电子天平抗震动设计技术研究

发布时间：2020-06-22 21:35

【摘要】：电子天平是一种高精度质量称量仪器,广泛应用于质量控制、化工、外贸、医疗、国防建设与科学研究等各个领域。近年来,城市轨道交通快速发展,建筑工地越来越多,使得电子天平的使用条件难以满足要求。受环境震动的影响,电子天平易出现数据不稳、信噪比降低、重复性误差变大、准确度降低等系列问题。欲在保证称量精度的前提下改善电子天平称量的动态稳定性,提高称量的准确度,必须研究震动因素对电子天平计量性能的影响并探讨其解决方法。本文针对常规数字滤波器抗震动滤波方法存在的不足,开展基于自适应LMS(LeastMean Square)算法的电子天平抗震动设计技术研究,主要包括以下内容:第一章为绪论部分,概述课题来源与研究背景,分别阐述自适应滤波技术消除震动干扰与电子天平抗震动技术的研究现状,探讨电子天平抗震动技术的研究意义,简要介绍文章的结构安排;第二章,分析影响电子天平计量性能的震动来源与震动信号频谱特性,介绍不同称重传感器的构成及原理,构建相关传感器系统的动力学模型,推导不同称重传感器的相关传递函数;第三章,简要分析采用常规数字滤波器抗震动滤波存在的不足,对自适应滤波器原理进行描述,并详细介绍自适应LMS算法及其性能,阐述自适应LMS算法消除电子天平震动干扰的原理;第四章,结合经典LMS算法存在收敛速度和稳态误差之间的矛盾,针对基于不同改进自适应LMS算法的应变式电子天平抗震动技术进行探讨,分析经典改进算法采用的变步长策略,并完成仿真实验研究,最终得出采用基于GVSS-LMS(Gradient Variable Step Size Least Mean Square)自适应算法对应变式电子天平进行抗震动滤波处理效果更佳的结论;第五章,首先详细分析NVSS-LMS(New Variable Step Size Least Mean Square)算法的机理,然后深入探讨算法中关键参数的选取对滤波性能的影响,并给出算法中关键参数的自适应确定方法,最后完成基于包含NVSS-LMS算法的电子分析天平抗震动滤波处理仿真实验对比研究;第六章,完成算法的有效性与可靠性验证。针对实验室研发的200g/1mg水分测定电子天平,完成基于GVSS-LMS算法的抗震动性能检定实验;针对220g/0.1mg的电子分析天平,完成基于NVSS-LMS算法的抗震动性能检定实验。仿真及试验结果表明,采用本文相应方法对不同类型电子天平进行抗震动滤波处理的电子天平能在普通木质实验台上准确称重,不受榔头敲击实验台等冲击性震动的影响,在保证精度的前提下改善了电子天平称量的动态稳定性。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH715.116
【图文】：

，。通震动的频率在２？１６０Ｈｚ范围，其中，以５￣６３Ｈｚ的频率成分较为集多在６５？９０ｄＢ范围内［４２］。逡逑建筑施工震源主要有建筑工地上打桩机、打夯机、水泥搅拌机以及运的各种大型机车等震源，其中以打桩机震动强度最大，打桩机的震动震动的一种，其震动强度相对比较大。逡逑对于实验室电子天平，外界环境震动及试样加载的冲击力都是影响其震动来源。震动主要通过建筑物支承结构或空气传递给电子天平，使数据产生较大波动［２９］。其中，外界环境震动是一种宽频带的随机震动，为微米、亚微米量级，加速度在ｌ0＿５￣ｌ0＿７ｇ量级［２９］，它包括行人走动设备激励交通造成的非稳态随机震动；空调、风机等通风排气设备产震动；恶劣天气大风吹刮引起的建筑物的震动；室外正在运行的机器的燃放等引起的震动；震动幅度不大的地震引起的震动；管道修理、的敲打、托运重物或由测量者不小心撞击天平桌或天平盘面等引起的Ｉ２９，４５，４７１。图２．１？图２．４给出了几种影响电子天平称重的震动源的时域图１１逡逑

图２．４地震引起的震动时域图逡逑境震动震源较多，震动波传递途径复杂，并且由于精密仪器、支撑结源等都具有非常复杂的动态特性，使得实际系统中的动态激励具有十谱特性，并且其大小随机变化。电子天平环境震动测量关注的频率范．１？１６０Ｈｚ：行人走动产生的震动频率一般为ｌ￣３Ｈｚ，车辆等物体移动频率在２？１６０Ｈｚ，通风排气设备产生的震动频率在０．１？２Ｈｚ，地震之频率在０．１？３０Ｈｚ［２９，４２］。逡逑动对电阻应变式称重传感器输出的影响机理逡逑节首先介绍应变式称重传感器的工作原理与结构特性，然后构建应变器动力学模型，米用时间域建模法计算出传感器二阶传递函数参数，动对应变式称重传感器输出的影响机理。逡逑电阻应变式传感器结构特性与工作原理逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李菲;滕召胜;黄强;李亚;林海军;;基于梯度变步长LMS的电子天平抗震设计[J];仪器仪表学报;2016年12期

2 张红梅;韩万刚;;一种新的变步长LMS自适应滤波算法研究及其应用[J];仪器仪表学报;2015年08期

3 黄强;滕召胜;唐享;林海军;潘克敏;;电磁力平衡传感器非线性的温度影响与补偿[J];仪器仪表学报;2015年06期

4 张艳;;岩矿测试中影响电子天平准确性的因素[J];中国计量;2015年06期

5 冯娟;汪冬亮;范克;胡煜;;天平振动的研究[J];物理实验;2015年04期

6 冯娟;仇立山;汪冬亮;范克;胡煜;;天平振动的研究[J];实验室科学;2014年05期

7 程浩宇;马思乐;丁业松;刘春明;;基于F2812高精度抗震动电子天平系统设计[J];工业控制计算机;2014年08期

8 张鹏飞;雷晓燕;高亮;刘庆杰;蒋崇达;;铁路环境振动对厂房内精密仪器的影响分析[J];振动与冲击;2013年16期

9 庄育锋;翟宇;;微量药品单元动态称重系统的设计与实现[J];仪器仪表学报;2013年02期

10 周全;徐科军;杨双龙;;杆式应变天平变负载动态建模和分段动态补偿[J];电子测量与仪器学报;2012年04期

相关博士学位论文 前4条

1 浦玉学;自适应振动噪声主动控制若干关键问题研究[D];南京航空航天大学;2015年

2 高志远;基于前馈与混合自适应算法的振动主动控制方法研究[D];上海大学;2014年

3 李宁;LMS自适应滤波算法的收敛性能研究与应用[D];哈尔滨工程大学;2009年

4 王田友;地铁运行所致环境振动与建筑物隔振方法研究[D];同济大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 蒋婷;电子分析天平动态称量算法研究[D];湖南大学;2015年

2 任亚奇;电子分析天平的智能PID调节技术研究[D];湖南大学;2015年

3 莫晶;基于自适应噪声抵消系统的不同滤波算法研究[D];云南师范大学;2014年

4 夏晓;自适应滤波器中LMS算法的研究及应用[D];北京邮电大学;2013年

5 李建闽;基于MSP430F5438的新型水分测定仪设计[D];湖南大学;2012年

6 邵万里;精密电磁力平衡传感器设计[D];湖南大学;2012年

7 叶红霞;220g/0.1mg智能电子分析天平软件设计[D];湖南大学;2012年

8 张思功;行走作用下组合楼板振动的数值分析方法研究[D];北京交通大学;2013年

9 陈良柱;210g/0.1mg智能电子分析天平电路设计[D];湖南大学;2010年

10 杨敏;基于MSP430F449的智能电子分析天平设计[D];湖南大学;2009年

本文编号：2726277