一种仿水黾振动感知定位系统及振动感知定位方法技术方案

本发明专利技术提出一种仿水黾振动感知定位系统，包括部署于平面上的第一前足传感器、第二前足传感器、第一中足传感器、第二中足传感器、第一后足传感器和第二后足传感器；其中，第一中足传感器、第二中足传感器、第一后足传感器和第二后足传感器依次沿预设圆周均匀分布，第一前足传感器、第二前足传感器分布于第一中足传感器和第二中足传感器的对称轴的两侧，第一前足传感器和第二前足传感器相互靠近，第一前足传感器和第二前足传感器位于第一中足传感器与预设圆周的圆心之间且靠近预设圆周的圆心；上述传感器均与振动信号处理装置电连接。有效减少了传统传感器阵列中的非必要传感器。本发明专利技术还提出一种上述仿水黾振动感知定位系统进行感知定位的方法。感知定位的方法。感知定位的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种仿水黾振动感知定位系统及振动感知定位方法


[0001]本专利技术涉及工程仿生学和传感器
，尤其涉及一种仿水黾振动感知定位系统及振动感知定位方法。

技术介绍

[0002]在工程应用
，实时且及时检测振动激励源能够避免安全事故，提早实施预防措施，这对工程技术应用具有重要意义。目前，公知的传感器系统仅能检测到振动信号的大小，对振动激励源只能进行粗略定位，且传感器阵列存在传感器冗余和成本高的缺点。
[0003]自地球上出现生命开始，每种生物都根据自己的生活环境进化出独特的体型外貌和生存技能，水黾为了适应生活环境、躲避天敌、捕捉猎物，其身体进化成巧妙高效的结构，相比于其他动物进化出五对足四对足来感知信号和移动身体，水黾仅仅通过三对足便实现了振动信号的高灵敏检测和身体的快速移动，水黾通过分散排布的四肢不仅能感知到猎物和天敌而且能对猎物和天敌进行定位。
[0004]因此，亟需一种仿水黾振动感知定位系统及振动感知定位方法。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]鉴于上述技术中存在的问题，本专利技术至少从一定程度上进行解决。为此，本专利技术的第一个目的在于提出了一种仿水黾振动感知定位系统，在保证振动信号检测精度和灵敏度的同时，有效减少了传统传感器阵列中的非必要传感器。
[0007]本专利技术的第二个目的在于提出了一种振动感知定位方法，实现了对振动激励源的超敏感知、快速识别和精确定位。
[0008](二)技术方案
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0010]本专利技术的第一个目的在于提出一种仿水黾振动感知定位系统，包括振动信号采集装置和振动信号处理装置；
[0011]振动信号采集装置包括部署于平面上的长足传感器和短足传感器，长足传感器包括第一中足传感器、第二中足传感器、第一后足传感器和第二后足传感器，短足传感器包括第一前足传感器和第二前足传感器；
[0012]其中，第一中足传感器、第二中足传感器、第一后足传感器和第二后足传感器依次沿预设圆周均匀分布，第一前足传感器、第二前足传感器分布于第一中足传感器和第二中足传感器的对称轴的两侧，第一前足传感器和第二前足传感器相互靠近，第一前足传感器和第二前足传感器位于第一中足传感器与预设圆周的圆心之间且靠近预设圆周的圆心；
[0013]第一前足传感器、第二前足传感器、第一中足传感器、第二中足传感器、第一后足传感器和第二后足传感器均与振动信号处理装置电连接。
[0014]可选地，长足传感器和短足传感器均为仿水黾腿关节处缝感受器的传感器元件。
[0015]可选地，仿水黾腿关节处缝感受器的传感器元件包括密封腔体、振动薄膜、第一导线和第二导线，振动薄膜固定于密封腔体内，第一导线的第一端焊接在振动薄膜的第一端，第一导线的第二端伸出密封腔体暴露于密封腔体外，第二导线的第一端焊接在振动薄膜的第二端，第二导线的第二端伸出密封腔体暴露于密封腔体外。在振动薄膜上分布有嵌套沟，嵌套沟包括椭圆沟和竖状沟，竖状沟位于椭圆沟内且沿椭圆沟的长轴走向；嵌套沟的上表面相对于振动薄膜上表面中的平面向内凹陷，嵌套沟的下表面相对于振动薄膜下表面中的平面内外凸出。
[0016]可选地，在嵌套沟中，竖状沟与椭圆沟相分离。
[0017]可选地，嵌套沟从振动薄膜的第一端至振动薄膜的第二端均匀排布，相邻嵌套沟内的竖状沟相平行。
[0018]可选地，振动信号处理装置包括控制单元和计算机；第一前足传感器、第二前足传感器、第一中足传感器、第二中足传感器、第一后足传感器和第二后足传感器均与控制单元电连接，控制单元与计算机通讯连接。
[0019]可选地，振动信号处理装置还包括接线模块和信号转接线；第一前足传感器、第二前足传感器、第一中足传感器、第二中足传感器、第一后足传感器和第二后足传感器均通过接线模块与控制单元电连接；控制单元通过信号转接线与计算机通讯连接。
[0020]本专利技术的第二个目的在于提出一种如上所述的仿水黾振动感知定位系统进行振动感知定位的方法，包括：
[0021]S1、采集长足传感器和短足传感器在预设周期内感受到的振动信号；
[0022]S2、根据采集的振动信号，从长足传感器中确定基准传感器，并计算出传感器之间的信号接收时间差和信号传播效率；
[0023]S3、以任意两个传播效率的比值相等为依据，根据所述传感器之间的信号传播效率，计算基准传感器与振动激励源之间的信号传播效率，以获得振动激励源的信号值和振动激励源与基准传感器之间的距离；
[0024]S4、根据除基准传感器外的任意两个相邻长足传感器与基准传感器之间的信号接收时间差，确定振动激励源相对基准传感器的方向。
[0025]可选地，S2中，根据采集的振动信号，从长足传感器中确定基准传感器，包括：根据采集的振动信号，从长足传感器中寻找出第一个感受到振动信号的传感器作为基准传感器。
[0026]可选地，S2中，计算出传感器之间的信号接收时间差和信号传播效率，包括：
[0027]计算出除基准传感器外的每一个长足传感器与基准传感器之间的信号接收时间差和信号传播效率，以及计算出第一前足传感器与第二前足传感器之间的信号接收时间差和信号传播效率；
[0028]相应地，S3包括：
[0029][0030]式中，ΔV1、ΔV2和ΔV3为除基准传感器外的3个长足传感器与基准传感器之间的信号传播效率，ΔV4为第一前足传感器与第二前足传感器之间的信号传播效率，ΔV0为所在等式左边对应的长足传感器与振动激励源之间的信号传播效率；M为振动激励源与基准传感器之间的信号值之差，S为振动激励源与基准传感器之间的信号传播距离之差，ΔM1、ΔM2和ΔM3为除基准传感器外的3个长足传感器与基准传感器之间的信号接收值之差，ΔS1、ΔS2和ΔS3为除基准传感器外的3个长足传感器与基准传感器之间的信号传播距离之差。
[0031]可选地，S4包括：
[0032]sina＝Δt2
y
/(Δt1
x2
+Δt2
y2
)
[0033]式中，Δt1
x
为一个长足传感器与基准传感器之间的信号接收时间差在x轴上的分量，Δt2
y
为与对应长足传感器相邻的长足传感器与基准传感器之间的信号接收时间差在y轴上的分量，x轴为第一中足传感器和第二中足传感器的矢量方向，y轴为第一中足传感器和第二后足传感器的矢量方向；以基准传感器为直角顶点，以Δt1
x
和Δt2
y
为两个直角边，绘制直角三角形，以该直角三角形的三角函数为依据，确定出sina＝Δt2
y
/(Δt1
x2
+Δt2
y2
)，a为振动激励源相对基准传感器在y轴上的夹角。
[0034](三)有益效果
[0035]本专利技术的有益效果是：
[0036]1、本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿水黾振动感知定位系统，其特征在于，包括振动信号采集装置和振动信号处理装置；振动信号采集装置包括部署于平面上的长足传感器和短足传感器，长足传感器包括第一中足传感器(13)、第二中足传感器(14)、第一后足传感器(15)和第二后足传感器(16)，短足传感器包括第一前足传感器(11)和第二前足传感器(12)；其中，第一中足传感器(13)、第二中足传感器(14)、第一后足传感器(15)和第二后足传感器(16)依次沿预设圆周均匀分布，第一前足传感器(11)、第二前足传感器(12)分布于第一中足传感器(13)和第二中足传感器(14)的对称轴的两侧，第一前足传感器(11)和第二前足传感器(12)相互靠近，第一前足传感器(11)和第二前足传感器(12)位于第一中足传感器(13)与预设圆周的圆心之间且靠近预设圆周的圆心；第一前足传感器(11)、第二前足传感器(12)、第一中足传感器(13)、第二中足传感器(14)、第一后足传感器(15)和第二后足传感器(16)均与振动信号处理装置电连接。2.根据权利要求1所述的仿水黾振动感知定位系统，其特征在于，长足传感器和短足传感器均为仿水黾腿关节处缝感受器的传感器元件；仿水黾腿关节处缝感受器的传感器元件包括密封腔体、振动薄膜(21)、第一导线(22)和第二导线(23)，振动薄膜(21)固定于密封腔体内，第一导线(22)的第一端焊接在振动薄膜(21)的第一端，第一导线(22)的第二端伸出密封腔体暴露于密封腔体外，第二导线(23)的第一端焊接在振动薄膜(21)的第二端，第二导线(23)的第二端伸出密封腔体暴露于密封腔体外；在振动薄膜上分布有嵌套沟，嵌套沟包括椭圆沟(211)和竖状沟(212)，竖状沟(212)位于椭圆沟(211)内且沿椭圆沟(211)的长轴走向；嵌套沟的上表面相对于振动薄膜(21)上表面中的平面向内凹陷，嵌套沟的下表面相对于振动薄膜(21)下表面中的平面内外凸出。3.根据权利要求2所述的仿水黾振动感知定位系统，其特征在于，在嵌套沟中，竖状沟(212)与椭圆沟(211)相分离。4.根据权利要求2或3所述的仿水黾振动感知定位系统，其特征在于，嵌套沟从振动薄膜(21)的第一端至振动薄膜(21)的第二端均匀排布，相邻嵌套沟内的竖状沟(212)相平行。5.根据权利要求1所述的仿水黾振动感知定位系统，其特征在于，振动信号处理装置包括控制单元(32)和计算机(34)；第一前足传感器(11)、第二前足传感器(12)、第一中足传感器(13)、第二中足传感器(14)、第一后足传感器(15)和第二后足传感器(16)均与控制单元(32)电连接，控制单元(32)与计算机(34)通讯连接。6.根据权利要求5所述的仿水黾振动感知定位系统，其特征在于，振动信号处理装置还包括接线模块(31)和信号转接线(33)；第一前足传感器(11)、第二前足传感器(12)、第一中足传感器(13)、第二中足传感器(14)、第一后足传感器(15)和第二后足传感器(16)均通过接线模块(31)与控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊秋，辛青青，韩志武，侯涛，牛士超，韩奇钢，穆正知，李博，孙涛，陈豫，李浩然，赵厚琦，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：