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基于遗传编程的三分量低频振动传感器设计

基于遗传编程的三分量低频振动传感器设计

作者：李国江山东大学

学位级别：硕士

低频振动传感器主要应用于地质勘探、矿山安全、桥梁隧道监测等场景中。当前研制低频振动传感器是微震信号监测领域中的重要研究方向。提高电磁式振动传感器低频响应性能是目前的技术难点。课题以设计三分量电磁式低频振动传感器为中心... 详细信息

低频振动传感器主要应用于地质勘探、矿山安全、桥梁隧道监测等场景中。当前研制低频振动传感器是微震信号监测领域中的重要研究方向。提高电磁式振动传感器低频响应性能是目前的技术难点。课题以设计三分量电磁式低频振动传感器为中心,在基于遗传编程的三分量低频补偿网络设计、三分量低频振动信号采集与存储、低频振动传感器系统整体性能评估三个方面开展研究。针对力平衡反馈低频补偿技术改善了电磁式振动传感器低频响应但导致系统幅频响应不平坦的问题,通过分析电磁式振动传感器频域模型及低频补偿网络模拟电路设计目标,在完成树状编码电路抽象及对应函数集构建后,设计适用于模拟电路自动演化设计的遗传操作,建立合理的电路抽象适应度评估函数,最终实现通过遗传编程算法自动演化三分量低频补偿网络的目标。以此为基础,基于SPICE模型完成低频补偿网络系统零极点、频响曲线及群延迟有效性验证,并结合功耗及噪声设计需求完成硬件系统构建。为解决单分量物探设备采集的震动波无法提供精细地质结构信息问题,以低频补偿网络为基础,基于嵌入式系统完成三分量低频振动信号采集存储系统的开发。综合分析系统功耗、采集精度等性能需求,进行器件选型、模数转换功能及数据存储模块功能电路设计,完成微震信号采集存储硬件平台搭建。以此硬件平台为基础,研究多通道、高精度模数转换模块配置方法、SPI数据传输协议,最终利用DMA模式、中断模式、轮询模式完成对应数据存储、模数转换、数据采集功能的软件开发。为评估设计的三维低频振动传感器系统性能,课题开展侧重于功能完整性与采集准确性方面的测试。功能完整性测试方面,对标准低频振动标定测试平台的低频振动信号进行采集,采集信号恢复后验证了所设计的系统在低频振动信号采集存储功能完整有效;此外还从频域和时域对室外测试中采集信号进行分析进一步验证了系统对微震信号的采集能力。在采集准确性测试方面,与实际生产环境中大规模应用的中石化物探设备I-Nodal1在野外工业爆炸条件下进行性能对比测试,从频域和时域对生产环境中采集的信号分析发现所设计的系统在保持高频响应能力的同时其低频信号采集能力有较明显提升。

关键词：低频振动传感器低频补偿网络遗传编程三分量采集存储系统

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利用调频信号实现低频振动传感器的快速校准

北京航空航天大学学报 2006年第11期32卷 1328-1332页

作者：樊尚春李晓蕾北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083

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 m in之内,校准效率大大提高... 详细信息

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 m in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.

关键词：低频振动传感器枝准线性调频信号数字补偿滤波器

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自标定法在低频振动传感器参数校准中的应用

地震工程与工程振动 2011年第3期31卷 177-180页

作者：曲明哲程丽娜杨立志杨秋格哈尔滨学院黑龙江哈尔滨150080 防灾科技学院河北燕郊065201 中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080

介绍了自标定法在低频振动传感器参数校准中的应用,阐述了该方法用于校准的理论依据及适用范围,并将自标定法获得的校准数据和用振动标准装置获得的校准数据进行了比较,通过实测数据证实了自标定法的标定结果在一定的频率范围内是可信... 详细信息

介绍了自标定法在低频振动传感器参数校准中的应用,阐述了该方法用于校准的理论依据及适用范围,并将自标定法获得的校准数据和用振动标准装置获得的校准数据进行了比较,通过实测数据证实了自标定法的标定结果在一定的频率范围内是可信的。由于自标定法不需要复杂的标定设备,简单方便,因此具有较好的实用价值。最后,分析了自标定法的误差来源,并得出了一些结论。

关键词：自标定校准低频振动传感器拾振器

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低频振动传感器的设计

光子学报 1983年第4期 21-27页

作者：董烈棣

为了测量精密仪器运输过程中所产生的振动和进行仪器抗振试验,以及为了对保护仪器而设计的减振系统之减振效果进行检验,均需要使用低频振动传感器及其相应的测试系统。目前,测量低频振动所产生的加速度一般采用压晶式、电感式或电阻式... 详细信息

为了测量精密仪器运输过程中所产生的振动和进行仪器抗振试验,以及为了对保护仪器而设计的减振系统之减振效果进行检验,均需要使用低频振动传感器及其相应的测试系统。目前,测量低频振动所产生的加速度一般采用压晶式、电感式或电阻式传感器。本文叙述了我所研制成的一种电阻式低频振动传感器的基本设计原理,结构参数选择原则及标定方法,并举例说明了它的应用。

关键词：低频振动传感器设计原理惯性体加速度值

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全光纤FPI型低频振动传感器的设计与实验

全光纤FPI型低频振动传感器的设计与实验

作者：梁海来重庆大学

学位级别：硕士

低频振动测量技术在工程机械、车辆船舶、仪器仪表、建筑结构、地震监测等领域有着重要作用。光纤振动传感器因具有测量范围广、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点而成为振动传感领域新的研究热点。现有的光纤低频振动传感器大都需要... 详细信息

低频振动测量技术在工程机械、车辆船舶、仪器仪表、建筑结构、地震监测等领域有着重要作用。光纤振动传感器因具有测量范围广、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点而成为振动传感领域新的研究热点。现有的光纤低频振动传感器大都需要依赖外部振动响应结构,导致体积庞大,温度交叉敏感严重。随着智能时代的到来,器件微型化是一种趋势,制作出实用的微型化光纤低频振动传感器具有较好的现实意义。论文主要从减小光纤振动传感器体积、提升传感器的灵敏度和减小传感器温度交叉敏感性开展研究。从惯性式振动传感器振动模型出发,分析得到位移传感器、速度传感器和加速度传感器的振动响应曲线,待测外界振动频率大于系统的谐振频率时,应使用位移传感器;待测外界振动频率低于系统谐振频率时,应使用加速度传感器,因此,测量低频振动,一般采用加速度传感器。系统的谐振频率和阻尼对加速度传感器的灵敏度和测量范围起着关键作用,通过分析得到,谐振频率越低,传感器的灵敏度越高;系统阻尼越大,加速度传感器的测量范围更广,但是传感器的响应度更小,灵敏度更低。针对现有光纤振动传感器存在的问题,按照传感器的微型化、传感器探测更灵敏化和消除温度交叉敏感性的思路,设计了一种基于带质量块悬臂梁(Micro cantilever beam with tip mass,MCBTM)全光纤法布里珀罗干涉(Fabry-Perot Interferometer,FPI)型低频振动传感器探头。详细地介绍该传感器的制作工艺并制作出三组不同结构的传感器探头,对低频振动传感器的测量和解调系统进行详细介绍,结合COMSOL Multiphysics有限元仿真软件分析该传感器探头的相关特性。通过搭建实验系统,对三根传感器进行低频振动实验。为验证石英毛细管能有效隔离外部温度对传感器的影响,对其中一根结构做了温度实验。结果表明,质量块可以减小传感器的谐振频率,能提高传感器的灵敏度,石英毛细管能有效隔离外部温度对传感器的影响,进而降低传感器的温度交叉敏感性。本文设计的基于MCBTM的全光纤FPI型低频振动传感器,具有体积小、灵敏度高和良好的抗温度交叉敏感特性,经简单的封装保护后可方便嵌入复合材料进行振动测量。此外,该传感器制作工艺相对简单,可重复性高,在低频振动测量领域具有很好的实用价值。

关键词：光纤光学全光纤器件低频振动传感器悬臂梁法布里珀罗干涉仪

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磁电式低频振动传感器

机械制造 1980年第11期 19-20+25页

作者：徐锡林上海交通大学

在工农业生产、国防建设和科学实验中,对机械振动的测量、试验和控制提出了愈来愈高的要求。各种测振仪器和测振设备都少不了振动传感器。传感器是在测量过程中感受振动,并将其转换成某种形态信息的一种器件。振动传感器的种类繁多。如... 详细信息

在工农业生产、国防建设和科学实验中,对机械振动的测量、试验和控制提出了愈来愈高的要求。各种测振仪器和测振设备都少不了振动传感器。传感器是在测量过程中感受振动,并将其转换成某种形态信息的一种器件。振动传感器的种类繁多。如果按其所测的振动参数,可分为位移型、速度型和加速度型;如果按其结构原理,可分为磁电式、压电式、应变式、电感式、电容式、涡流式以及激光和微波式等,而目前以磁电式和压电式传感器应用得最为普遍。磁电式振动传感器的原理是利用金属导线在磁场中作切割磁力线的相对运动时,产生与所测振动速度成正比例的感应电动势,从而测量出振动的速度。若让该感应电动势再经过积分或微分,则可测出振动的位移或加速度。低频机械振动的特点是频率低(几十分之一赫兹到几十赫兹),振幅大(几毫米甚至几十毫米),因此要求低频振动传感器也应能在相应的低频和大振幅的条

关键词：低频振动传感器磁电式传递函数转移函数

低频振动传感器与电涡流传感器测量水电机组振动的结果比较

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低频振动传感器与电涡流传感器测量水电机组振动的结果比较

一种基于微像素形心定位的低频振动传感器及其工作方法

2018年中国水力发电工程学会水力机械专业委员会信息网...

作者：李友平尹永珍程建王建兰中国长江电力股份有限公司技术研究中心

本文梳理了相关规程对水电机组振动测量的一般性规定,对当前水电机组振动测量中测点布置、测量方式、传感器选择等关键问题进行了说明,指出了当前水电机组振动测量中存在的问题。根据某电站升水位的实际数据,对比了采用磁电惯性式低频... 详细信息

本文梳理了相关规程对水电机组振动测量的一般性规定,对当前水电机组振动测量中测点布置、测量方式、传感器选择等关键问题进行了说明,指出了当前水电机组振动测量中存在的问题。根据某电站升水位的实际数据,对比了采用磁电惯性式低频振动传感器和非接触式位移传感器水电机组顶盖垂直振动测量结果,分析了两者之间的差异及导致差异的可能原因,得到了低频振动传感器和电涡流传感器测量水电机组振动的适用条件,并对后续的研究方向提出了建议。

关键词：水电机组振动测量低频振动传感器电涡流传感器

来源： cnki会议评论

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传感器世界 2022年第8期28卷 49-49页

申请号:202210383345.4【申请日】2022.04.13【公开号】CN114674414A【公开日】2022.06.28【分类号】G01H9/00【申请人】中国科学院空天信息创新研究院【发明人】刘伟;张泽;梁欣丽;陈天弟;李成【摘要】本发明涉及一种基于微像素形心定... 详细信息

申请号:202210383345.4【申请日】2022.04.13【公开号】CN114674414A【公开日】2022.06.28【分类号】G01H9/00【申请人】中国科学院空天信息创新研究院【发明人】刘伟;张泽;梁欣丽;陈天弟;李成【摘要】本发明涉及一种基于微像素形心定位的低频振动传感器及其工作方法,属于传感器技术领域,解决了现有的低频传感器测量准确度低的问题。

关键词：传感器技术中国科学院低频振动传感器分类号测量准确度空天信息形心定位像素

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DP型低频振动传感器的实时相位校正

仪表技术与传感器 1999年第6期 1-3,14页

作者：邓焱严普强清华大学精密计量测试技术与仪器国家重点实验室

介绍了ＤＰ型低频振动传感器的原理。在此基础上，研究用递归和非递归数字滤波技术对ＤＰ传感器的相位特性进行线性校正的方法，并通过仿真和实际数据实验，验证了校正方法的可行性及使用性能。

关键词：低频振动传感器实时相位校正传感器振动