基于地下管線軌跡測量系統(tǒng)的光纖陀螺振動特性研究.pdf

1、慣性導航測量技術(shù)是非開挖技術(shù)的重要基礎(chǔ)，但是受地質(zhì)、地層條件、管線埋深等因素影響，使用慣性導航系統(tǒng)測量的大部分地下管線軌跡精度低、校準困難。因而迫切需要對現(xiàn)有的測量技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法進行優(yōu)化提升，以滿足現(xiàn)今非開挖技術(shù)工程的較高精度需求。光纖陀螺作為軌跡探測系統(tǒng)的重要傳感器之一，是整個地下管線軌跡測量系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。地下管線軌跡測量系統(tǒng)引入計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)與通信技術(shù)，能實現(xiàn)地下管線軌跡的三維測量。但是受內(nèi)

2、部機械結(jié)構(gòu)與電氣系統(tǒng)設(shè)計等的限制，實際測量時，管道內(nèi)部障礙物與幾何走向變化會引起的測量儀器系統(tǒng)隨機振動，從而對光纖陀螺的實際測量精度造成不同程度的影響。
　　本文研究的重點是通過大量的仿真實驗，研究振動對慣性導航測量系統(tǒng)中的光纖陀螺影響，找出振動對光纖陀螺精度影響的關(guān)鍵因素，進而使用狼群算法完成振動誤差的分析與補償，以最大限度地減小或消除振動對光纖陀螺測量精度造成的影響，提高系統(tǒng)的測量精度。
　　本論文通過分析以光纖陀螺為重

3、要傳感器的地下管線軌跡測量系統(tǒng)的工作原理，分機械系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)三部分開展分析振動仿真實驗，使用狼群算法對仿真結(jié)果進行分析補償。本文論述的軌跡測量系統(tǒng)能夠完成具有一定管徑大小的竣工管線軌跡測量，完成管線的三維軌跡探測。通過仿真實驗，在不同的方向上進行振動實驗，找出影響光纖陀螺精度的關(guān)鍵因素。具體研究工作如下：
　　1．研究了光纖陀螺的基本原理與工程應用，以及作為慣性導航系統(tǒng)的主要傳感器件的基本特征、基本參數(shù)及其物理意義。

4、在此基礎(chǔ)上，給出了光纖陀螺的具體功能以及可能存在的精度誤差來源；
　　2.研究了軌跡測量系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)計與改進，以及其管內(nèi)探測裝置的電氣結(jié)構(gòu)的完善與優(yōu)化。主要完成了其中的機械系統(tǒng)的設(shè)計，總體電路的設(shè)計與相關(guān)電子元器件的選擇；其中重點介紹了其中的三爪行進輪的結(jié)構(gòu)，與其中編碼器的選型與功能。同時完成了測量系統(tǒng)管內(nèi)探測裝置的硬件設(shè)計。硬件總成設(shè)計完成后，進行了相關(guān)的綜合調(diào)試。
　　3．基于測量系統(tǒng)要完成的軟件功能，完成了系統(tǒng)的

5、軟件集成部分設(shè)計。按照下位機程序設(shè)計，介紹了整個程序設(shè)計的基本步驟，完成了數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等程序設(shè)計與代碼的編寫，同時使用基于Matlab的腳本文件，完成了地下管線軌跡成像的算法編寫。最后，將整個軌跡測量系統(tǒng)放在校驗平臺上進行綜合調(diào)試，使測量系統(tǒng)達到最佳使用狀態(tài)。
　　4．基于振動理論，對管道內(nèi)部障礙物與幾何走向變化引起的測量儀器系統(tǒng)的隨機振動進行了振動模擬實驗。使用隨機振動模型，在X、Y、Z軸三個不同方向上進行振動實驗