仪器仪表学报

精密测量技术与仪器

  • 用于原子干涉测量的多段圆柱形磁屏蔽装置性能分析及实验研究

    王先华;贾森;郝安庆;赵小东;宋巍;

    地磁场和环境杂散磁场在原子干涉测量过程中会引入测量噪声和系统误差,一般采用将磁屏蔽材料薄板卷曲后焊接成的圆筒逐段拼接起来,以制成足够长度的圆柱形磁屏蔽装置。为了明确这种方法对磁屏蔽性能的影响,详细分析了磁屏蔽层数、轴向及横向焊缝、两端面加盖引起的屏蔽区域剩磁场分布的变化,结果发现4 mm宽的轴向焊缝影响不大,而4 mm宽、相对磁导率较低的水平焊缝会产生明显的漏磁,两端面加盖能降低剩磁场强度但不能增大均匀磁场区域。根据分析结果制作了上抛式冷原子干涉重力仪中干涉区所使用的双层圆柱形磁屏蔽装置,实测结果表明,经退磁后获得的长度为700 mm、不均匀度小于4 nT的均匀磁场区域满足原子干涉测量的需求,与仿真分析也有较好的一致性。

    2020年05期 v.41 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 4285K]
  • 高精度红外热成像测温技术研究

    张志强;王萍;于旭东;张剑;李婷;

    红外热成像测温系统由于其远距离、非接触、多目标、高精度的特点,发展非常迅速。在当前新型冠状病毒流行的时期,为快速、高效地筛查出高温人群,及时防控、隔离疫情,红外热成像测温技术凸显了其重要性。测量过程中被测物体温度、环境温度、大气温度、镜头温度、探测器温度等因素,对测温精度都有一定影响,尤其是测温曲线的高精度标定对于红外热像仪测温精度影响最为关键。对红外测温原理进行了研究,建立了红外测温系统输出灰度值与被测物体测量温度的匹配模型,找到一种精确标定测温曲线的方法,提出了应用于高精度测温的V-T_r~4曲线,以及应用于温漂补偿的V-T_(FPA)、V-T_(镜筒)和V-T_(快门)曲线。经过实验验证,达到了理想的效果,使得测温精度显著提升,测温精度可以达到0.15 K以内。

    2020年05期 v.41 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 2301K]
  • 基于单目结构光的形貌测量误差补偿方法研究

    李茂月;马康盛;许勇浩;王飞;

    基于单目结构光的重构测量技术,因具有精度高、成本低等优点,在现代测量领域尤其是具有一定曲面特征的中小型低反光零部件测量方面得到广泛应用,而测量误差是测量精度的重要影响因素。首先,根据所搭建的单目结构光重构测量系统,对影响测量精度的主要误差来源进行分析,通过对硬件设备参数的合理设置与调节,来保证所采集结构光图片的质量。然后,为提高投影出结构光的正弦性,提出一种可降低普通投影仪gamma非线性响应的简易方法。最后,提出一种基于圆形标定板的张正友优化标定算法来提高系统的标定精度。实验结果表明,重构测量出的中小型曲面件表面点云数据的精度在0.3~0.6 mm之间,对被测物体表面的单次投影重构测量时间在2 min内,验证补偿方法有效可行。

    2020年05期 v.41 19-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 7738K]
  • 基于高温超导体的真空动态微力测量平台研究

    何世熠;夏彦;周磊簜;徐飞;欧阳晓平;

    针对α衰变微推进器等高辐射性、附着式空间微推进器的测量需求,提出了一种基于高温超导磁悬浮装置的真空动态微小力测量方法和平台。平台利用液氮、分子泵和高温超导体构建了低温、低压、低阻的实验条件,避免了接触型阻力的存在。实验时,硬磁转子将悬浮在超导导轨上进行单自由度的平面转动运动。通过光电测速系统对硬磁转子进行的较远距离长时间监测,实现了对微小力的测量,也减小了可能的放射性危害。重点介绍了微小力测量平台的关键子系统,分析了平台的运动特征与测力机制,给出了实验流程与数据处理方法,并进行了标定实验。经标定,平台可实现小于1μN的推力测量。平台的阻力可低至511±35 nN,微力测量的下限为66 nN。

    2020年05期 v.41 32-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1896K]
  • GNSS多系统PPP融合时间比对方法研究

    张继海;董绍武;袁海波;广伟;白杉杉;

    随着全球导航卫星系统(GNSS)的建设和完善,多系统融合时间比对成为未来发展的趋势。基于中国科学院国家授时中心、捷克无线电工程和电子学院以及瑞典国家计量研究院3个国际重要守时实验室的时间基准系统中四系统GNSS接收机伪距与载波相位观数据,以及国际GNSS服务中心发布的多系统精密轨道和钟差等数据,开展GNSS多系统PPP融合时间比对方法研究。试验结果表明,GNSS多系统PPP融合可以有效增加可用卫星的数目,相对于单系统卫星观测数量提高了2倍以上,减少了多径误差以及观测高度角较低所带来的观测噪声等影响,改善观测站的卫星分布对于接收机钟差参数的影响,提高时间比对的稳定性和可靠性。在长基线时间比对的稳定度方面,GNSS多系统PPP融合技术解算的两地钟差的稳定度方面要优于单系统,对基于北斗、格洛纳斯以及伽利略系统的单系统PPP比对有较明显的提高,且提高在5%以上。

    2020年05期 v.41 39-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 5057K]
  • 服务机器人小型关节回差测量的实验研究

    程慧明;石照耀;于渤;朱逸文;丁宏钰;

    小型关节作为机器人姿态控制的核心部件,对机器人的性能有直接影响。回差是表征小型关节传动精度的关键指标,其测量和评价是提高小型关节性能的基础。迄今对小型关节回差的测量主要基于其主要组件减速器进行,而对小型关节的整体回差研究几乎为空白。为探究小型关节整体回差的产生机理及其基本规律,依托所研发的测试机对小型关节的整体回差进行了实验研究,在对小型关节的结构组成、整体回差的组成和测量模型分析的基础上对A、B、C 3款小型关节进行4项动态测量实验,发现几何回差和弹性回差是影响关节整体回差的主要因素;转速对其整体回差的影响小于弹性变形,在负载相同与不同转速下测量的结果相差在0.05°;并发现在一定条件下,关节的动态回差与负载近似呈线性关系;最后对关节整体回差进行了静态测量实验,并与动态测量实验进行了对比,发现静态测量结果小于动态测量,相差在0.1°左右。对小型关节整体回差测量的实验研究为建立面向小型关节的全局质量评价体系提供了坚实的基础。

    2020年05期 v.41 48-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 4363K]
  • 翻斗式雨量计左右斗平衡判别方法

    廖敏涵;刘九夫;廖爱民;蔡钊;闵星;

    为了判别TBR左右斗平衡,提出了差值判别法和差值率判别法。差值判别法以左右斗平均每斗水量的差值为判别指标,并记α为差值限;差值率判别法以左右斗差值的绝对值与左右斗测量值的平均值之比作为判别指标,并记β为差值率限。以JDZ05和JDZ10两款TBR开展实验分析,结果表明:1)对于JDZ05,α可取0.1 g,β可取1%;对于JDZ10,α可取0.2 g,β可取1%。2)左右斗不平衡时,不利于JDZ05和JDZ10监测的雨量范围分别为0~5.5 mm和0~19 mm;经过左右斗调平后,不利于JDZ05和JDZ10监测的雨量范围分别为0~3.5 mm和0~7 mm。3)经过左右斗调平后,可减少左右斗差值、左右斗差值率和计量误差的离散程度,提高计量误差的重复性,有助于提高测量降雨的准确度。研究成果可对制定TBR左右斗平衡判别准则和改进翻斗式雨量计率定流程提供参考。

    2020年05期 v.41 58-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 2488K]

人机融合与人工智能

  • 基于个体-协同触发强化学习的多机器人行为决策方法

    徐雪松;曾智;邵红燕;杨胜杰;李想;

    为了提高多机器人行为最优决策控制中强化学习的效率和收敛速度,研究了多机器人的分布式马尔科夫建模与控制策略。根据机器人有限感知能力设计了个体-协同感知触发函数,机器人个体从环境观测结果计算个体-协同触发响应概率,定义一次触发过程后开始计算联合策略,减少机器人间通讯量和计算资源。引入双学习率改进Q学习算法,并将该算法应用于机器人行为决策。仿真实验结果表明,当机器人群组数量在20左右时,本文算法的协同效率较高,单位时步比为1.085 0。同时距离调节参数η对机器人协同搜索效率有影响,当η=0.008时,所需的移动时步比和平均移动距离都能达到最小值。通过双学习率的引入,该算法较基于环境模型的强化学习算法具有更高的学习效率和适用性,平均性能提升35%,对于提高多机器人自主协同能力具有较高的理论意义及应用价值。

    2020年05期 v.41 66-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 3196K]
  • 零参考模型用于工业机器人定位精度提升研究

    赵艺兵;温秀兰;康传帅;宋爱国;乔贵方;

    几何参数建模是机器人标定的基础,直接影响机器人定位精度。为解决常用几何参数模型当机器人相邻两轴线垂直及接近垂直时存在奇异性,建立了基于方向矢量和连接矢量的零参考模型(ZRM),该模型不仅满足完备性与连续性要求,而且使用该模型计算机器人末端位置和姿态简单直观;建立了几何参数标定误差模型,通过使用LeicaAT960激光跟踪仪对Staubli TX60和ER10L-C10两种工业机器人末端大量位姿实测,经正交三角分解去除冗余参数,采用LM算法对几何参数误差辨识,并与基于MDH模型的标定结果比较,实验结果证实,采用零参考模型标定后机器人末端平均绝对定位精度提升75%~90%,明显高于采用MDH模型标定结果,该模型适于在有高精度定位精度要求工业机器人中推广。

    2020年05期 v.41 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 4854K]
  • 牙体预备机器人备牙轨迹规划及实验研究

    姜金刚;陈厚鋆;黄致远;张永德;刘怡;

    龋齿作为人类三大重要防治疾病之一,严重影响了人们的口腔健康。牙体修复是治疗龋齿的重要手段,牙体预备是口腔修复龋齿的必要治疗环节。传统牙体预备依赖于医生手工操作并结合丰富的临床经验,需要对患龋牙齿进行大量的重复的微细调整。针对上述情况提出采用机器人辅助医生实现牙体预备可有效地提高备牙质量和口腔治疗的效果。通过分析医生预备过程的操作特点,确定后牙全冠预备的具体需求,明确牙体预备机器人的设计要求;利用曲面映射关系构造曲面片的约束条件进而确定预备体曲面上的型值点,并依据牙齿之间的相邻关系和功能将功能尖斜面分为3个曲面,基于NURBS曲面完成了3个曲面的插值;根据曲面的型值点和曲面片特征,基于等参数法实现了牙体预备机器人的备牙轨迹规划。设计并研制了牙体预备机器人的虚拟样机和物理样机,并进行了牙体预备实验研究,各个特征点在XYZ方向上的最大的相对定点误差分别为0.23、0.15和0.97 mm,系统误差的置信区间均稳定在0.3 mm以内。在不同方向下的各个特征点的随机误差相关性较弱,验证了备牙轨迹规划方法的正确性和机器人牙体预备的可行性。

    2020年05期 v.41 85-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 13692K]
  • 一种下肢运动意图识别算法性能实时测评系统

    李向新;田岚;郑悦;李光林;

    对腿部运动意图识别算法的实时性能进行综合可靠的评价是实现下肢假肢灵活稳定控制的前提。提出一种逐层分级的基于下肢运动意图识别算法的实时测评方法,对算法的可靠性、稳定性以及运动意图识别速度进行综合评价。利用开发的运动意图识别算法评测系统,对基于肌电信号源和机械信号源的两种运动意图识别算法进行了实时性能测试,发现肌电信号源的算法识别时间大于机械信号源算法,但是其算法稳定性优于机械信号源算法。进一步地,还利用该评测系统有效地区分出正常识别策略与异常识别策略,发现正常策略的动作识别稳定系数比异常策略高25%左右。因此,所提的基于下肢运动意图识别算法的实时测评方法,能够对不同信号源算法以及不同识别策略的实时性能进行有效评价,为智能下肢假肢控制系统开发提供可供参考的测试平台。

    2020年05期 v.41 99-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 5406K]
  • 基于深度学习的机器人最优抓取姿态检测方法

    李秀智;李家豪;张祥银;彭小彬;

    服务型机器人在抓取任务中面临的是非结构化的场景。由于物体放置方式的不固定以及其形状的不规则,难以准确计算出机器人的抓取姿态。针对此问题,提出一种双网络架构的机器人最优抓取姿态检测算法。首先,改进了YOLO V3目标检测模型,提升了模型的检测速度与小目标物体的识别性能;其次,利用卷积神经网络设计了多目标抓取检测网络,生成图像中目标物体的抓取区域。为了计算机器人的最优抓取姿态,建立了IOU区域评估算法,筛选出目标物体的最优抓取区域。实验结果表明,改进后的YOLO V3目标检测精度达到91%,多目标抓取检测精度达到86%,机器人最优抓取姿态检测精度达到90%以上。综上所述,所提方法能够高效、精确地计算出目标物体的最优抓取区域,满足抓取任务的要求。

    2020年05期 v.41 108-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 7442K]
  • 基于惯量估计的工业机器人关节伺服系统变增益自抗扰控制

    姜伟;裘锦霄;郑颖;裘信国;朱刚;

    针对工业机器人关节伺服系统存在时变负载和模型不确定性问题,提出了基于惯量估计的变增益自抗扰控制策略。首先,建立了关节伺服系统数学模型,并通过频域分析,得到了关节伺服系统二阶状态方程。为了削弱扰动和不确定参数的影响,设计了线性扩张状态观测器,利用自适应的方法估计惯量,同时结合鲁棒和滑模控制以保持系统稳定性,并对该控制策略进行了仿真和实验研究。实验结果表明,在该控制策略下,电机端正弦信号跟踪误差小于0.2 rad,在负载扰动下位置误差小于0.03 rad,较之单一自抗扰控制误差大约减小了40%,具有较强的抗扰动性,提高了关节伺服系统的控制精度和动态性能。

    2020年05期 v.41 118-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 4456K]
  • 面向阵型保持的UUV集群绿色动态控位方法研究

    徐健;刘梦雄;陈光佳;李娟;陈冬;

    主从式水下无人航行器(UUV)集群在执行协同观探测任务时,既需要保持在阵地部署的观探测阵型,又需要以较少的能耗完成该任务。首先,对上述过程中的UUV低能耗绿色动态控位及阵型保持需求进行了分析,并针对以上需求设计了面向主从式UUV集群阵型保持的绿色动态控位策略。其次,在UUV绿色动态控位策略的主导下,对涉及到的基于粒子群寻优的全局最优推力规划及基于改进广义预测控制的实时滚动优化两种控制方案分别进行了具体的设计。仿真结果表明,相比于传统PID控制,上述控制策略及控制方法能够将控制时间由200 s缩减为60 s,在满足UUV集群协同观探测任务需求的前提下,以更低的能耗完成动态控位任务。

    2020年05期 v.41 129-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 6463K]

生物信息检测

  • 单细胞分离方法及仪器研究进展

    黄彩虹;易定容;金福江;叶一青;

    如何从复杂异质且数量众多的细胞背景中分离出具有某种特征的纯净细胞实验样本,是长期困扰生命科学和临床病理学研究者的难题。纯净无损高特异性的细胞分离方法对解析生命过程、研究病理机制、确定治疗方案、分析药物疗效具有重要的作用。综述了单细胞分离方法及分离仪器的研究进展,重点梳理荧光激活细胞分选、微流体、激光显微切割、显微操作4种方法。首先,阐述方法的工作原理和部分理论模型。其次,分析几种典型仪器的结构、研究进展及主要性能参数。最后,讨论各种单细胞分离方法的优点和局限性,并展望单细胞分离仪器的发展趋势。

    2020年05期 v.41 140-153页 [查看摘要][在线阅读][下载 5591K]
  • 综合频率响应特征和权重系数的自适应脑机接口技术

    那睿;胡纯;郑德智;王帅;曹先彬;

    针对稳态视觉诱发电位(SSVEP)响应个体差异性较大和不同电极通道采集脑电信号质量具有差别的问题,提出了综合频率响应特征和权重系数的自适应方法,并进行了实验验证。首先,4名被试者进行了3次SSVEP扫频实验,得到大脑枕区8个电极的SSVEP幅频特性响应通频带;其次,根据电极通道的平均信噪比,求出各电极的权重系数,进而得到被试者的个体幅频特性响应通频带;最后,为避免使用低频闪烁引起的强烈视觉疲劳,选择个体幅频特性响应通频带的中频段(15~30 Hz)作为刺激频率进行脑机接口实验。实验结果表明,所提出的自适应稳态视觉诱发脑机接口在识别时间为3 s时,具有较高的准确率(平均为97.09%)和信息传输率(平均为100.26 bits/min),且有效减轻了视觉疲劳,研究结果为设计基于个体差异特点的脑机接口提供了新的思路。

    2020年05期 v.41 154-163页 [查看摘要][在线阅读][下载 4287K]
  • 基于深度网络迁移学习的致痫区脑电识别

    曲桂果;袁琦;李彦;

    致痫区脑电识别能够为癫痫外科手术提供重要的参考价值。提出了一种基于深度网络迁移学习的致痫区脑电识别算法。首先利用连续小波变换(CWT)对脑电信号进行时频分析,获得脑电信号时频图;然后迁移学习AlexNet网络模型,调整网络结构使之适应于致痫区脑电识别,将模型第7层全连接层输出作为脑电信号时频图的特征表示,最后利用支持向量机(SVM)、BP神经网络、长短期记忆网络(LSTM)、基于稀疏表达分类算法(SRC)、线性判别分析(LDA)等分类算法进行特征分类。基于开源脑电数据集采用十折交叉验证的方法对算法进行了验证,比较6种分类器的效果,得到SVM算法的平均特异性为88.81%,灵敏度为88.07%,准确率为88.44%,证明了该方法识别致痫区脑电信号的有效性。

    2020年05期 v.41 164-173页 [查看摘要][在线阅读][下载 2363K]
  • 基于PSO_GRNN网络的肺内静态压力值预测方法

    张玉欣;金江春植;白晶;周振雄;

    为了实现机械通气辅助医疗中依据病人个体差异控制呼吸机通气参量,分析了基于广义回归神经网络(GRNN)的呼吸系统力学模型,通过结合PSO_GRNN网络、数值积分和递推最小二乘法等实现呼吸系统模型的参数辨识。采用直接计算法实现单周期呼吸样本的肺静态压力值计算,并利用二阶多项式拟合体积值误差,计算10个吸气周期静态数据点的平均绝对值误差为0.169 3 mL,计算10个呼气周期静态数据点的平均绝对值误差为0.372 8 mL。采用PSO_GRNN网络实现多周期呼吸样本集的肺静态压力值预测,10个呼吸周期样本集的训练集平均误差为0.000 9 kPa,测试集平均误差为0.040 7 kPa。仿真实验结果表明PSO_GRNN网络在收敛速度、平均误差、运算速度等方面均优于PSO_BP网络。所用方法在机械通气辅助治疗时可以为医生设置呼吸机通气参量提供有效的参考依据。

    2020年05期 v.41 174-184页 [查看摘要][在线阅读][下载 4661K]
  • 无SAR评估条件下心脏起搏器谐振式无线供能系统研究

    闫孝姮;黄明鑫;陈伟华;

    目前,心脏起搏器谐振式无线充电系统存在比吸收率(SAR)安全问题。为最大限度避免SAR损伤,在频率10~100 kHz范围内,设计了一种基于LCC-C补偿的谐振式无线供能系统。同时考虑到频率、线圈偏移及补偿参数对系统传输性能的影响,建立了考虑等效串联电阻(ESR)的损耗电路模型。通过分析不同频率、LC参数和耦合系数条件下系统的输出功率和传输效率,综合确定了最佳频率及补偿参数。最后搭建实验系统检验系统供能效率、抗偏移能力、以及相应安全指标;结果表明,在两线圈圆心距横向偏移0~2/3条件下系统传输效率可达43.3%~73.2%,最大温升仅为0.8℃,且无需进行SAR评估,为提高人体植入式设备的安全性设计提供了一种有效的方法。

    2020年05期 v.41 185-195页 [查看摘要][在线阅读][下载 6035K]
  • 基于结构先验信息的磁探测电阻抗成像算法研究

    陈瑞娟;吴伟巍;李芳;王慧泉;王瑶;

    为了提高磁探测电阻抗成像中图像分辨率,提出了一种基于结构先验信息的磁探测电阻抗成像算法。通过水平集方法对预处理后CT图像进行分割,获得结构先验信息图像;进而建立模拟肺水肿病变的仿真模型,并结合灵敏度矩阵算法进行重建,获得MDEIT重建图像。仿体实验结果表明:基于结构先验信息的磁探测电阻抗成像算法减少了重建图像的伪影,使重建的电导率图像相对误差从88.47%减少到33.39%;图像相关系数也从0.33提升到0.81,验证了基于结构先验信息的磁探测电阻抗重建算法,在重建图像结构和电导率重建数值精度方面相比传统重建算法都有了显著提高,为磁探测电阻抗成像的临床应用奠定了基础。

    2020年05期 v.41 196-204页 [查看摘要][在线阅读][下载 4463K]
  • 基于变分模态分解的脑电锁相刺激方法

    陈妮;覃玉荣;熊艳婷;李卓然;

    锁相刺激技术在神经机制研究及临床治疗中具有很好的应用前景,但需解决脑电信号(EEG)和刺激信号之间相位锁定的问题。由于EEG复杂的时变性,目前还缺乏用于实现与EEG锁相的有效刺激算法。为此,提出基于变分模态分解(VMD)和自回归(AR)预测的锁相刺激方法。首先对采集的EEG进行VMD处理,得到多个本征模态信号;然后对每个本征模态信号采用AR模型进行预测,将所有模态对应的预测值叠加;最后依据叠加结果的频率和相位特征,生成与EEG锁相的刺激。分别对模拟EEG和20名受试者(年龄20~36岁,男性12名,女性8名)的睁、闭眼静息态EEG进行测试。结果表明,VMD-AR方法能很好地克服EEG非平稳性的影响而生成具有更高锁相值(PLV)的刺激;预测时长从0.01 s增大至0.4 s时,睁眼EEG的PLV从0.99减小至0.39,闭眼EEG的PLV从0.99减小至0.65;建模时长从0.25 s增大至2.5 s时,睁眼EEG的PLV从0.64增大至0.83,闭眼EEG的PLV从0.53增大至0.65;在所有测试条件下,VMD-AR方法的锁相性能均优于AR和基于经验模态分解的AR方法EMD-AR。该方法同样适用于其他非平稳信号的闭环锁相系统。

    2020年05期 v.41 205-213页 [查看摘要][在线阅读][下载 3591K]

信息处理技术

  • 基于秩卡尔曼滤波的室内行人航位推算算法

    余志鹏;熊剑;衷卫声;郭杭;钟启林;

    针对采用卡尔曼滤波进行室内行人导航数据融合时精度较低的问题,在行人航位推算技术的基础上,提出了一种基于秩卡尔曼滤波(RKF)的行人航位推算导航(PDR)方法。RKF技术由于采用特殊的秩采样机理,可以很好地处理非高斯和非线性系统问题。通过将RKF技术和零速修正(ZUPT)技术相结合,对室内行人运动中测得的多传感器数据进行融合,实现更加精确的室内行人导航定位。首先,利用零速检测算法从MEMS传感器测量数据中分析得到零速信息;然后,利用得到的零速信息作为ZUPT和RKF算法的信息源参与融合解算得到最终的行人位置;最后实验结果表明,基于RKF的PDR算法相对于采用扩展卡尔曼的行人航位推算算法有一定的提高,使得室内行人导航定位误差减小了18.91%。

    2020年05期 v.41 214-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 1822K]
  • 曲面构件斜入射SV波EMAT辐射声场特性分析

    唐琴;石文泽;卢超;石峰;陈尧;

    为了解决曲面构件的凹凸检测面的曲率半径对斜入射垂直剪切波(SV波)电磁超声换能器(EMAT)的缺陷检测分辨率/灵敏度和定位/定量偏差影响这一问题,建立了基于圆弧曲面(凹面和凸面)检测面的斜入射SV波EMAT辐射声场有限元模型,研究了曲折线圈匝数、弧面曲率对斜入射SV波的主瓣峰值、主瓣宽度、主旁瓣比和入射角的影响,并对仿真结果进行实验验证。结果表明,当曲折线圈匝数相同时,凸面检测面的SV波幅值相比于平面检测面提高34.8%以上,主瓣宽度减小43.8%;当曲折线圈匝数由10匝增至30匝时,凸面检测面的SV波幅值提高42.3%,主瓣宽度减小43.6%;凸面检测面的SV波声场特性均优于平面和凹面;曲面曲率半径对斜入射SV波主瓣峰值、主瓣宽度和主旁瓣比有显著影响。

    2020年05期 v.41 221-233页 [查看摘要][在线阅读][下载 11276K]
  • 基于自适应VMD和改进功率谱估计的球磨机负荷特征提取

    卿宗胜;高云鹏;吴聪;杨佳伟;王庆凯;

    磨矿过程中的球磨机运行实时工况复杂,球磨机内部负荷状态难以准确获取。提出以原始筒体振动信号与本征模态函数的能量差作为自适应变分模态分解(VMD)层数的评价参数,构建新型自相关函数,引入Rife-Vincent自卷积窗结合能量重心法对本征模态函数进行处理,据此提出一种基于自适应VMD和改进功率谱估计的球磨机负荷特征提取方法,并开发基于LabVIEW的球磨机负荷识别系统。该方法能自适应地确定本征模态函数分解层数,提高算法的抗模态混叠、虚假分量能力,从而提高球磨机负荷检测的准确性。实测结果表明,所提方法可有效提取磨矿过程中球磨机内部负荷特征,实现球磨机负荷状态的准确识别,为磨矿优化控制和效率提高提供准确、可靠的依据。

    2020年05期 v.41 234-241页 [查看摘要][在线阅读][下载 2464K]
  • 风力发电机组发电机前轴承故障预警及辨识

    尹诗;侯国莲;胡晓东;周继威;弓林娟;

    为实现风电机组发电机前轴承故障预警及辨识,将监控和数据采集系统(SCADA)时间序列数据和状态监测系统振动数据相结合,提出了一种时频域建模方法。首先,利用SCADA数据建立基于门控循环单元神经网络的发电机前轴承温度模型,并计算其温度残差特征;其次,提取发电机前轴承振动信号时域特征和频域特征;最后,将温度残差特征和振动信号时频域特征相融合,建立基于极限梯度提升的前轴承故障辨识模型,从而辨识发电机前轴承正常、内圈损伤、外圈损伤、轴不平衡、滚动体损伤5类情况。实验研究表明,该方法比单独利用振动信号特征开展前轴承故障预警辨识的准确率高,其正常、内圈损伤、外圈损伤的平均辨识准确率从87%、58.5%、65%,分别提升到88.5%、67.5%和74%。

    2020年05期 v.41 242-251页 [查看摘要][在线阅读][下载 4481K]
  • 基于循环多核相关熵的故障检测方法及应用

    李辉;郝如江;

    针对传统基于二阶统计量的循环平稳信号处理方法不能有效处理脉冲噪声干扰的问题,提出了一种基于循环多核相关熵的故障检测方法。首先,给出了多核相关熵的定义,推导了循环多核相关熵函数和循环多核相关熵谱密度函数计算公式,分析了循环多核相关熵的降噪机理;其次,用仿真信号验证了在低噪声比(SNR=-5)情况下循环多核相关熵的降噪性能,表明了循环多核相关熵不仅能有效抑制高斯噪声,而且能有效抑制非高斯噪声,循环多核相关熵为高斯、非高斯噪声的处理提供了一种鲁棒性处理方法;最后,将循环多核相关熵方法应用于齿轮箱齿轮齿面磨损故障诊断,实验结果表明:循环多核相关熵具有解调功能,能准确刻画齿轮齿面磨损故障的频谱特征,可有效提取淹没在强噪声环境中的微弱信号,提高了信噪比,证明了此方法为一种齿轮故障诊断的有效方法。

    2020年05期 v.41 252-260页 [查看摘要][在线阅读][下载 8175K]
  • 基于故障诊断观测器的管道多点泄漏研究

    郭颖;杨理践;郎宪明;

    针对管道同时发生多点泄漏时,难以有效检测的问题,提出一种基于故障诊断观测器的多点泄漏检测方法。首先,基于故障诊断观测器构建残差产生器,通过残差来提取泄漏系数信息。然后,采用干扰解耦技术使观测器对未知扰动有较好的鲁棒性。结合Lyapunov函数和Barbalat引理,证明了故障诊断观测器的稳定性。该方法可以检测和估计出泄漏各点的泄漏系数。通过模拟多点泄漏实验,泄漏点的泄漏系数最大估计误差为1×10~(-5) m~5·s~(-1),最小估计误差为0.2×10~(-5) m~5·s~(-1),验证了该方法的可行性及有效性。

    2020年05期 v.41 261-268页 [查看摘要][在线阅读][下载 3459K]
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