基于PVDF压电薄膜的双层十字交叉型颗粒碰撞传感器的基本特性研究
发布时间：2021-10-12 17:47
我国是世界第一粮食生产大国和第一粮食消费大国。近年来随着农业机械化的快速发展,谷物的生产效率和产量都有显著提升。收获作业作为生产中至关重要的环节,其过程中的损失是生产中最直接的经济损失,故检测收获机械的谷物损失对提高收获作业质量、降低经济损失都具有重要意义,谷物损失检测中的关键部件是颗粒碰撞传感器,国内外的众多学者都为研发具有更高的灵敏度、响应速度、检测饱和容量和抗干扰性能的颗粒碰撞传感器而不懈努力。近年来的颗粒碰撞传感器更多采用PVDF压电薄膜为新材料,阵列式为新结构,使其能够拥有更大饱和容量和获取碰撞位置信息,以期提高传感器的响应性能。本文创新提出一种基于PVDF压电薄膜的双层十字交叉结构的颗粒碰撞传感器,可以通过双层传感单元的同时响应,在提高饱和容量和获取碰撞位置信息的同时,对同时碰撞的颗粒进行区分。本文为设计性能更优良的颗粒碰撞传感器提供了新思路,为多层碰撞传感器响应性能的研究提供了有效方法。本文的主要研究内容和成果如下:（1）设计了基于PVDF压电薄膜的双层十字交叉结构的颗粒碰撞传感器,阐述其工作原理,并借助有限元仿真软件分析了传感单元尺寸与响应性能间的关系,优化其尺寸和结构...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩写、符号清单、术语表
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 我国谷物的生产及自动化收获现状
1.1.2 谷物损失检测的意义
1.1.3 谷物损失检测方法
1.2 基于压电原理的颗粒碰撞传感器的国内外研究进展及趋势
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.2.3 研究发展趋势
1.3 研究目标、内容及技术路线
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究主要内容
1.3.3 技术路线
1.4 本章小结
第二章 颗粒碰撞传感器设计与仿真
2.1 基于PVDF压电薄膜的双层传感器设计
2.1.1 基于PVDF压电薄膜的双层传感器设计依据
2.1.2 双层十字交叉型传感器结构
2.2 双层十字交叉型传感器工作原理
2.3 单片传感单元模态仿真分析
2.3.1 模态仿真过程
2.3.2 模态仿真结果
2.4 双片十字交叉传感单元瞬态仿真分析
2.4.1 瞬态仿真过程
2.4.2 瞬态仿真结果
2.5 本章小结
第三章 颗粒碰撞传感器及其实验装置研制
3.1 颗粒碰撞传感器研制
3.1.1 传感单元介绍及其一致性测评
3.1.2 颗粒碰撞传感器制作
3.2 颗粒碰撞实验台研制
3.2.1 实验台运动机构设计
3.2.2 摄像组件设计
3.3 数据采集系统与实验台控制系统研制
3.3.1 传感器的信号采集系统
3.3.2 基于STM8单片机的实验台控制系统
3.3.3 基于LabVIEW的实验控制台与信号显示软件
3.4 传感器性能实验设计
3.4.1 实验颗粒选择
3.4.2 传感器性能碰撞实验流程
3.5 信号优化及碰撞特征提取方法
3.5.1 信号的分析及优化
3.5.2 碰撞信号的特征提取方法
3.6 本章小结
第四章 颗粒碰撞传感器的响应特性研究
4.1 传感器的响应理论分析
4.1.1 振动响应分析
4.1.2 碰撞能量分析
4.2 传感器响应特性研究
4.2.1 重复性
4.2.2 信噪比
4.2.3 检测饱和容量
4.2.4 固有频率
4.3 上、下层传感单元间响应关系研究
4.3.1 响应幅值关系
4.3.2 响应时间关系
4.4 影响传感器响应的因素分析
4.5 实验与仿真结果的比对与验证
4.6 本章小结
第五章 碰撞信号的识别与计数方法研究
5.1 基于多传感器融合的信号处理方法
5.1.1 多传感器融合理论介绍
5.1.2 多传感器融合系统的应用及现状
5.1.3 多传感单元间的数据融合结构
5.2 连续碰撞多颗粒的识别与计数
5.3 同时碰撞的双颗粒识别与计数
5.3.1 横、纵坐标均不同的双颗粒碰撞
5.3.2 单一坐标相同的双颗粒碰撞
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要研究结论
6.2 主要创新点
6.3 进一步研究展望
参考文献
附录A 传感器各位置碰撞响应频谱图
附录B 不同高度碰撞下传感器各个位置上、下层响应最大振幅
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]多传感器信息融合在机器人技术中的应用[J]. 孙晓莉. 无线互联科技. 2018(02)
[2]基于层叠式PVDF作动器的混合隔振器的设计与特性研究[J]. 高俊,季宏丽,裘进浩. 振动与冲击. 2015(09)
[3]籽粒损失监测传感器敏感板局部约束阻尼设计[J]. 梁振伟,李耀明,赵湛,徐立章,唐忠. 农业机械学报. 2014(08)
[4]纵轴流联合收获机籽粒夹带损失监测方法及传感器研制[J]. 梁振伟,李耀明,赵湛. 农业工程学报. 2014(03)
[5]水稻籽粒碰撞力学特性研究[J]. 赵湛,李耀明,陈义,梁振伟,刘丽霞. 农业机械学报. 2013(06)
[6]多传感器数据融合技术概述[J]. 张延龙,王俊勇. 舰船电子工程. 2013(02)
[7]PVDF谷物传感器减振结构的动力学分析[J]. 赵湛,李耀明,陈义,梁振伟. 振动.测试与诊断. 2013(01)
[8]切纵流联合收获机夹带损失监测方法(英文)[J]. 梁振伟,李耀明,赵湛,陈义. 农业工程学报. 2012(S2)
[9]夹带损失传感器不同安装位置对籽粒检测精度的影响[J]. 唐忠,李耀明,赵湛,梁振伟,陈义. 农业工程学报. 2012(10)
[10]对称传感结构的谷物清选损失监测装置研制[J]. 毛罕平,刘伟,韩绿化,张晓东. 农业工程学报. 2012(07)
博士论文
[1]基于异类传感器信息融合的目标跟踪理论与方法研究[D]. 王琪龙.北京交通大学 2017
硕士论文
[1]多传感器信息融合及其应用研究[D]. 张志.西安电子科技大学 2017
[2]基于PVDF的三维触觉/热觉传感器的设计与仿真[D]. 谢娜.重庆大学 2014
[3]基于Arm9-Linux嵌入式系统的联合收割机信息处理平台的研究[D]. 张恬.江苏大学 2009
本文编号：3433030
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩写、符号清单、术语表
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 我国谷物的生产及自动化收获现状
1.1.2 谷物损失检测的意义
1.1.3 谷物损失检测方法
1.2 基于压电原理的颗粒碰撞传感器的国内外研究进展及趋势
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.2.3 研究发展趋势
1.3 研究目标、内容及技术路线
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究主要内容
1.3.3 技术路线
1.4 本章小结
第二章 颗粒碰撞传感器设计与仿真
2.1 基于PVDF压电薄膜的双层传感器设计
2.1.1 基于PVDF压电薄膜的双层传感器设计依据
2.1.2 双层十字交叉型传感器结构
2.2 双层十字交叉型传感器工作原理
2.3 单片传感单元模态仿真分析
2.3.1 模态仿真过程
2.3.2 模态仿真结果
2.4 双片十字交叉传感单元瞬态仿真分析
2.4.1 瞬态仿真过程
2.4.2 瞬态仿真结果
2.5 本章小结
第三章 颗粒碰撞传感器及其实验装置研制
3.1 颗粒碰撞传感器研制
3.1.1 传感单元介绍及其一致性测评
3.1.2 颗粒碰撞传感器制作
3.2 颗粒碰撞实验台研制
3.2.1 实验台运动机构设计
3.2.2 摄像组件设计
3.3 数据采集系统与实验台控制系统研制
3.3.1 传感器的信号采集系统
3.3.2 基于STM8单片机的实验台控制系统
3.3.3 基于LabVIEW的实验控制台与信号显示软件
3.4 传感器性能实验设计
3.4.1 实验颗粒选择
3.4.2 传感器性能碰撞实验流程
3.5 信号优化及碰撞特征提取方法
3.5.1 信号的分析及优化
3.5.2 碰撞信号的特征提取方法
3.6 本章小结
第四章 颗粒碰撞传感器的响应特性研究
4.1 传感器的响应理论分析
4.1.1 振动响应分析
4.1.2 碰撞能量分析
4.2 传感器响应特性研究
4.2.1 重复性
4.2.2 信噪比
4.2.3 检测饱和容量
4.2.4 固有频率
4.3 上、下层传感单元间响应关系研究
4.3.1 响应幅值关系
4.3.2 响应时间关系
4.4 影响传感器响应的因素分析
4.5 实验与仿真结果的比对与验证
4.6 本章小结
第五章 碰撞信号的识别与计数方法研究
5.1 基于多传感器融合的信号处理方法
5.1.1 多传感器融合理论介绍
5.1.2 多传感器融合系统的应用及现状
5.1.3 多传感单元间的数据融合结构
5.2 连续碰撞多颗粒的识别与计数
5.3 同时碰撞的双颗粒识别与计数
5.3.1 横、纵坐标均不同的双颗粒碰撞
5.3.2 单一坐标相同的双颗粒碰撞
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要研究结论
6.2 主要创新点
6.3 进一步研究展望
参考文献
附录A 传感器各位置碰撞响应频谱图
附录B 不同高度碰撞下传感器各个位置上、下层响应最大振幅
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]多传感器信息融合在机器人技术中的应用[J]. 孙晓莉. 无线互联科技. 2018(02)
[2]基于层叠式PVDF作动器的混合隔振器的设计与特性研究[J]. 高俊,季宏丽,裘进浩. 振动与冲击. 2015(09)
[3]籽粒损失监测传感器敏感板局部约束阻尼设计[J]. 梁振伟,李耀明,赵湛,徐立章,唐忠. 农业机械学报. 2014(08)
[4]纵轴流联合收获机籽粒夹带损失监测方法及传感器研制[J]. 梁振伟,李耀明,赵湛. 农业工程学报. 2014(03)
[5]水稻籽粒碰撞力学特性研究[J]. 赵湛,李耀明,陈义,梁振伟,刘丽霞. 农业机械学报. 2013(06)
[6]多传感器数据融合技术概述[J]. 张延龙,王俊勇. 舰船电子工程. 2013(02)
[7]PVDF谷物传感器减振结构的动力学分析[J]. 赵湛,李耀明,陈义,梁振伟. 振动.测试与诊断. 2013(01)
[8]切纵流联合收获机夹带损失监测方法(英文)[J]. 梁振伟,李耀明,赵湛,陈义. 农业工程学报. 2012(S2)
[9]夹带损失传感器不同安装位置对籽粒检测精度的影响[J]. 唐忠,李耀明,赵湛,梁振伟,陈义. 农业工程学报. 2012(10)
[10]对称传感结构的谷物清选损失监测装置研制[J]. 毛罕平,刘伟,韩绿化,张晓东. 农业工程学报. 2012(07)
博士论文
[1]基于异类传感器信息融合的目标跟踪理论与方法研究[D]. 王琪龙.北京交通大学 2017
硕士论文
[1]多传感器信息融合及其应用研究[D]. 张志.西安电子科技大学 2017
[2]基于PVDF的三维触觉/热觉传感器的设计与仿真[D]. 谢娜.重庆大学 2014
[3]基于Arm9-Linux嵌入式系统的联合收割机信息处理平台的研究[D]. 张恬.江苏大学 2009
本文编号：3433030
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nygclw/3433030.html
