微悬臂梁生化传感系统的性能分析

在基于光杠杆原理检测微悬臂梁变形的生化传感实验系统中,液体折射率的变化会导致PSD上光斑的位移,从而影响系统的检测信号。本文从理论上分析了在不同检测光束的入射角度、微梁的放置角度等参数条件下,液体折射率的变化对系统检测信号的影响。结果表明：在传统的光路下,液体折射率改变10-3引起的光斑位移与一般的生化反应引起的位移相当,即液体折射率的改变严重影响系统的检测信号。通过理论分析还发现在适合的参数配置下,可以忽略折射率变化对系统检测信号的影响。同时,参数的改变不影响系统的检测灵敏度。理论分析的结果得到了实验验证。     

小型自准直式光电传感器性能测试系统

为标定小型实心转子静电陀螺仪用自准直式光电传感器的性能，设计了一个专用的性能测试系统。传感器性能测试表明，被测小型自准直式光电传感器的分辨率优于1^#，传感器性能测试系统满足使用要求。     

一种基于手机传感器自相关分析的计步器实现方法

针对计步器采用的波峰检测算法要求行人必须将设备佩戴在身体特定部位的问题,提出了一种利用手机加速度传感器信息实现计步器的解决方案。同时,为了降低手机位置不同以及行人的不同运动状态对手机计步器计步结果的影响,设计了一种自相关分析的计步算法。该算法将运动状态分为空闲和行走两种基本类型,根据经验阈值判断运动人员的运动状态进而进行计步计算。试验结果验证了算法的有效性:相对于波峰检测算法,运动状态为行走时计步结果的正确率从92.5%提高到98.6%,运动状态为空闲时计步结果的正确率从96.0%提高到98.8%。表明新设计的自相关分析算法有效地提高了行人计步结果的正确率,为室内人员定位技术的发展提供了新的途径。     

基于半球谐振陀螺与星敏感器的星载姿态测量系统实现

为满足长寿命卫星对高精度、高可靠、低功耗、轻重量的姿态测量系统的需求,构建了一种基于半球谐振陀螺与星敏感器的星载姿态测量系统。针对国产半球谐振陀螺和加速度计结构特点,建立了惯性器件配置结构,完成了系统的相关标定,开发了以四元数为基础的姿态算法,利用卡尔曼滤波技术,将惯性姿态测量系统与星敏感器进行组合,实现了工程样机设计。测试表明,在实验室环境下,静态姿态精度达到13.9″(峰值),动态姿态精度达到15.4″(峰值),所研制的工程样机的精度指标能够满足高精度卫星的使用要求。     

基于MEMS姿态传感器的声矢量传感器设计

针对声矢量传感器姿态变化难以准确测量导致目标测向精度低的现状,设计一种微型MEMS姿态传感器,并将其封装在声矢量传感器内部,实现基于MEMS姿态传感器的声矢量传感器设计。首先根据声矢量传感器姿态测量与校正原理,采用四元数姿态解算方法及扩展卡尔曼滤波器设计MEMS姿态传感器,并对其进行姿态精度测试;然后基于MEMS姿态传感器进行声矢量传感器样机设计、制作、参数测试;最后对样机进行了海上实验,结果表明,通过姿态校正后声矢量传感器目标方位估计精度与GPS推算方位精度一致,验证了利用MEMS姿态传感器设计声矢量传感器的可行性。     

Performance analysis of the heterodyne schlieren system

The performance of the electronic heterodyne schlieren system is investigated. The sensitivity, spatial resolution, and dynamic range of the system are calculated. It is shown that these features are improved compared with the conventional intensity schlieren readout technique. Without changing the system setup, the sensitivity and accuracy of the system can be tripled by using the third harmonic of the heterodyne signal. In this case, the spatial resolution and the measurement range are reduced by a factor of three. The system is self-calibrated. For whole field measurements, the method is limited by the camera to milliseconds time scale. However, for selected points measurements fast variations, the order of tens of microseconds, can be measured. The system was evaluated experimentally by measuring the focal length of a weak lens and a multiscale phase plate.     

Performance of the FAST system for stress analysis

A state-of-the-art thermographic system has been developed based on a 512×512 focal-plane array thermal imager. The system was primarily designed to perform stress analysis, but has applications in other areas where small cyclic temperature variations are encountered. A detailed analysis of its performance relative to an existing equipment (SPATE) revealed that, at least for low frequency applications, the proposed system out performs SPATE by some two to three orders of magnitude such that high-resolution area scans can now be achieved in minutes instead of hours. It is suggested that higher frequency applications (i.e., order of 10² Hz) can be achieved with more up-to-date imagers.Permission has been granted toExperimental Mechanics to publish this paper on a nonexclusive one-time basis only. This agreement is subject to the Commonwealth of Australia retaining Copyright of the paper, the author and source of the paper has been acknowledged. No meaningful changes have been made to the article without the prior consent of the author.     

Performance analysis of solar powered absorption refrigeration system

The present work provides a detailed thermodynamic analysis of a 10 kW solar absorption refrigeration system using ammonia-water mixtures as a working medium. This analysis includes both first law and second law of thermodynamics. The coefficient of performance (COP), exergetic coefficient of performance (ECOP) and the exergy losses (ΔE) through each component of the system at different operating conditions are obtained. The minimum and maximum values of COP and ECOP were found to be at 110 and 200°C generator temperatures respectively. About 40% of the system exergy losses were found to be in the generator. The maximum exergy losses in the absorber occur at generator temperature of 130°C for all evaporator temperatures. A computer simulation model is developed to carry out the calculations and to obtain the results of the present study.     

基于MEMS压阻传感器的低功耗高过载测试系统设计

为了检验弹体在高冲击环境下的工作情况,提出了一种基于压阻传感器的高过载、低功耗的测试系统设计方案。该系统可承受2×105g的过载冲击测试,且具有采样率高、体积小、功耗低的特点。通过打靶实验验证:在过载测试过程中该系统具有承受高冲击的能力,并能精确地采集到信号微弱变化,保证了弹体在飞行中记录数据的准确性。     

基于大变形分析的动不定体系的求解

动不定体系由于内部存在机构位移,其求解过程不同于动定体系。为了全面了解动不定体系的受力性能,本文对其相容及非相容平衡方程的求解进行了详细的分析和推导;同时,由于动不定体系求解过程涉及大位移,本文对通常建立在小变形假定下的变形协调方程进行了重新推导,采用建立在大变形基础上的变形协调方程对有限机构进行求解,并由此编制了相应的计算程序。算例分析表明本文计算方法是精确和有效的,可用于确定动不定体系的平衡状态和内力。     

基于MEMS加速度传感器的步态识别

针对最小采集约束条件和经历长时间跨度下识别率低的问题,提出一种基于MEMS加速度传感器的步态识别算法。该算法以右髋部位置采集加速度信号构造多个高斯差分尺度空间,利用局部关键点生成稀疏表示的步态特征位置模板,并采用模板融合来有效转换稀疏性步态周期特征,最后利用最近邻算法和投票机制对步态特征进行识别。在公开的含175名测试者的步态加速度数据集上进行测试,实验结果显示识别率为98.67%和认证率为99.89%,并进一步研究了测试集和训练集样本数目对识别效果的影响,验证了特征提取的有效性和稳定性。     

A fibre sensor based frequency analysis of surface waves at hollow cone nozzles

The characterization of the disintegration process caused by sheet break up, e.g. at hollow cone nozzles (HCN) is of fundamental importance for a better understanding of the drop formation process. This paper introduces our new measuring device capable of resolving surface wave formation and propagation on the sheet along main streamlines of the flow. Furthermore, it reveals the development of adapted algorithms for the data and image evaluation. Two different frequency ranges are found for the oscillations on the sheet at higher viscosities, showing a superposition of different spectra in each case. The wave bands in the lower frequency range 10<f _low<80 s⁻¹ are considered to be irrelevant for the disintegration process. Surface waves with higher energy content at given conditions are found within a range 300<f _high<1,500 s⁻¹ probably leading to sheet disintegration. Results obtained from a photo-based evaluation show good agreement compared to the frequency analysis.     

旋转式光纤捷联惯导系统的误差效应分析

旋转式光纤捷联惯导系统的误差效应研究关乎系统的设计和精度的提高.在建立惯性元件误差模型的基础上,分析了系统的旋转调制原理,推导了惯性元件的零偏、安装误差、标度因数误差和随机误差在单轴单方向旋转下产生的误差效应,仿真研究了转速大小对系统精度的影响.结果表明,旋转调制可以有效补偿与转动轴垂直方向惯性元件的零偏,且转速越大效果越好;旋转调制会引入额外的标度因数误差效应,且转速越大误差越大.在设计旋转式捷联惯导系统时,要求惯性元件的标度因数误差和安装误差尽可能小,并且转速不宜过大,采取正反旋转相结合的方式可以取得更显著的误差补偿效果.     

Crack characteristic analysis of multi-fault rotor system based on whirl orbits

Nonlinear Dynamics - In this paper, the nonlinear crack characteristics of different multi-fault rotor system are analyzed for crack detection based on whirl orbits. The nonlinear crack response...     

Dynamic behavior analysis of tethered satellite system based on Floquet theory

Nonlinear Dynamics - In this paper, an n-star general dynamic model of tethered satellite system with closed-loop configuration is provided. An analytical method for periodic solution stability of...     

基于故障树的多光纤陀螺冗余系统可靠性分析

多光纤陀螺冗余系统的可靠性分析是惯性测量系统健康状态管理中的一个关键问题.针对传统可靠性分析方法没有考虑共因失效以及在考虑共因失效后难以得到可靠度解析解的问题,提出通过一种多 Beta 因子模型描述多光纤陀螺冗余系统中的共因失效现象,并采用故障树分析方法定量评估常用多光纤陀螺冗余系统的可靠性.算例分析表明,不考虑共因失效或采用简化的共因失效模型会得到相对乐观的可靠性分析结果,从而增加系统失效的风险,因此需要采用多 Beta 因子模型.采用多 Beta因子模型后,通过故障树定量分析方法得到了典型系统可靠度的解析解,结果令人满意.     

基于卷积非粘滞阻尼模型的超高层结构风效应分析

有限元方法中相对于对结构质量与刚度特性的描述,结构阻尼的描述仍具有较大的模糊性。随着新型建筑材料与复杂结构体系的发展,以及对计算机模拟要求的提高,阻尼作用的机理与相应阻尼模型的研究成为值得关注的问题。基于一种阻尼力与质点速度历程相关的卷积非粘滞阻尼模型,采用微分求积求解算法,对一个大型复杂超高层建筑结构的风振响应进行了分析,并与常用的比例粘滞阻尼模型进行了对比。对卷积非粘滞阻尼力模型系统的响应特征进行了分析,特别是该模型的松弛效应对结构响应的影响。另外,作为将这种新阻尼模型应用于实际工程的一次探索,本文采用微分求积算法,建立了一套可将该阻尼模型及其求解算法嵌入通用有限元软件的求解系统,可用于复杂结构的动力响应分析。     

基于可观测性分析的光纤陀螺SINS/测速仪组合系统技术

为了简化求可观测度的过程,便于导航时利用状态变量可观测性分析结果进行姿态解算。在仔细研究了分段定常系统(PWCS)的可观测性分析方法,以及基于奇异值分解的系统状态可观测度分析方法的基础上,提出了一种改进的状态可观测性分析方法,该方法在求可观测度时,不需要量测值,利用可观测性矩阵奇异值分解后的V阵即可进行可观测性分析;利用该理论得到的结果,在SINS/测速仪组合导航解算过程中只对可观测度好的俯仰角误差和横滚角误差进行反馈校正,不反馈可观测度较差的航向角误差,仿真结果证明,这种有选择的反馈校正方法可以保证姿态角在导航开始几秒钟内就快速收敛。     

基于改进猴群算法的传感器优化布置方法研究

提出了一种基于新型智能算法一改进猴群算法的传感器优化布置方法.考虑传感器优化布置的特点,采用整数编码的方式给出了猴群的位置,克服了猴群算法只能解决连续性变量优化的问题;在初始化猴群位置时通过引入欧氏距离来增强猴群的多样性,以提高其全局搜索能力;并在爬过程中加入和声算法中的随机扰动机制,来提高其局部搜索能力;文末以大连世贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择.结果表明,改进的猴群算法能较好地解决传感器优化布置问题,较经典的序列法有其明显的优越性.     

基于动态本构模型的整流罩铰链系统自冲击分析

整流罩铰链系统结构分析是大型整流罩分离分析的重要环节,也是国内新一代运载火箭研制过程中的关键技术之一。基于30CrMnSiA和ZTC4-1的力学性能试验研究,得到材料的动态本构模型,并建立整流罩及动态本构模型下的铰链系统有限元模型。通过非线性显式动力学分析方法,对铰链系统自冲击过程进行仿真,得到冲击作用下铰链系统的应力和应变情况,并通过内力分析得到自冲击过程中铰链系统的主要内力形式。最后,通过比较铰链系统动态本构与准静态本构下的自冲击响应,验证并说明了动态本构模型对铰链系统自冲击仿真的影响。计算结果表明,自冲击作用会使铰链系统发生塑性变形,且动态本构模型有利于反映真实结果,为新一代运载火箭的研制提供一定的参考价值。