基于地下管線軌跡測(cè)量系統(tǒng)的光纖陀螺振動(dòng)特性研究.pdf

1、慣性導(dǎo)航測(cè)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(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量的大部分地下管線軌跡精度低、校準(zhǔn)困難。因而迫切需要對(duì)現(xiàn)有的測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)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(cè)系統(tǒng)的重要傳感器之一，是整個(gè)地下管線軌跡測(cè)量系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。地下管線軌跡測(cè)量系統(tǒng)引入計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與通信技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)地下管線軌跡的三維測(cè)量。但是受內(nèi)

2、部機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)等的限制，實(shí)際測(cè)量時(shí)，管道內(nèi)部障礙物與幾何走向變化會(huì)引起的測(cè)量儀器系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)，從而對(duì)光纖陀螺的實(shí)際測(cè)量精度造成不同程度的影響。
　　本文研究的重點(diǎn)是通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)，研究振動(dòng)對(duì)慣性導(dǎo)航測(cè)量系統(tǒng)中的光纖陀螺影響，找出振動(dòng)對(duì)光纖陀螺精度影響的關(guān)鍵因素，進(jìn)而使用狼群算法完成振動(dòng)誤差的分析與補(bǔ)償，以最大限度地減小或消除振動(dòng)對(duì)光纖陀螺測(cè)量精度造成的影響，提高系統(tǒng)的測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的工作原理，分機(jī)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(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)，使用狼群算法對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析補(bǔ)償。本文論述的軌跡測(cè)量系統(tǒng)能夠完成具有一定管徑大小的竣工管線軌跡測(cè)量，完成管線的三維軌跡探測(cè)。通過仿真實(shí)驗(yàn)，在不同的方向上進(jìn)行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，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(yīng)用，以及作為慣性導(dǎo)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(cè)量系統(tǒng)的硬件部分的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，以及其管內(nèi)探測(cè)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(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，總體電路的設(shè)計(jì)與相關(guān)電子元器件的選擇；其中重點(diǎn)介紹了其中的三爪行進(jìn)輪的結(jié)構(gòu)，與其中編碼器的選型與功能。同時(shí)完成了測(cè)量系統(tǒng)管內(nèi)探測(cè)裝置的硬件設(shè)計(jì)。硬件總成設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了相關(guān)的綜合調(diào)試。
　　3．基于測(cè)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(jì)。按照下位機(jī)程序設(shè)計(jì)，介紹了整個(gè)程序設(shè)計(jì)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(jì)與代碼的編寫，同時(shí)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(gè)軌跡測(cè)量系統(tǒng)放在校驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行綜合調(diào)試，使測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到最佳使用狀態(tài)。
　　4．基于振動(dòng)理論，對(duì)管道內(nèi)部障礙物與幾何走向變化引起的測(cè)量儀器系統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了振動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)。使用隨機(jī)振動(dòng)模型，在X、Y、Z軸三個(gè)不同方向上進(jìn)行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)