Arduino开源平台在低成本加速度与动态位移直接测量中的应用

发布时间：2021-08-16 10:48

　　实时位移是结构健康监测及振动控制所需的重要参数,但固定参考点式位移计法及非接触摄录式位移测量法成本均较高,而加速度二次积分重构位移算法受积分初始条件影响导致误差可控性差。本研究利用Arduino开源微控制器平台的开放性和微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical-Systems,MEMS）型加速度计的成本优势,结合内嵌式加速度重构位移Lee算法对积分初值条件的低依赖性特征,开发了一种低成本、加速度和动态位移直接测量系统,并配合内置SD卡模块实现了实时采样、数据存储功能。基于小型振动台对比实验,验证了该系统对简谐振动、地震动加速度、桥梁墩顶横向位移测量的有效性和精度。结果表明:地震动加速度激振下,该系统与成熟加速度测量系统峰值误差低于7%;实测桥梁墩顶横向位移激振下,该系统与线性可变差动变压器式相对位移计（Linear-Variable-Differential-Transformer,LVDT）最大测量误差低于10%。 

【文章来源】：传感技术学报. 2020,33(01)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

Arduino型振动采集系统

在实现Lee算法的嵌入式开发时,本研究选用典型结构卓越频率上限fT和常用的系统采样频率fs(本研究中取100Hz),利用MATLAB、根据式(3)～式(7)计算出有限脉冲响应窗时间点数N、最优正则系数λ、线性代数综合算子L等参数,并利用 Arduino IDE程序编译环境,将式(2)的算法及 MATLAB 计算出的位移重构系数矩阵C进行成功编译后,烧录入Arduino微控制器中,实现加速度重构位移的Lee算法嵌入式开发,并对开发完成的实时位移数据采集系统进行振动台试验验证,以考察其可靠性和精度。具体的硬件和软件开发流程如图2所示。3 实验验证及结果讨论

验证实验中,LVDT相对位移计安装于固定在振动台基础上的门式钢支架上,铝制槽型架固定在台面上用于稳定布设加速度计和Arduino采集系统,并作为LVDT的采样点。Arduino采用9 V直流电池盒供电,LVDT、加速度计及数据采集仪采用实验室直流供电系统。整个测试系统见图3所示。3.2 振动台输入信号及评价指标

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3345532