加三轴闭环控制,还可以大幅增加其动态范围,扩展SERF原子磁强计的应用领域,未来有望应用于空间磁探测中。本文综述了SERF原子磁强计的发展历程,重点阐述了三轴SERF原子磁强计近年来的国内外研究现状,对其发展方向进行了展望。     

一种电弧加热推进器推力测试架

设计制作了采用悬臂梁结构的微小推力测试架。通过标定、真空测试、温漂检验和实测应用,证实其可用于电弧加热推进器推力性能的测量。     

光纤读出的微光机电振动传感器

针对采用半导体工艺加工的微机械结构对振动进行测量的问题,提出了基微光机电系统(MOEMS)结构并采用光纤读出的振动传感器的设计方案,分析了该传感器的基本测量原理并推导了数学模型.该传感器采用单光纤的读出方式,利用固定于探测器敏感头前端的微结构感受待测物体的振动,通过测量由微结构振动引起的反射光强度的变化,实现对振动的测量.单光纤结构的使用和微结构参数的合理设计,使得该系统与传统的光纤读出系统相比,具有灵敏度高、尺寸小、易于同光纤匹配的特点.应用该系统对压电陶瓷的振动情况进行测量,可探测到0.18nm的位移.