【摘 要】
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六维加速度传感器是同时测量空间中三维线加速度信息和三维角加速度信息的传感器,能实现对物体运动状态的全面感知。由于其信息获取的多元性、便利性等优点,其在机器人、航空航天、健康监测等领域有着广泛的应用前景。然而,对于MIMO系统,其输入输出之间总会存在着一定的耦合特性,影响着传感器的性能。因此,开展传感器静态耦合的研究工作,对提高传感器的测量精度具有重要作用。本文以前期研制的压电式六维加速度传感器为研
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六维加速度传感器是同时测量空间中三维线加速度信息和三维角加速度信息的传感器,能实现对物体运动状态的全面感知。由于其信息获取的多元性、便利性等优点,其在机器人、航空航天、健康监测等领域有着广泛的应用前景。然而,对于MIMO系统,其输入输出之间总会存在着一定的耦合特性,影响着传感器的性能。因此,开展传感器静态耦合的研究工作,对提高传感器的测量精度具有重要作用。本文以前期研制的压电式六维加速度传感器为研究对象,开展了传感器的静态解耦方法与实验研究。基于传感器的基本原理,研究了传感器的静态耦合特性,并探讨了解耦效果的评价指标;结合提升传感器解耦性能的需要,开展了传感器静态解耦的方法研究,开展了离线解算验证工作;搭建了静态实验系统,完成了传感器静态在线测量的实验研究。主要研究工作内容如下:(1)研究了传感器的静态耦合特性。从传感器的结构模型入手,分析了传感器输出信号的符号和幅值特征,推导了其输出信号之间的特征关系;分析了传感器输出信号与测量加速度之间的耦合形式,研究了影响传感器静态耦合的因素;结合传感器测量特性,讨论了静态解耦效果的评价指标,并论证了其合理性。(2)对比研究了传感器的静态解耦方法。基于传感器输入输出基本特性,研究了传感器静态线性解耦方法;从传感器线性解算结果的非线性误差入手,研究了LS+SVR混合补偿静态非线性解耦方法;从传感器原始输出电压的非线性拟合误差入手,研究了电压非线性映射的静态非线性解耦方法;结合传感器样机的静态实验数据,利用MATLAB工具,进行了离线解算实验研究,验证了所研究静态解耦方法的可行性。(3)建立了传感器在线测量实验系统。针对传感器的静态测试特点,设计了一种基于步进电机的角振动装置;结合所研究的静态解耦方法,开发了基于LabVIEW平台的静态解耦在线测量软件;利用传感器样机,完成了压电式六维加速度传感器的在线测量实验,验证了所研究静态解耦方法的可行性。本文在分析压电式六维加速度传感器静态耦合特性的基础上,研究了传感器的静态解耦方法,提高了传感器的测量精度;为该类传感器的静态解耦研究提供了参考。
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