一种基于IMU和ECT的非侵入式示踪粒子运动状态估计系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于IMU和ECT的非侵入式示踪粒子运动状态估计系统，包括无线惯性测量装置、电容层析成像装置、容器、上位机；示踪粒子置于容器内部，无线惯性测量装置位于示踪粒子内，将测得的IMU状态向量发送至上位机；电容层析成像装置包括多对电极、多通道电容分析仪；电极均匀安装在容器内侧壁上，多通道电容分析仪通过导线与电极连接并将测量的示踪粒子的ECT状态向量传输给上位机；上位机包括BPNN模块和卡尔曼滤波模块；BPNN模块基于IMU状态向量和ECT状态向量获取精化后的状态向量；卡尔曼滤波模块基于精化后的状态向量、IMU状态向量和ECT状态向量对示踪粒子的运动状态进行卡尔曼滤波得到粒子的运动状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及示踪粒子姿态信息测量和运动轨迹测量，尤其涉及一种基于imu和ect的非侵入式示踪粒子运动状态估计系统。

技术介绍

1、惯性测量单元(inertial measurement unit，简称imu)是一种包含加速度计和陀螺仪的电子装置，用于测量物体在空间中的运动状态。通常情况下，一个imu会包含三轴加速度计和三轴陀螺仪，能够捕捉到物体运动中的线性和角动力学特征，可用于测量物体在三维空间中的加速度和角向速度。因此在机器人、导航和姿态估计等领域有着广泛的应用。

2、电容层析成像技术(electrical capacitance tomography，简称ect)是一种通过检测电容变化来对物体内部结构进行成像的技术。它通常由一个电容传感器网格组成，能够探测到物体内部的电容变化。通过对电容传感器测量到的电容变化数据进行处理，就可以生成物体内部的电容分布图，从而对物体的内部结构进行成像。电容层析成像技术具有无损检测、非破坏性、快速、灵敏度高等优点，广泛应用于工业检测、医学成像以及矿物干法分选等领域。

3、现有的颗粒运动监测方案包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于IMU和ECT的非侵入式示踪粒子运动状态估计系统，其特征在于，所述系统包括无线惯性测量装置、电容层析成像装置、容器、上位机；

2.根据权利要求1所述的运动状态估计系统，其特征在于，无线惯性测量装置包括主体电路板以及设置在主体电路板上的微处理器、惯性测量单元IMU、蓝牙控制器；微处理器用于对惯性测量单元IMU发送校准、配置指令、控制命令，接收惯性测量单元IMU所测得的数据，经数据处理得到IMU状态向量,通过蓝牙控制器将IMU状态向量发送至上位机。

3.根据权利要求2所述的运动状态估计系统，其特征在于，主体电路板还设置有离线存储装置，离线存储装置与微处理器...

【技术特征摘要】

1.一种基于imu和ect的非侵入式示踪粒子运动状态估计系统，其特征在于，所述系统包括无线惯性测量装置、电容层析成像装置、容器、上位机；

2.根据权利要求1所述的运动状态估计系统，其特征在于，无线惯性测量装置包括主体电路板以及设置在主体电路板上的微处理器、惯性测量单元imu、蓝牙控制器；微处理器用于对惯性测量单元imu发送校准、配置指令、控制命令，接收惯性测量单元imu所测得的数据，经数据处理得到imu状态向量,通过蓝牙控制器将imu状态向量发送至上位机。

3.根据权利要求2所述的运动状态估计系统，其特征在于，主体电路板还设置有离线存储装置，离线存储装置与微处理器连接，接收微处理器发送的imu状态向量并存储。

4.根据权利要求2所述的运动状态估计系统，其特征在于，示踪粒子为空心球，主体电路板固定于空心球的球壳内部，球壳内部其余部分用填充材料填充；通过改变填充材料的密度、添加量和位置来调整示踪粒子的质量、密度和重心。

5.根据权利要求1所述的运动状态估计系统，其特征在于，容器中填充有绝缘颗粒，所述示踪粒子被所述绝缘颗粒包围；绝缘颗粒可在外力控制下带动示踪粒子运动。

6.根据权利要求3所述的运动状态估计系统，其特征在于，主体电路板上还设置有可充电电池、电池充电管理芯片和线性稳压芯片；线性稳压芯片用于将可充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：段晨龙，王蔚，乔金鹏，王砚泽，陆俊宇，杨金硕，徐桐，潘淼，董良，江海深，康超，王维楠，杨涛，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：