基于水池故障模拟试验的传感器系统设计

　　0　引言

　　从测量参数所反映的内容分,智能体试验平台的传感器系统主要包括2种类型,测量运行状态的传感器和测量自身安全状态的传感器[1]。为了形成控制系统的闭环,并进行智能体的状态监测[2-3],需要掌握其当前的运行状态,这就需要相关的传感器系统以获得相应的状态信息[4-5],水池故障模拟试验平台上的传感器系统主要包括深度计、电子罗盘、电量传感器、漏水检测模块,由于加速度的信号噪声较大,为了获得更多的有效信息[6],在陆上安装了线速度测量模块,直接反应了智能体的纵向运行速度。

　　目前,世界上多数智能体使用的测速装置为多普勒测速声呐,其原理不适用于水池试验环境,多普勒发出的波束将被池壁反射,对测量形成干扰,无法准确获取实际速度信息,而作为试验平台,必须要获得智能体的运行速度,因此基于智能体系统进行水池故障模拟试验,文中提出了传感器系统设计方法,详细说明了适应于智能体水池试验的测速设备及方法。对所设计的传感器系统进行了水池试验验证。

　　1　深度计和电子罗盘

　　智能体在水下运动时,必须随时掌握与水面的深度及离水底的高度。由于试验所进行的外部环境深度已知,在试验平台上只搭载了用于测量深度的深度计。通过检测所处位置的压力,转换成相应的模拟量,传回计算机。

　　智能体的角度测量,采用的是Honeywell磁阻传感器的专利技术———磁阻(MR)技术,由于MR有高灵敏度,集成了置位/复位功能以及补偿薄膜合金带电路,它比这个应用范围中的霍尔元件更好。其优点是响应快、尺寸小、低功耗、电流小于35 mA、精度高、倾斜范围宽,并且可以把用户配置保存在存储器中。由于电子罗盘的铁磁特性,不能将其封装在仪器设备装置或驱动器装置内,因此设计半圆形的壳体封装罗盘,通过水密接头及屏蔽电缆与仪器设备装置相连。

　　2　电量传感器

　　电量的测量主要是电压及电流的测量,试验平台上安全系统需要对两个设备装置的能源情况进行实时监测,确保智能体在足够的能源供给条件下工作,这就需要对蓄电池的电压进行测量。在执行器状态监测中,由于执行器成本较低,需要外加传感器部件进行执行器信息的检测,根据执行器测量的实时电压、电流信息,利用执行器自身的特性参数,通过转换获得执行器的转速特征值,进而进行执行器的状态监测。电压电流反映了执行器的负载状况,由于外界干扰较大,原始信号噪声较大,无法直接被利用,因此增加硬件滤波,以阻容方式将干扰较大的原始信号变换成较为平滑的信号。硬件滤波器的结构如图1所示。其中u1接24 V直流电源,u2接执行器的两个端子及电压测量传感器,根据PWM信号的频率计算得到电阻R及电容C的大小。