基于混沌理论的电容检测方法研究

发布时间：2017-10-14 15:43

  本文关键词：基于混沌理论的电容检测方法研究

  更多相关文章： Duffing方程 混沌检测系统 电容传感器 微弱信号检测 Floquent乘子

【摘要】：本文基于北京市地震局地壳运动监测工程研究中心分量钻井应变仪的项目背景,针对地壳运动产生的微位移的检测难题开展研究。经过归纳整理常用的“电容—位移”测量方法,并结合混沌理论,提出了两种运用电容极板变化来检测微位移的混沌方法:基于相轨迹图的混沌方法与基于扩展Floquent乘子的混沌方法。通过对传统的电容极板变化来检测位移变化的分析与仿真,我们发现用电容检测微位移变化存在的困难是待测信号幅值微小,噪声强,检测精度不高,且电路实现复杂。为了解决这个问题,我们利用混沌的初值敏感性与抗噪性,提出两种可以应用于电容检测微位移变化的方法。第一种是基于相轨迹图的混沌方法。该方法将待测信号作为系统驱动力输入到Duffing混沌系统,通过观察相轨迹图的变化与调节驱动力的大小,求得待测信号幅值。经过仿真验证,该方法能够达到nV级精度,在信号频率为10rad/s时,信噪比为-76db,门限相较于锁相放大器方法降低了46db,并且对高斯白噪声、谐波噪声与直流误差噪声都有较强的抵抗力。第二种是基于扩展Floquent乘子的混沌方法。该方法通过求解Duffing混沌系统系统驱动力与扩展Floquent乘子的函数关系,再通过最小二乘拟合的方式确定待测信号的幅值。经过仿真验证,该方法在信号频率为10rad/s,幅值为0.001V,噪声采样率为0.01秒,信噪比为-20.79db的情况下,相对误差达到7.7%,而锁相放大器方法在同样条件下的相对误差为417.8%。随着信噪比降低,基于扩展Floquent乘子的混沌方法表现出具有良好的抗噪性。最后得出结论,基于混沌理论的电容检测微位移变化的方法性能优异,具有前景,同时也分析了该方法的现存缺点与未来需要研究的方向。
【关键词】：Duffing方程 混沌检测系统 电容传感器 微弱信号检测 Floquent乘子
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH762.2;O415.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 本文研究背景和意义9-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.3.1 电容检测技术发展现状12-13
• 1.3.2 混沌理论及其在信号检测中的应用发展现状13-14
• 1.4 本文的主要工作与内容安排14-16
• 1.4.1 本文主要内容14-15
• 1.4.2 本文文章结构15-16
• 第2章 位移检测所用电容传感器原理简介16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 电容传感器分类16-20
• 2.3 差动变间距式电容传感器原理20-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第3章 检测电容信号的常规方法简介24-37
• 3.1 引言24
• 3.2 常规小信号检测方法24-29
• 3.2.1 滤波25-26
• 3.2.2 调制放大与解调26-29
• 3.3 锁相放大器方法原理29-33
• 3.4 锁相放大器方法在电容测量中的应用33-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 基于相轨迹图的混沌方法37-50
• 4.1 引言37
• 4.2 混沌振子基本理论37-39
• 4.2.1 混沌的概念37-38
• 4.2.2 混沌的基本特征38-39
• 4.3 基于Duffing振子的相轨迹图观测法39-46
• 4.3.1 Duffing振子模型与分析40-44
• 4.3.2 基于Duffing振子的相轨迹图观测法应用44-46
• 4.4 仿真分析46-49
• 4.4.1 Duffing混沌检测系统对三种噪声的抗噪性分析47-48
• 4.4.2 锁相放大器与Duffing混沌检测系统的检测精度仿真对比48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 基于扩展FLOQUENT乘子的混沌方法50-61
• 5.1 引言50
• 5.2 扩展Floquent乘子的计算方法50-52
• 5.3 基于扩展Floquent算子的混沌方法52-55
• 5.3.1 微弱信号幅值的估计过程52-54
• 5.3.2 基于扩展Floquent乘子的混沌方法应用54-55
• 5.4 仿真分析55-59
• 5.4.1 程序实现55-58
• 5.4.2 仿真结果分析58-59
• 5.5 本章小结59-61
• 结论61-63
• 参考文献63-68
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单68-69
• 致谢69

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 梁巍;;混沌理论[J];中国听力语言康复科学杂志;2007年05期

2 岳桦;用混沌理论诊治疾病──非线性理论在医学中的应用[J];国外科技动态;1999年11期

3 聂春燕,石要武;基于互相关检测和混沌理论的弱信号检测方法研究[J];仪器仪表学报;2001年01期

4 闫开印,谢进,陈永;机械设计和制造中的混沌现象及混沌理论应用[J];机械;2001年04期

5 顾丽莉,石炎福;混沌理论及其在流态化技术中的应用[J];云南化工;2002年04期

6 向小东;基于混沌理论与径向基函数神经网络的混沌时间序列预测[J];福州大学学报(自然科学版);2003年04期

7 杨家富,杨家宽;试论混沌理论对现代科学技术的影响和作用[J];南京林业大学学报(人文社会科学版);2003年03期

8 黄伟亮,刘金广;谈混沌理论对计算机领域的影响[J];天中学刊;2003年02期

9 刘洪;混沌理论的预测原理[J];科技导报;2004年02期

10 程静;从哲学的角度认识混沌理论[J];系统辩证学学报;2004年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 吴文辉;;混沌理论在高等工程实践教学中的应用[A];第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（下册）[C];2009年

2 单家银;;混沌理论在心理学中的应用[A];第十届全国心理学学术大会论文摘要集[C];2005年

3 魏红英;黄石旺;;混沌理论的前沿性及其对公共行政的贡献[A];地方政府发展研究（第三辑）[C];2008年

4 于伟;;公共组织动态的可控与不可控界限问题研究——基于混沌理论的范式[A];上海市社会科学界第五届学术年会文集（2007年度）（政治·法律·社会学科卷）[C];2007年

5 贺凯芬;;将混沌理论应用于非线性波动系统的几点思考[A];第六届全国网络科学论坛暨第二届全国混沌应用研讨会论文集[C];2010年

6 康勇;李晓红;王心飞;卢义玉;;工程非线性问题的混沌解决方案(英文)[A];第二十五届中国数据库学术会议论文集（一）[C];2008年

7 李雪松;冷永群;涂婉华;谢艳萍;薛莎;;混沌理论在动态心电技术中的运用现状[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年

8 王志良;孟文博;陈宏刚;永井正武;崔国伟;;利用混沌理论为急救中心预测突发疾病的应用研究[A];第11届全国电气自动化电控系统学术年会论文集[C];2002年

9 嘎日达;王雨田;;自组织临界性理论及其科学和哲学意义[A];复杂巨系统理论·方法·应用——中国系统工程学会第八届学术年会论文集[C];1994年

10 陈元津;严由伟;;混沌理论界域下的心理咨询与治疗观[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会（第三卷）[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前8条

1 耿建忠;混沌理论与作战理论创新[N];中国国防报;2003年

2 杨发庭;从混沌中把握规律[N];学习时报;2013年

3 耿海军;打击囤地不妨借鉴“混沌理论”[N];经济参考报;2010年

4 库兴;三种交易方式下三种投资人[N];期货日报;2003年

5 黄静;医学中的混沌理论[N];人民政协报;2003年

6 张西成;跨越混沌说决策[N];解放军报;2013年

7 王克强;万法归于自然[N];期货日报;2003年

8 本报记者 周毅;蝴蝶的力量[N];文汇报;2001年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 宋春云;基于混沌理论的水中混响建模及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

2 吴晨;几类神经网络模型的动力学分析及混沌理论的研究[D];复旦大学;2006年

3 周茜;混沌理论及应用若干问题的研究[D];南开大学;2010年

4 肖迪;混沌理论在数字产品安全中的应用研究[D];重庆大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 倪寅生;混沌理论用于预测网络游戏流量的研究[D];电子科技大学;2014年

2 张世嵩;混沌理论视野下合肥市农村社会治理路径创新研究[D];合肥工业大学;2015年

3 林霄;基于混沌理论的电容检测方法研究[D];北京理工大学;2016年

4 王学庆;混沌理论在复杂网络研究中的应用[D];大连理工大学;2009年

5 张挺;基于混沌理论检测微弱地震信号方法的探讨[D];长安大学;2013年

6 李仕群;混沌理论在期权定价中的应用[D];广州大学;2010年

7 孟镂，

本文编号：1031899