文档介绍：分类号学号 M201070457
学校代码 10487 密级

硕士学位论文

倾角仪振动测试分析及误差修正的研究

学位申请人: 李洪旭
学科专业: 机械电子工程
指导教师: 朱国力教授
答辩日期: 2013 年 1 月 18 日
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering

Research of Vibration Test Analysis and Error
Correction for Inclinometers

Candidate : Li Hongxu
Major : Mechatronic Engineering
Supervisor : Prof. Zhu Guoli

Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074,
January, 2013
独创性声明

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日期: 年月日

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日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学硕士学位论文
摘要
TBM(Tunnel Boring Machine)又称隧道掘进机,是用机械破碎岩石、出碴和支护
实行连续作业的一种综合设备。在 TBM 姿态角的测量中,倾角仪负责测量俯仰角和
滚角,起着关键的作用。由于 TBM 的施工环境多为山体,不同于城市软土施工的普
通盾构机,TBM 在掘进过程中,会受到较大振动与冲击,并且会将振动与冲击传递
给倾角仪。这会严重影响到位姿测量系统中的倾角仪的准确输出。为减小倾角仪的
振动误差以满足 TBM 姿态角的测量精度要求,本文基于隔振原理和小波变换原理,
提出了一种倾角仪振动误差的补偿方法。
本文系统地分析了倾角仪在不同的振动环境下的输出响应,包括在不同振动频
率、不同振动幅值、不同振动模式以及不同振动方向下的输出特性,并且进行了误
差分析。发现了倾角仪的共振规律。应用隔振方法降低了倾角仪的振动误差并使倾
角仪的共振频率发生了偏移,以尽量避开倾角仪的共振频率。
应用不同的数字滤波技术处理倾角仪的输出信号,使输出变得平稳,减小了波
动剧烈程度。并比较了不同滤波方法的处理效果,实验证明小波滤波方法要优于卡
尔曼滤波方法。
本文最后做了 TBM 实际工况的模拟,对振动环境下倾角仪角度连续变动实验的
数据进行了分析,并应用小波滤波技术进行了处理,验证了此方法的有效性。结合
隔振技术和小波滤波技术,就能消除倾角仪在不同振动环境下的振动误差,从而达
到校正输出的目的。

关键词:TBM 倾角仪振动误差隔振小波滤波

I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
TBM(Tunnel Boring Machine) is an integrated equipment which plishes
continuous operations with mechanical crushing rock, muck removal and shoring. The
inclinometers are responsible for measuring of pitch angle and roll angle, and play a key
role in the measurement of attitude angles of TBM. During th