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一种MHD角振动传感器动态本底噪声无偏高效测试方法

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中国惯性技术学报 2024年第6期32卷 620-629页

作者：李醒飞刘帆天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

目前,磁流体动力学(MHD)角振动传感器动态本底噪声测试尚无统一方法,难以有效开展测试。首先,针对双通道和三通道方法系统误差不明确的问题,推导了两种方法的系统误差,指出了方法的适用条件;然后,针对双通道方法存在系统误差、三通道方... 详细信息

目前,磁流体动力学(MHD)角振动传感器动态本底噪声测试尚无统一方法,难以有效开展测试。首先,针对双通道和三通道方法系统误差不明确的问题,推导了两种方法的系统误差,指出了方法的适用条件;然后,针对双通道方法存在系统误差、三通道方法系统结构复杂的问题,提出了一种基于最小二乘的传感器动态本底噪声无偏高效测试方法,证明了所提方法不存在系统误差;最后,实验对比了三种方法的测试效果。结果表明,所提方法能够在时域和频域上准确分离传感器的动态本底噪声;相比双通道和三通道方法,所提方法的平均相对误差最小,分别为7.2%和3.7%;测试系统所需资源少、结构简单而且易于实现,满足MHD角振动传感器动态本底噪声的测试需求。

关键词：微角振动角速度传感器本底噪声最小二乘

小波分析在激光自混合干涉位移传感器中的应用

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光电子．激光 2013年第6期24卷 1075-1081页

作者：杨颖李醒飞寇科王错天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室天津300072

为减小激光自混合干涉位移传感器测量误差,提出了基于小波分析的自混合干涉信号处理方法。在进行全相位快速傅里叶变换(FFT)解调相位之前,利用离散小波分解、重构去除自混合干涉归一化信号的奇异点,有效降低调制电流斜率突变引入的高次... 详细信息

为减小激光自混合干涉位移传感器测量误差,提出了基于小波分析的自混合干涉信号处理方法。在进行全相位快速傅里叶变换(FFT)解调相位之前,利用离散小波分解、重构去除自混合干涉归一化信号的奇异点,有效降低调制电流斜率突变引入的高次谐波干扰,同时去除高频随机噪声干扰。简述了自混合干涉位移测量原理,介绍了基于小波分析的自混合干涉信号处理算法原理并进行了算法仿真,采用数值仿真分析了系统反馈水平及调制参数对测量误差的影响,利用压电陶瓷(PZT)对自混合干涉位移测量系统进行标定。结果表明,位移测量误差减小到2.45nm。应用小波分析处理干涉信号可减小激光自混合干涉位移传感器的测量误差。

关键词：自混合干涉位移传感器小波分析

有限元法在谐振式硅微机械加速度计设计中的应用

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2003年第4期36卷 465-467页

作者：钟莹李醒飞张国雄天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

谐振式硅微机械加速度计是新型高精度的微机电系统传感器.作者选用双端固定音叉作为谐振器,设计了一种硅微谐振式加速度计.设计中,使用了有限元分析软件进行了大量辅助分析,对传感器的工作情况进行了仿真.通过模拟和计算,预先估算出谐... 详细信息

谐振式硅微机械加速度计是新型高精度的微机电系统传感器.作者选用双端固定音叉作为谐振器,设计了一种硅微谐振式加速度计.设计中,使用了有限元分析软件进行了大量辅助分析,对传感器的工作情况进行了仿真.通过模拟和计算,预先估算出谐振器固有频率、应力分布情况以及传感器基本性能参数,这对传感器工艺流程设计及结构改进具有重要意义.有限元分析结果显示,传感器的灵敏度大约为2Hz/g.

关键词：谐振式硅微机械加速度计有限元法设计方法微机电系统固有频率应力分布

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光电跟踪系统积分反步自抗扰控制策略

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2021年第4期54卷 379-387页

作者：周新力李醒飞天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

针对光电跟踪系统存在的时变摩擦力、外界扰动等非线性因素引起控制精度降低的问题,本文提出一种积分反步自抗扰控制策略.首先建立了光电跟踪系统的非线性动力学模型,然后将系统中未建模部分与外界扰动定义为总和扰动并将其扩展为新的... 详细信息

针对光电跟踪系统存在的时变摩擦力、外界扰动等非线性因素引起控制精度降低的问题,本文提出一种积分反步自抗扰控制策略.首先建立了光电跟踪系统的非线性动力学模型,然后将系统中未建模部分与外界扰动定义为总和扰动并将其扩展为新的系统状态变量.同时考虑降低参数的整定难度,采用线性状态观测器实时估计光电跟踪系统的各阶状态与总和扰动.此外,采用反步设计法的思想,引入子系统与虚拟控制量的概念,提出一种将积分反步法与自抗扰控制器相结合的复合控制策略,进而提高系统的控制精度与动态响应速度.采用李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论对积分反步自抗扰控制策略进行了证明.最后在光电平台上对所提出的控制策略进行了实验验证,并与典型自抗扰算法和反步法对比.实验结果表明:在阶跃实验中,该算法的动态响应速度为1.965 s,优于典型自抗扰算法的2.392 s;在混频正弦角度跟踪实验中,其跟踪误差的绝对值总和为典型自抗扰算法的35.9%,为反步法的19.2%,其跟踪误差的标准差为0.1236,明显小于典型自抗扰算法的0.2824与反步法的0.5366.该算法能有效地抑制时变摩擦及外界扰动,可以实现光电跟踪系统的高精度位置控制与快速动态响应.

关键词：光电跟踪系统自抗扰控制积分反步法扩张状态观测器摩擦力

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基于激光自混合效应的加速度传感器

光学学报 2013年第2期33卷 234-240页

作者：杨颖李醒飞李洪宇王错寇科天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室天津300072 山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590

提出一种基于激光自混合效应的加速度传感器,并介绍了该系统结构及工作原理,分析了分辨率的影响因素及影响机理。该传感器利用双挠性梁支撑的摆片作为第一级敏感元件。有加速度输入时,摆片在惯性力作用下产生与加速度成比的位移信号,引... 详细信息

提出一种基于激光自混合效应的加速度传感器,并介绍了该系统结构及工作原理,分析了分辨率的影响因素及影响机理。该传感器利用双挠性梁支撑的摆片作为第一级敏感元件。有加速度输入时,摆片在惯性力作用下产生与加速度成比的位移信号,引起激光器外腔长度变化,使得被锯齿波电流调制的激光器输出相位差随加速度变化的自混合干涉信号;采用全相位谱分析算法进行自混合干涉信号相位解调,重构位移曲线,进而获得加速度值。通过系统仿真模型验证了加速度传感系统的可行性。对加速度传感系统进行测试。实验结果表明,加速度传感器分辨率为0.19μg。实验结果和理论分析相吻合,基于激光自混合效应的加速度传感器可实现高分辨率。

关键词：测量加速度传感器激光自混合干涉垂直腔面发射激光器全相位快速傅里叶变换

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气体对磁流体动力学传感器影响机理的探讨

仪器仪表学报 2023年第4期44卷 238-248页

作者：夏赣民李醒飞刘帆天津大学精密测量技术与仪器国家重点实验室天津300072

由于气体和导电流体性质上的差异,导电流体中气体的存在将对磁流体动力学(MHD)传感器的输出特性产生影响。基于电磁感应理论和两相流理论,文章推导并建立了导电流体中含气体的MHD传感器VOF模型。通过ANSYS Fluent对含气体的MHD传感器输... 详细信息

由于气体和导电流体性质上的差异,导电流体中气体的存在将对磁流体动力学(MHD)传感器的输出特性产生影响。基于电磁感应理论和两相流理论,文章推导并建立了导电流体中含气体的MHD传感器VOF模型。通过ANSYS Fluent对含气体的MHD传感器输出特性进行仿真分析,同时搭建试验平台对不同气体含量MHD传感器进行试验验证。结果表明,导电流体中的气泡在低频时容易被拉伸撕裂成小气泡并随着角振动分散,同时使得流体环流场和电场产生偏移和畸变,角振动频率越低,此现象越明显;当导电流体中不含气体时角振动频率和幅值、重力加速度及偏心等外部因素对MHD传感器的输出特性无影响;当导电流体中含有气体时,MHD传感器的输出特性畸变等随气体含量、重力加速度和偏心的增大而增大,随角振动频率和幅值的增大而减小。文章研究成果能够为MHD传感器导电流体灌装工艺控制提供指导,有助于MHD传感器精度和稳定性的提升。

关键词： MHD微角振动传感器导电流体气液两相流偏心分析

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一种改进的功率比值法载噪比估算算法

中国惯性技术学报 2015年第5期23卷 642-647页

作者：傅金琳赵子阳李醒飞天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津航海仪器研究所天津300131

针对GPS载噪比估算方法功率比值法中出现的导航电文翻转敏感问题,提出改进算法。改进算法根据对I路符号判决结果对导航数据位进行预测,基于预测结果消除载噪比估算中导航电文的影响,达到消除导航电文翻转影响的效果。理论计算分析证明... 详细信息

针对GPS载噪比估算方法功率比值法中出现的导航电文翻转敏感问题,提出改进算法。改进算法根据对I路符号判决结果对导航数据位进行预测,基于预测结果消除载噪比估算中导航电文的影响,达到消除导航电文翻转影响的效果。理论计算分析证明该算法能够提高载噪比的估算精度,提升载噪比的更新率,从而提升系统的灵敏度与稳定性。分别对改进算法载噪比估算精度、抵抗导航电文翻转能力、M取值、载噪比更新率等几个方面进行了仿真验证,证明理论分析的正确性。

关键词：功率比值法导航电文翻转载噪比更新率

基于Allan方差解耦自适应滤波的MHD/MEMS信号融合方法

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中国惯性技术学报 2020年第2期28卷 237-241页

作者：李醒飞韩佳辰刘帆天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

为满足卫星平台对宽频带角速率测量需求,补偿磁流体动力学(MHD)微角振动传感器低频误差,提出了一种基于Allan方差的解耦自适应Kalman滤波方法,实现了MHD微角振动传感器与MEMS陀螺仪的组合测量。该方法使用Allan方差计算量测噪声的方差,... 详细信息

为满足卫星平台对宽频带角速率测量需求,补偿磁流体动力学(MHD)微角振动传感器低频误差,提出了一种基于Allan方差的解耦自适应Kalman滤波方法,实现了MHD微角振动传感器与MEMS陀螺仪的组合测量。该方法使用Allan方差计算量测噪声的方差,克服了标准Kalman滤波对模型参数精确性要求较高的缺点,同时避免了自适应Kalman噪声参数耦合易滤波发散的问题。实验证明解耦自适应Kalman对单频和混频信号均实现较好融合效果,均方误差降低至融合前的30%,信噪比改善超过10 dB。融合后的输出信号满足卫星千赫兹带宽的测量需求,可用于惯性测量单元中。

关键词： MHD微角振动传感器信号融合自适应Kalman Allan方差

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磁流体动力学动量轮的致动特性和影响因素

浙江大学学报（工学版） 2021年第9期55卷 1676-1683页

作者：李吉冬钟莹李醒飞天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

结合不可压缩流体的纳维−斯托克斯方程和磁流体动力学基本方程,针对电流和电压控制模式下矩形截面环管内金属流体的哈脱曼流动问题建立完整的传递函数模型,深入分析流体中黏滞力项和边界层效应对动量轮输出性能的影响.通过有限元仿真软... 详细信息

结合不可压缩流体的纳维−斯托克斯方程和磁流体动力学基本方程,针对电流和电压控制模式下矩形截面环管内金属流体的哈脱曼流动问题建立完整的传递函数模型,深入分析流体中黏滞力项和边界层效应对动量轮输出性能的影响.通过有限元仿真软件COMSOL对流体运动特性和流场分布进行仿真验证,分析电流、磁场和流体特征参数对动量轮输出指标的影响.在电流控制模式下,动量轮的角动量输出标度因数约为9.68×10^(−5)N·m·s/A,可作为动量轮的设计与优化依据.

关键词：磁流体动力学(MHD) 动量轮哈脱曼流动有限元仿真纳维−斯托克斯方程