基于跨层设计的机械振动无线传感器网络同步采集方法
发布时间：2023-10-03 22:45
无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)因具有机动灵活、部署方便等优点,已开始应用于机械振动监测领域。在机械振动监测应用中,各WSNs节点的振动信号同步采集精度高低会直接影响到振动信号分析处理结果的好环,如试验模态分析中各个测点的振动数据获取的时间差会导致严重的相位误差,这就要求各个采集节点必须能够保证振动信号的同步采集。机械振动监测采样频率高,对节点间同步采集精度要求更高。但是作为分布式系统,由于物理上的分散性,无线传感器网络无法为彼此间相互独立的各个采集节点提供统一的全局时钟,也不能像有线监测系统那样采用多通道同步采样保持器对各个传感器振动信号进行同步采集,只能通过各个节点各自维护的本地时钟来控制采集,很难保证同步采集。机械振动监测中无线传感器网络节点的同步采集精度不高的主要原因有时钟同步精度低、采样触发空间抖动、同步采集时间抖动、同步误差随多跳累积以及同步精度易受温度等环境因素影响。上述问题是无线传感器网络节点高精度同步采集机械振动信号亟需解决的关键问题。而本论文针对以上关键问题,深入研究了机械振动无线传感器网络同步采集方法,具体研究内容如下:...
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题背景和研究意义
1.3 无线传感器网络同步采集研究现状
1.3.1 工业无线传感器网络研究现状
1.3.2 无线传感器网络同步采集方法研究现状
1.4 机械振动无线传感器网络同步采集存在的难题和关键问题
1.5 本文的主要研究内容及结构安排
2 信标传输偏移补偿的多跳跨层同步采集空间抖动控制方法
2.1 引言
2.2 机械振动无线传感器网络空间抖动控制机理分析
2.3 硬件跨层设计
2.4 抢占式集中关联分配的簇树网络信标时序分配方法
2.5 信标传输偏移补偿的多跳网络跨层同步触发方法
2.5.1 信标传输环节延时分析
2.5.2 基于关键同步信息跨层捕获的路由退避偏移补偿方法
2.5.3 机械振动无线传感器多跳网络同步触发
2.6 性能验证与分析
2.7 本章小结
3 同步信息跨层实时跟踪无线传感器网络时间抖动抑制方法
3.1 引言
3.2 晶振频率偏移动态补偿方法对采样精度影响分析
3.2.1 采样间隔抖动引入误差上限分析
3.2.2 采样间隔抖动分布对信号采样的影响分析
3.2.3 晶振频率偏移动态补偿对信号采样的影响
3.3 跨层同步采集误差累积机理分析
3.4 同步信息跨层实时跟踪方法架构
3.5 跨层同步采集累积误差控制
3.5.1 基于卡尔曼滤波的晶振频率偏移计算方法
3.5.2 同步采集累积误差动态校准
3.6 模数转换器同步采集接口设计
3.7 性能验证与分析
3.8 本章小结
4 机械振动无线传感器网络跨层同步采集多跳累积误差抑制
4.1 引言
4.2 多跳同步误差累积机理分析
4.3 多跳同步累积误差抑制方法架构
4.4 基于回归分析的同步信息随机抖动抑制方法
4.4.1 最小二乘多跳同步时钟随机抖动抑制方法
4.4.2 路由器退避时间计算误差校准方法
4.4.3 同步采集
4.5 性能验证与分析
4.6 本章小结
5 机械振动无线传感器网络跨层同步采集晶振漂移补偿方法
5.1 引言
5.2 晶振频率漂移特性研究
5.3 多级分层的晶振漂移补偿时钟架构
5.4 基于晶振频率温度曲线的最小二乘晶振温漂校准
5.4.1 温度补偿的最小二乘晶振频差测量方法
5.4.2 最小二乘晶振温漂补偿方法
5.5 变周期模糊PID控制的晶振残余漂移抑制
5.5.1 变同步周期报警判据
5.5.2 模糊PID控制的晶振随机漂移抑制
5.6 实验与分析
5.7 本章小结
6 机械振动无线传感器网络系统集成与实验验证
6.1 引言
6.2 机械振动无线传感器网络系统集成
6.2.1 硬件跨层设计无线传感器网络采集节点
6.2.2 网关及路由节点
6.2.3 上位机监测管理软件
6.3 钢材框架结构模态参数识别
6.4 旋转机械阶次跟踪
6.4.1 无线传感器网络阶次跟踪方法架构
6.4.2 转速脉冲实时跟踪的键相信号采集节点设计
6.4.3 无线传感器网络跨层阶次跟踪方法
6.4.4 阶次跟踪实验
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.1.1 全文总结
7.1.2 主要创新点
7.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读博士学位期间发表的论文与取得的科研成果目录
B.作者在攻读博士学位期间参加的科研项目
本文编号：3850796
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题背景和研究意义
1.3 无线传感器网络同步采集研究现状
1.3.1 工业无线传感器网络研究现状
1.3.2 无线传感器网络同步采集方法研究现状
1.4 机械振动无线传感器网络同步采集存在的难题和关键问题
1.5 本文的主要研究内容及结构安排
2 信标传输偏移补偿的多跳跨层同步采集空间抖动控制方法
2.1 引言
2.2 机械振动无线传感器网络空间抖动控制机理分析
2.3 硬件跨层设计
2.4 抢占式集中关联分配的簇树网络信标时序分配方法
2.5 信标传输偏移补偿的多跳网络跨层同步触发方法
2.5.1 信标传输环节延时分析
2.5.2 基于关键同步信息跨层捕获的路由退避偏移补偿方法
2.5.3 机械振动无线传感器多跳网络同步触发
2.6 性能验证与分析
2.7 本章小结
3 同步信息跨层实时跟踪无线传感器网络时间抖动抑制方法
3.1 引言
3.2 晶振频率偏移动态补偿方法对采样精度影响分析
3.2.1 采样间隔抖动引入误差上限分析
3.2.2 采样间隔抖动分布对信号采样的影响分析
3.2.3 晶振频率偏移动态补偿对信号采样的影响
3.3 跨层同步采集误差累积机理分析
3.4 同步信息跨层实时跟踪方法架构
3.5 跨层同步采集累积误差控制
3.5.1 基于卡尔曼滤波的晶振频率偏移计算方法
3.5.2 同步采集累积误差动态校准
3.6 模数转换器同步采集接口设计
3.7 性能验证与分析
3.8 本章小结
4 机械振动无线传感器网络跨层同步采集多跳累积误差抑制
4.1 引言
4.2 多跳同步误差累积机理分析
4.3 多跳同步累积误差抑制方法架构
4.4 基于回归分析的同步信息随机抖动抑制方法
4.4.1 最小二乘多跳同步时钟随机抖动抑制方法
4.4.2 路由器退避时间计算误差校准方法
4.4.3 同步采集
4.5 性能验证与分析
4.6 本章小结
5 机械振动无线传感器网络跨层同步采集晶振漂移补偿方法
5.1 引言
5.2 晶振频率漂移特性研究
5.3 多级分层的晶振漂移补偿时钟架构
5.4 基于晶振频率温度曲线的最小二乘晶振温漂校准
5.4.1 温度补偿的最小二乘晶振频差测量方法
5.4.2 最小二乘晶振温漂补偿方法
5.5 变周期模糊PID控制的晶振残余漂移抑制
5.5.1 变同步周期报警判据
5.5.2 模糊PID控制的晶振随机漂移抑制
5.6 实验与分析
5.7 本章小结
6 机械振动无线传感器网络系统集成与实验验证
6.1 引言
6.2 机械振动无线传感器网络系统集成
6.2.1 硬件跨层设计无线传感器网络采集节点
6.2.2 网关及路由节点
6.2.3 上位机监测管理软件
6.3 钢材框架结构模态参数识别
6.4 旋转机械阶次跟踪
6.4.1 无线传感器网络阶次跟踪方法架构
6.4.2 转速脉冲实时跟踪的键相信号采集节点设计
6.4.3 无线传感器网络跨层阶次跟踪方法
6.4.4 阶次跟踪实验
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.1.1 全文总结
7.1.2 主要创新点
7.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读博士学位期间发表的论文与取得的科研成果目录
B.作者在攻读博士学位期间参加的科研项目
本文编号：3850796
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