磁阻传感器及其在飞行体姿态测试中的应用

介绍一种新型高灵敏度磁阻传感器的工作原理和使用方法,并用该传感器对飞行体的姿态进行了测量.根据线圈切割地磁场磁力线产生感应电动势的原理,通过理论推导得出飞行体姿态测试的计算方法,设计了一种基于磁阻传感器的姿态测量系统,并对其实验数据进行了分析和处理.     

磁阻传感器测量地磁场初探

本文简单介绍磁阻传感器的原理及使用[1-6],利用其测量地磁场的水平分量及地磁场的大小和方向,实验较之正切电流计测量地磁场等方法具有简便易行、结果准确的优点。     

地磁场测量的研究

利用FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,测量地磁场水平及垂直分量,进一步测量出地磁场的大小和方向,改进了传统的测量地磁场的实验方法.     

基于双姿态传感器的关节运动角度测量方法

针对单自由度关节运动角度测量精度制约于传感器安装姿态的问题,文章以肘关节相对运动角度为测量对象,提出了一种基于双姿态传感器的关节运动角度测量方法。通过欧拉角法建立相应的数学模型,详细阐述了运用双姿态传感器对关节运动角度进行测量的测量原理;并通过静态验证实验与动态对比实验对该测量方法进行了验证。实验结果表明:采用该方法对关节相对运动角度进行测量,于传感器安装姿态无任何特殊要求,测量精度可以达到±0.5°,在实际测量应用中切实可行。     

基于动力学方程测量地磁场水平分量

常见的地磁场水平分量测量包括了光泵磁振法、霍尔传感器法、正切电流计法、扭秤测量法等,但都存在着复杂物理量的确定过程.通过单摆测定重力加速度的实验类推,得到了基于动力学方程测量地磁场水平分量法,建立亥姆霍兹线圈的电流和小磁针振动周期之间的关系,并巧妙地由直线拟合得到了地磁场水平分量大小,测量的结果与已有文献数据基本吻合.该方法过程简单,设计原理正确,有一定的理论和实践意义.     

空投系统航向测量方法研究

航向信息是空投系统运行中一个非常重要的参数,磁航姿系统能够利用地磁场来测量载体的姿态信息,体积小、精度高,但却易受外界磁场的干扰,而惯性器件恰好具有不受环境磁场影响的特性,我们可以将两种传感器组合起来,共同测量载体的航向信息。经过仿真验证,外部姿态信息的引入极大改善了系统的航向误差,满足空投系统应用需求。     

旋转导向系统有色噪声的改进无迹卡尔曼滤波方法

在旋转导向钻井系统的姿态测量过程中,三轴加速度计测量数据中包含大量有色噪声,严重影响井底组合钻具姿态测量的精度。基于旋转坐标变换的四元数理论,结合所建立的三轴加速度噪声模型,提出一种改进无迹卡尔曼(UKF)迭代滤波算法。此方法利用陀螺测量原理构造观测方程和时变状态方程,将实时解算出的钻具姿态以四元数的形式更新时变状态方程中三轴角速度,通过更新观测方程加速度噪声模型实现加速度计传感器数据中有色噪声的UKF迭代滤波。实测数据滤波的结果表明,此方法可有效滤除加速度传感器数据中的有色噪声,保证旋转导向钻具姿态测量的精度。     

航磁矢量测量姿态坐标变换技术研究

在航空物探领域,航空矢量磁测目的是测量空间某位置的磁场三分量信息,方法是通过安装在飞行器中的三分量磁力仪实时测量地磁场的三分量数据,并由惯性导航系统实时记录飞机姿态信息。惯性导航设备记录的姿态信息基于地理坐标系,而三分量磁力仪设备测量的磁场值基于载体坐标系。通过分析地理坐标系与载体坐标系之间的对应关系,推导建立航磁测量姿态变换方程,为航磁测量姿态坐标变换提供理论依据。通过姿态坐标变换分析,结合模拟飞行实验,验证了姿态变换方法的正确性和有效性。     

基于Phyphox软件测量地磁场的一种普适性方法

通过对地磁场矢量进行分解，提出运用手机Phyphox软件测量地磁场的一种普适性方法.该方法原理简单且易于操作，可用于实验教学，鼓励学生利用日常工具来解决物理问题，培养学生物理学科核心素养和发展创新意识.同时，该方法也可在导航、探矿等地磁场应用领域进行粗略的地磁场测量.     

一种高精度电子罗盘的设计

提出了一种高精度电子罗盘设计方案.完成了硬件电路设计,给出了主要软件的设计思路.电子罗盘以DSP为核心处理器,采用磁阻传感器敏感地磁场三维分量、微惯性测量单元实现载体姿态和地磁扰动补偿,实现了载体磁方位的高精度测量.设计了本机数据显示和以太网接口,既可以作为个人导航设备,也可作为导航系统的一个节点.     

基于人工神经网络的卫星姿态信号处理

地球遥感卫星的技术难点之一是保持有足够的姿态控制精度．通常卫星的姿态由单一传感器获得,为得到高的姿态精度,需要对多个传感器信息进行综合处理．针对由惯性基准、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态测量系统,提出并设计了带反馈的ＢＰ人工神经网络进行信号处理．研究表明,该方法可以抑制红外地平仪轨道周期误差和卫星进入阴影区时对测量系统的影响,从而使系统的测量精度得以很大提高．     

弹体姿态估计数据融合算法研究

为了测量剧烈变化的弹体滚转角姿态,设计了高、低量程配置的传感器测量方案,利用UKF滤波器,对弹体滚转姿态进行估计.为了提高弹体飞行中间段的滚转姿态测量精度,进一步设计了状态融合和量测融合两种数据融合算法.仿真研究表明,量测融合算法精度高、实时性强.     

三维空间磁场结构数学模型及磁场方式三维定位装置

推导单圆环线圈三维空间磁场数学表达式并建立了磁场方式三维定位系统数学模型 ,在此基础上研制磁场方式三维定位装置 ,实现三维磁传感器探头六自由度实时定位及一维磁传感器探头五自由度实时定位 .该装置提供了一种利用对人体无害的磁场来测定内窥镜探头等医疗器械在人体内的三维位置及姿态的新方法 .     

十字型鸭翼子弹药控制系统研究

为解决子弹药的杀伤效能低的问题,提出了一种十字型鸭式子弹药并对其进行控制系统的分析与设计.针对子弹药不断旋转摆动的问题,分析了子弹药控制力的产生原理,提出一种周期平均控制力的方法,建立了旋转摆动子弹药数学模型.为验证子弹药的飞行稳定性,应用Matlab软件进行了无控飞行轨迹仿真,得出子弹药水平位移为450 m,攻角变化在0.4°以内,满足稳定性要求.由于子弹药控制通道间具有较强耦合作用,设计了一种特殊的前馈补偿法来对子弹药进行解耦,设计了PID控制器对子弹药控制效果进行了仿真,结果表明解耦后控制通道间的耦合效果基本消失.      

钢丝绳断丝在线检测装置的研究

研究了工业用钢丝绳无损在线检测技术。根据电磁感应测量原理,自行设计了一种磁感应式钢丝绳断丝检测传感器及装置,实现了钢丝绳断丝的定量精确检测。其基本原理是,当检测到有断丝产生时,磁导率会降低,磁阻增加,电感量减小,导致线圈不平衡产生感应电动势,进而判断出钢丝绳断丝的情况。该方法克服了传统的漏磁检测技术不能精确检测钢丝绳内部断丝的不足,具有检测精确度高、体积小、制造成本低等特点。经多次实验室检验和工业实验,证明了该设计的正确性,检测精度达到了95%以上。推广后将取得很好的经济和社会效益。     

用四面体结构磁偶极子对内窥镜定位探头微型化的研究

介绍使用磁场方式来测定微型内窥镜探头在人体内三维位置及姿态角的一种方法 .根据位于正四面体上的六对极性相反的磁偶极子线圈在其周围空间产生的磁场以及附着于内窥镜探头上的磁场传感器在该磁场空间任意点以任意姿态感应磁场时所获得的信号 ,建立以空间位置 (x ,y ,z) ,姿态角 (α ,β)为未知数的五元非线性方程组 .求解该非线性方程组 ,就可以由磁场传感器所获得的测量数据计算出对应的一组位置和姿态 (x ,y ,z,α ,β) 信息 ,从而实现微型内窥镜探头的三维定位和跟踪     

纳米晶体磁环对磨粒传感器灵敏度的影响

为了提高在线式磨粒监测传感器的监测灵敏度,设计了一种内置纳米晶体磁环的电磁式磨粒传感器.通过建立传感器内部磁场分布及输出感应电动势的数值模型,系统地研究了传感器感应线圈磁环和激励线圈磁环尺寸特征对磨粒监测灵敏度的影响规律.仿真及实验结果表明:纳米晶体磁环对传感器灵敏度具有显著影响.具体表现为:为激励线圈和感应线圈同时添加特定尺寸的磁环可使磨损颗粒引起的传感器输出感应电动势幅值增大4~7倍.该方法可大幅提高传感器对微小磨粒的监测能力,对大型机械设备的早期故障诊断和故障预警具有重要意义.      

应用磁强计和加速度计的连杆运动角度计算

为解决多关节连杆连续变换中的运动姿态求解问题,研究通过磁感应强度和加速度测量并求解运动模型和姿态位置的方法,利用地球磁场和重力场在地理坐标系和基础坐标系之间的方向余弦转换进行绝对角度运算,得到姿态角(航向角、俯仰角和滚转角)的磁感应强度和加速度表示.分析了坐标系变换过程中的角度转换,推导出连续变换过程中连杆姿态角和连杆间夹角的关系式,并以一个实例作了验证分析.该模型能够解决姿态角和绝对运动角的转换,在连杆运动姿态表示中有较好的通用性.     

肿瘤热疗交变磁场中场强分布测量装置

为了得到热疗用交变磁场场强的空间分布,设计并研制了基于DSP的磁场测量装置.该装置由3个部分构成:交变磁场传感器、感应电压信号处理采集模块和线圈传感器的三轴运动导轨.交变磁场传感器由面积很小的单匝线圈构成,相对较大的磁场分布空间,通过小线圈的磁场可近似视为均匀.线圈测得的磁场信号经过前端处理转化为数字信号.通过三轴运动导轨控制传感器的位置可以得到空间各点的磁场强度信号.由于DSP F2812具有良好的运动控制功能以及片载A/D较高采样的频率,可用来控制整个系统.根据磁场强度的分布可以确定热疗中升温效果最好的空间.