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强电磁脉冲对硅微惯性传感器的损伤效应研究

兵工学报 2020年第6期41卷 1157-1164页

作者：沈杰潘绪超方中何勇陈鸿张江南史云雷南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室江苏南京210094 工业和信息化部电子第五研究所质量安全检测中心广东广州510610

为研究强电磁脉冲对单兵外骨骼助力系统上硅微惯性传感器的电磁损伤效应,通过理论计算和试验分析相结合的方法,对硅微惯性传感器的电磁损伤阈值、电磁易损器件和损伤模式开展研究。采用Agrawal传输线理论模型和格林函数法,计算硅微惯性... 详细信息

为研究强电磁脉冲对单兵外骨骼助力系统上硅微惯性传感器的电磁损伤效应,通过理论计算和试验分析相结合的方法,对硅微惯性传感器的电磁损伤阈值、电磁易损器件和损伤模式开展研究。采用Agrawal传输线理论模型和格林函数法,计算硅微惯性传感器在电磁脉冲环境中由直连线缆耦合并传导至信号传输端口的强电脉冲,并开展信号传输端口的强电脉冲注入试验和传感器损伤模式分析。研究结果表明:硅微惯性传感器的强电脉冲损伤阈值为780 V,电磁易损元器件为前端电容和信号放大器,其主要损伤模式为电容的高电压击穿和放大器的大电流烧毁。

关键词：电磁脉冲微惯性传感器注入试验损伤模式

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基于微惯性传感器的生猪运动监测系统

畜牧与兽医 2018年第11期50卷 23-27页

作者：郝福明田建艳郑晟张文文太原理工大学电气与动力工程学院

生猪养殖过程中,猪的运动行为可以作为其健康状况评价的重要指标之一。目前,生猪健康状况的评价主要依靠养殖人员对生猪运动行为的大量观察来实现,费时费力,并且容易造成疏漏。本文设计了一种生猪运动数字化监测系统,利用微惯性传感器MP... 详细信息

生猪养殖过程中,猪的运动行为可以作为其健康状况评价的重要指标之一。目前,生猪健康状况的评价主要依靠养殖人员对生猪运动行为的大量观察来实现,费时费力,并且容易造成疏漏。本文设计了一种生猪运动数字化监测系统,利用微惯性传感器MPU6050采集生猪运动的加速度数据,蓝牙模块无线发送、接收数据,通过以太网将数据远距离传输至上位机实时显示、存储。采用K均值聚类算法对生猪合加速度数据进行分析,得到生猪的运动量。试验结果表明,本系统可以稳定准确的获得模拟生猪运动加速度信息,由K均值聚类分析出生猪的少量运动、正常运动和过量运动,为判断生猪是否异常提供依据。

关键词：生猪微惯性传感器运动特征 K均值聚类

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基于微惯性传感器的图像三维重建方法研究

基于微惯性传感器的图像三维重建方法研究

作者：原晓乐西安电子科技大学

学位级别：硕士

三维重建技术是计算机视觉领域的研究热点之一,尤其对实时大规模场景建模具有重要的现实意义。随着微惯性传感器的快速发展和广泛应用,微惯性传感器现已普遍存在于各种智能设备中,因此对微惯性传感器的研究和应用也受到广泛的重视。本... 详细信息

三维重建技术是计算机视觉领域的研究热点之一,尤其对实时大规模场景建模具有重要的现实意义。随着微惯性传感器的快速发展和广泛应用,微惯性传感器现已普遍存在于各种智能设备中,因此对微惯性传感器的研究和应用也受到广泛的重视。本文正是在这种背景下进行图像的三维重建技术研究,本文在参考大量文献的基础上,对三维重建的几个关键技术进行了深入研究,主要完成的工作有:1、针对摄像机标定问题,本文分析了张正友平面标定法和基于Kruppa方程的摄像机标定方法的原理和应用场合,然后详细介绍了本文提出的基于微惯性传感器的摄像机标定方法,包括本文所利用的微惯性传感器的相关知识、如何在拍摄图像时并获取传感器数据以及如何利用传感器数据求解摄像机姿态。本文最后通过该算法实现了摄像机的标定并将计算结果应用于三维重建过程中。2、针对图像特征提取和匹配问题,本文重点分析了Harris算法、SIFT算法和SURF算法,通过对比几种算法的特点和本课题对图像特征提取和匹配的要求,最后选用比较成熟的SIFT算法作为本文的特征提取和匹配方法,并通过RANSAC算法剔除误匹配点,得到精确的、鲁棒性较好的匹配点对,为后续三维重建提供良好的基础。3、针对图像三维场景结构的重建,本文主要研究三维点云的生成,采用三角形法进行三维坐标的计算求解,然后对求解的三维点坐标进行反投影,获取到比较精确的三维点坐标,从而生成图像场景的三维点云模型。4、本文最后设计了一个完整的三维重建系统,该系统包含从图像采集和传感器数据获取,摄像机标定、图像特征匹配和三维点云生成过程。在摄像机标定过程中由于增加了对微惯性传感器的利用,使摄像机模型的估计和求解难度降低,同时求解的精度也有所提高。与传统方法相比,本文算法具有低成本、高精度、操作简单等特点,在导航系统、遥感系统以及工业自动化等系统中具有很好的应用前景,同时也可以应用于娱乐影视等领域。

关键词：计算机视觉三维重构摄像机标定微惯性传感器特征匹配

基于分布式微惯性传感器组合的人体行为识别研究

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基于分布式微惯性传感器组合的人体行为识别研究

作者：张欣重庆邮电大学

学位级别：硕士

人体行为识别有基于视觉工具和基于可穿戴设备的研究方法,通常视觉设备费用高,在实际应用中受到监测范围的限制。随着微机电系统的迅速发展,惯性传感器具备价格低廉、尺寸小、功耗低和便携等优点。在人体行为识别工作中,越来越多的国内... 详细信息

人体行为识别有基于视觉工具和基于可穿戴设备的研究方法,通常视觉设备费用高,在实际应用中受到监测范围的限制。随着微机电系统的迅速发展,惯性传感器具备价格低廉、尺寸小、功耗低和便携等优点。在人体行为识别工作中,越来越多的国内外研究人员通过惯性传感器来实现人体行为的识别,但同时存在识别精度低,算法复杂度高等缺点。本文首先对微惯性传感器实现人体行为识别的原理进行分析和研究,从可行性和易实现的角度,设计基于分层识别算法和支持向量机的人体行为识别算法。实验平台为自研的微惯性测量单元,两个微惯性测量单元分别放置于测试人员的腰部和腿部,识别站立、走、跑、上楼、下楼、后退6种日常行为,以及前向摔倒、后向摔倒和侧向摔倒3种异常行为。其次,在数据进行特征提取之前,对加速度传感器和角速度传感器的数据分别作平滑和中值滤波处理。由于频域特征和时频特征的计算量较大,本文提取加速度传感器和角速度传感器的多种时域特征进行分类识别。为减少特征计算时间,本文对提取到的特征进行选择,提高系统的实时性。通过融合加速度传感器和角速度传感器的时域特征进行日常行为的识别,采用阈值判断、倾角检测及加速度传感器峰值大小的方法对异常行为进行检测。本文采用基于分层识别算法的支持向量机识别区分难度较大的走、上楼和下楼,提高整体的识别精度。最后,在计算机上对行为识别算法进行仿真优化后,通过嵌入式系统平台进行实验验证,设计基于单传感器节点的行为识别和基于多传感器节点的行为识别实验。多次实验结果表明,本文算法能够在微惯性测量单元上实现行为识别,单传感器节点的平均识别精度为91.1%,多传感器节点的平均识别精度为95.6%;对于上楼和下楼的识别,多传感器节点的正确率比单传感器节点提高4.5%。所以本文设计的基于分布式微惯性传感器组合的人体行为识别方法要优于单一传感器节点的识别方法,具有较强的实用价值。

关键词：微惯性传感器人体行为识别时域特征支持向量机

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基于微惯性传感器的生猪异常行为监测

基于微惯性传感器的生猪异常行为监测

作者：郝福明太原理工大学

学位级别：硕士

我国猪肉需求量的不断增加使得畜牧养殖业逐渐走向规模化、集约化。传统的依靠养殖人员人工观察的方法判断生猪健康状况已无法满足当前生猪养殖业的发展,为此利用自动化、智能化技术搭建生猪健康状况监测平台是生猪养殖业新的发展方向... 详细信息

我国猪肉需求量的不断增加使得畜牧养殖业逐渐走向规模化、集约化。传统的依靠养殖人员人工观察的方法判断生猪健康状况已无法满足当前生猪养殖业的发展,为此利用自动化、智能化技术搭建生猪健康状况监测平台是生猪养殖业新的发展方向。随着微惯性传感器技术的不断成熟,结合低功耗蓝牙技术来实现畜禽行为的监测已经成为一个新的研究热点。生猪的运动行为和姿态行为是其最为常见的基本行为,可以反映出生猪的健康状况。因此,监测生猪的运动行为及姿态行为以判断生猪的健康状况已成为畜禽行为监测研究中关注的热点。针对上述问题,提出了“基于微惯性传感器的生猪异常行为监测”。首先搭建了一种基于微惯性传感器的生猪行为监测系统,然后利用该系统实时采集生猪的运动行为和姿态行为数据,通过对数据的分析得到生猪的运动量和姿态特征,并通过统计生猪一天的运动量和姿态持续时间判断生猪的健康状况。本论文的主要研究内容如下:(1)针对生猪行为监测问题,设计了一种基于微惯性传感器的生猪行为监测系统,该系统选用微惯性传感器MPU6050作为检测传感器,利用蓝牙芯片DA14580组建低功耗蓝牙网络完成养殖现场采集节点到接收节点的数据传输,通过以太网将数据远距离传输至控制主机。设计各节点程序、利用Lab VIEW编写上位机界面,实现生猪行为数据的采集、接收、传输、显示。(2)分析生猪常见的运动行为,从运动量的角度对生猪运动合加速度进行特征分析,将生猪运动分为少量运动、正常运动、过量运动三大类。采用K均值聚类算法、模糊C均值聚类算法对生猪运动合加速度进行聚类分析,得到生猪的运动量,为后续的生猪异常判断提供依据。(3)定义生猪载体坐标系和参考坐标系,利用四元数法和坐标变换解算生猪姿态,再经过卡尔曼滤波得到生猪准确的姿态角,对生猪姿态特征进行分析,根据统计的生猪运动量和姿态持续时间与生猪日常标准比较计算差异百分比结合人工养殖经验对生猪异常行为进行评价判断。

关键词：微惯性传感器生猪运动量 K均值聚类模糊C均值聚类生猪姿态异常行为判断

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基于微惯性传感器的倾角测量系统研究

基于微惯性传感器的倾角测量系统研究

作者：刘伟中北大学

学位级别：硕士

随着MEMS（Micro Electro Mechanical System）技术的不断进步,微惯性传感器正以其高性能、高稳定性、低功耗、小体积等优势广泛应用于军事和民用领域中,在民用领域中的智能手机内部就集成有微惯性传感器,通过它们就能够实现手机屏幕感... 详细信息

随着MEMS（Micro Electro Mechanical System）技术的不断进步,微惯性传感器正以其高性能、高稳定性、低功耗、小体积等优势广泛应用于军事和民用领域中,在民用领域中的智能手机内部就集成有微惯性传感器,通过它们就能够实现手机屏幕感应旋转、人体运动检测及游戏的体感操控等功能;在军事上将微加速度计和微陀螺仪集成在一起组成微惯性测量单元（MIMU）可以测量炮弹的飞行姿态实现对敌精确打击。本文立足于实际工程需求,对基于微惯性传感器实现倾角测量的原理算法、误差机理及相应的误差补偿方法进行研究,同时设计一种小型化、智能化的倾角测量仪器,实现测量精度在宽角度、宽温度范围内的保持技术。首先,本文对MEMS技术、微惯性传感器、倾角测量仪的国内外发展现状及应用作简要概述,对倾角测量系统的组成、敏感测量机理、系统误差来源进行逐一的分析,提出了一种改进型双轴加计组合测量方案并完成系统相应的结构设计和硬件平台的搭建工作;再针对实现测量系统的智能化,在软件上使用多种方法实现多平台（自显示、PC机和移动智能终端）的交互技术,使用LABVIEW软件设计系统在PC端的动态交互软件,利用Android开发软件设计在移动智能终端的APP并预留自显示接口,有效提高了系统可操作性和便携性;然后,通过误差机理分析得到影响测量精度的主要因素,拟定出误差补偿的方案和具体实现的步骤,对系统安装误差、不同温度环境下微加速度计的标度因数、零点漂移进行补偿修正,并通过具体实验验证了所设计的补偿方案的有效性;最后,将所设计的倾角测量系统硬软件进行联调和性能测试验证,经测试实验表明,系统在±90°的测量范围内,测量精度能够达到±0.01°,同时在-20℃0℃的温度范围内利用实时温度补偿技术,实现在全温范围内精度的保持。

关键词：微惯性传感器倾角测量系统误差机理分析误差补偿技术

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基于微惯性传感器的行人室内定位方法

河南科学 2022年第5期40卷 701-708页

作者：冯冲孙宇黄亮广西光谱空间信息科技有限公司南宁530000 昆明理工大学昆明650093

为满足人们对室内定位的需求,设计了一种利用微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)与惯性导航系统相结合的微惯性传感器(MEMS-IMU)用于行人室内导航定位.为进一步提高所设计的微惯性传感器(MEMS-IMU)的定位精度,提出了一... 详细信息

为满足人们对室内定位的需求,设计了一种利用微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)与惯性导航系统相结合的微惯性传感器(MEMS-IMU)用于行人室内导航定位.为进一步提高所设计的微惯性传感器(MEMS-IMU)的定位精度,提出了一种基于微惯性传感器(MEMS-IMU)的行人室内定位方法,该方法首先通过滑动窗口加速度方差算法采集零速区间,然后利用基于卡尔曼滤波的零速修正算法对零速区间进行修正.此外,通过实验对所提出的行人室内定位方法的可行性和精确性进行了验证.实验结果表明:所设计的MEMS-IMU具有较好的定位精度;通过滑动窗口加速度方差算法可以准确提取零速区间;经过基于卡尔曼滤波的零速修正算法修正后,所设计的微惯性传感器的定位精度明显提升;按照本研究提出的行人室内定位方法进行行人室内导航定位时,行人在室内行走100 m所产生的最终平面误差小于0.5 m,说明本研究提出的行人室内定位方法具有较好的可行性和精确性.

关键词：室内定位微惯性传感器卡尔曼滤波零速修正零速区间

基于微惯性传感器的健美操运动员上肢运动姿态捕获系统

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自动化与仪器仪表 2021年第11期 183-187页

作者：叶艳安康学院体育学院陕西安康725000

为了对健美操运动员上肢运动姿态进行实时有效的捕获,此次课题实验对微惯性传感器等进行了探究,通过融入二级扩展卡尔曼滤波算法的方式,改进了姿态解算算法。姿态估计与捕获的结果显示本算法的预测精度较高,这表明采用改进姿态计算算法... 详细信息

为了对健美操运动员上肢运动姿态进行实时有效的捕获,此次课题实验对微惯性传感器等进行了探究,通过融入二级扩展卡尔曼滤波算法的方式,改进了姿态解算算法。姿态估计与捕获的结果显示本算法的预测精度较高,这表明采用改进姿态计算算法能够有效规避外界磁场干扰带来的解算风险,在加入自适应加速度误差协方差算子的影响下,估计误差得到了明显的减少,基于微惯性传感器的改进算法可显著提高偏航角、俯仰角与翻滚角的估计精度,并实现对健美操运动员上肢运动姿态的实时捕获。基于微惯性传感器的健美操运动员上肢运动姿态捕获系统具有较高的实时性与精确性,可广泛应用于实际的姿态捕获作业中。

关键词：微惯性传感器运动员上肢运动姿态捕获

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基于微惯性传感器的姿态捕捉系统设计

自动化博览 2017年第3期34卷 85-88页

作者：张泽宇南京师范大学电气与自动化工程学院江苏南京210042

在惯性导航系统中,对于动作捕捉时多个惯性传感器的数据实时传输及传输功耗问题,我们在文中提出了蓝牙数据转发装置的设计方案,并建立了惯性系统误差模型,提出了初始对准的方案;基于卡尔曼滤波解决了多传感器的信息融合问题;建立了人体... 详细信息

在惯性导航系统中,对于动作捕捉时多个惯性传感器的数据实时传输及传输功耗问题,我们在文中提出了蓝牙数据转发装置的设计方案,并建立了惯性系统误差模型,提出了初始对准的方案;基于卡尔曼滤波解决了多传感器的信息融合问题;建立了人体三维棍状模型进行动作实时重现;提出了人体关节活动度与肢体姿态角的转换关系,并以此为姿态数据限幅。

关键词：动作捕捉微惯性传感器数据转发装置三维棍状模型卡尔曼滤波