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国外传感器性能校验的现状研究

编辑:永利电玩城????来源:未知????发布时间:2019-11-18 15:01????浏览量:
传感技术作为信息技术的三大支柱之一,广泛应用于诸多领域,在全世界多个国家得到迅速发展,尤其以美、日、德、俄四个国家领先,例如,航空领域广泛应用的 MEMS 压力传感器大多来源于美国 Kulite企业和 AST 企业; 美国 Lockheed Martin 企业、Luna 检测企业和 Luna 能源企业联合研制的光纤分布式应变传感系统被用于实时在线监测飞机应变; 检测发动机舱及氢燃料站氢气泄露的电化学式氢过程传感器主要由美国 Applied Sensor 企业研制。国外传感器技术相比我国更为先进的原因不仅在于设计理念和生产工艺的先进性,还在于拥有先进的传感器校验及测试技术作为技术支撑。飞
 
行器上的结构力测试在新飞机的认证上起着决定性的作用。目前用于应变传感器校验的测试装置造价昂贵、结构过于复杂、制造过程需要耗费大量的时间。为此,Marcus[2]开发了一种面向飞行器结构载荷的传感器校验程序。该校验程序是在地面稳定条件下,将应变仪或光纤采集到的已知点载荷的响应,通过最小二乘曲线拟合算法导出载荷方程的参数,并通过传感器提供的结构载荷的局部信息确定传感器之间的关系,从而计算出相对于每一个飞机方向的参照条件的结构载荷,得到飞行期间所经历的最全面的载荷谱,从而实现飞行载荷的实时监测和验证。该传感器校验程序通过开展 DLRDiscus - 2C 飞机结构载荷的现场校验( 如图 1 所示) 进行验证。结果表明: 传感器校验程序应用简单,适用对象从基本的飞机到复杂的现代大型运输飞机实现了全覆盖。
 仪器校验
飞机的三维风矢量通过地面速度与真实空气速度矢量之间的差值计算得到,这两种速度的任何误差都会直接影响风速值的计算。空气速度矢量的大小由静态和动态压力计算得到,方向由攻角和侧滑角定义,其大小和方向均容易受到飞行器本身的压缩等行为影响从而出现失真。Mallaun[3]提出了一种用来测量大气边界层传感器系统的风速测量的理论仪器校验方法。其仪器校验思路是根据实际飞行状态,以 Rosemount 模型为基础建立三维风矢量校验计算模型,以“静态校验”的方式,即稳定飞行条件来导出有关参量的校正函数; 当误差显著时,采用“动态校验”的方式,即变化飞行条件来量化和修正动态校验-依赖关系,从而实现在飞行状态下对传感器的空气速度矢量等有关参数及其测量不确定度的修正。通过 Cessna Grand Caravan 208B 上的气象传感器的试验验证,证实利用该理论校验方法确实可以提高传感器系统对大气边界层的高频测试的准确度。确定测量物体相对于水平面和北向的旋转是航空导航中的一个关键任务。传统的传感器校验方法是离线模式下在仪器校验期间通过测量获得有关参数。Du宎n Neme[4]以三轴陀螺仪( 测角速度) 、三轴加速度计( 测量包括重力在内的局部系统的加速度) 和三轴磁力仪( 测量地球磁场感应) 的融合为例,提出了一种基于实时处理所有变量的均方误差估计的自适应自异构融合算法,并基于此算法建立了一种基于机器学习的实时仪器校验方法,如图 2所示。该校验方法运行时以在线模式工作,可以实现在工作环境中对传感器的热漂移进行补偿,而不需要在实验室中进行重新校验。结合传感器的仿真模型和真实的MEMS 传感器的对比结果,证实该自适应融合校验算法可以自动识别运动状态是否连续稳定,具有更好的动态性,且参数更容易直接测量。通过调整,该校验算法还可应用于其他传感器融合的场景( 例如: GNSS 系统-绝对速度位置传感器与加速度计的组合; 脉冲体积传感器和流量传感器的组合等)
 仪器校验
目前,国外普遍采用理论分析为主、试验辅助验证的方法开展传感仪器校验方法的研究工作,且更注重理论研究。已有的研究成果表明: 该模式除了可以避免大量财力的损耗,还可以极大地提高传感器在实际工作环境下的测量准确度,同时可利用计算机实现传感器性能校验的智能化及自动化[5 - 6]。

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