仪器仪表学报

传感器技术

  • 基于单片TMR磁传感器的非侵入电流监测微系统

    鲁文帅;尤睿;周扬;袁宏永;尤政;

    提出一种仅需单片单轴隧穿磁阻传感器且无需磁芯结构的低成本、非侵入式电流监测微系统。研究论证了磁阻传感器测量线缆电流的基本原理和关键点;设计了具备电缆限位功能的组合式结构,在确保磁场-电流传递关系可靠性的同时,避免了对传统聚磁结构及传感阵列的依赖,确保了测量的便捷和结构简单;设计了高集成度、低功耗的微系统硬件,并基于软件实现了精确测量和校准算法。基于工频市电的电气线路规范搭建了测试环境,开展了性能测试。结果表明,研制的电流监测微系统具有较高的线性度和重复性,在0~8 A测量范围内最大误差为1.5%,可达到国标0.5级标准,具有较好的长期稳定性和抗邻线电流干扰能力,适用于多数居民用电监测场景。

    2020年06期 v.41 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 2308K]
  • 一种高梯度静磁场感应式全流量磨粒监测传感器

    萧红;周威;罗久飞;谭峰;冯松;

    针对传统单激励油液磨粒传感器难以实现全流量润滑油监测的问题,提出了一种基于多激励结构的感应式磨粒监测传感器。在传感器流道周向均匀布置多个激励结构,扩大检测范围,从而实现全流量磨粒监测。建立三维有限元模型,分析了感应线圈的静磁场和瞬态特性,揭示了激励结构数量与y-z平面周向磁场均匀性的关系。同时,优化了传感器的磁极形状。单颗粒模拟实验表明激励电流、电流方向和激励结构数量直接影响磨粒感应信号波形,验证了激励结构数量是影响传感器有效检测范围的重要因素。润滑油系统循环条件下的磨粒注入实验结果显示,传感器能够在直径为40 mm的流道中检测到13μm的铁磁性磨粒。

    2020年06期 v.41 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 3201K]
  • 运动加速度在线估计的非线性惯性航姿算法研究

    于永军;张翔;王新志;于捷杰;

    稳定精确姿态估计是无人飞行器自主控制的关键。利用MEMS惯性测量组件作为测量传感器的惯性航姿系统以其完全自主的优势,成为当前无人飞行器姿态估计的必备系统。微小型无人飞机器姿态模型是典型的高阶非线性系统,针对传统的EKF、UKF等非线性滤波算法计算复杂度高、精度差的问题,建立了非线性航姿系统模型,并提出了基于非线性滑模滤波器的航姿算法。同时,针对传统航姿算法无法估计运动加速度的问题,基于微小型无人飞行器运动特性提出了运动加速度在线估计算法,实现了运动加速度的实时估计。通过跑车测试和飞行测试证明所提算法在无GPS辅助情况下能精确估计载体运动姿态和运动加速度,加速度估计精度0.15 m/s~2,姿态估计精度达到1°。

    2020年06期 v.41 19-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 2265K]
  • 霍尔式磁性液体微压差传感器的设计及特性研究

    谢君;李德才;朱锐棋;

    磁性液体作为一种重要的功能材料,在传感器领域的应用日渐广泛。本文基于霍尔元件设计了一种霍尔式磁性液体微压差传感器,该传感器以透明玻璃管为载体,内部圆柱状永久磁铁的端部吸附有磁性液体,磁性液体形成环状起到润滑和密封的作用,使得永久磁铁在竖直方向运动时的摩擦发生在固体和液体之间,底部磁环用来提供回复力,转换元件采用霍尔元件。当永久磁铁在透明玻璃管内移动时,霍尔元件处的磁场发生变化,进而系统输出电压信号。最终优化后的传感器直径10 mm,长度80 mm,当采用3 mm磁环和50 mm永久磁铁组合时,在0~1 000 Pa的测量范围内,测量精度为1 Pa,线性度误差5.8%,迟滞误差5.3%,重复性误差2.9%,该传感器体积小、成本低,具有很强的实用价值。

    2020年06期 v.41 27-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1584K]
  • 船用光纤光栅应变传感器开发与应用研究

    江舒;李涛;林杰俊;叶志斌;

    为了保证船舶结构健康监测系统中应变量值的准确可靠,设计并开发了一种可校准的船用光纤光栅应变传感器。该应变传感器结构经过优化具有较高的精度,且具有可反复安装使用和可校准的特点。设计了光纤光栅应变传感器专用校准装置,其量值可溯源至国家长度基准。通过加载实验验证了该应变传感器的性能,实验结果表明该应变传感器的最大非线性误差为3.4με,重复性为3.1με,证明了该传感器具有良好的测量精度。在此基础上,设计船体结构模型,对传感器进行了静态加载实验,传感器测量数据与理论计算结果符合较好,在实验水池中通过模拟实际风浪环境进行了波浪载荷测试,结果表明研制的船用光纤光栅应变传感器具有较好的可靠性。所研究为工作为船舶结构在线健康监测中的应变测量技术的研究与应用提供了有效的技术手段。

    2020年06期 v.41 35-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 2137K]
  • 基于Herriott型多通池的SERF原子磁力仪研究

    王言章;梁檬;

    为提高无自旋交换弛豫(SERF)原子磁力仪的探测灵敏度,提出一种通过增加探测光在气室内部与泵浦光相互作用的光程长来提高SERF原子磁力仪探测灵敏度的方法,该方法采用在原子气室外侧搭建Herriott型多通池系统来实现复杂光路以及长光程,将系统整体放置在屏蔽筒内部,并利用3D软件对该无磁检测系统进行设计与制作。与传统型SERF原子磁力仪进行实验对比,该方案实现了在多频点的探测灵敏度不低于34 fT/Hz~(1/2)的性能,可解决复杂光路的光学结构与原子磁力仪相结合这一问题,为未来采用F-P积分腔的形式来进一步提升磁力仪性能打下良好基础。

    2020年06期 v.41 43-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 1655K]

精密测量技术与仪器

  • 基于ANFIS的高速电主轴热误差建模研究

    戴野;尹相茗;魏文强;王刚;战士强;

    为了减少热误差对电主轴加工精度的影响,需要建立电主轴的热误差补偿系统,而补偿系统的性能主要取决于热误差预测模型的准确性和模型输入的温度质量。为保证输入模型的温度质量,采用模糊C-均值聚类和灰色关联分析相结合的综合算法优化温度测点,将温度测点的数量由10降至3个,以某台电主轴为试验对象,以电主轴转速为7 000 r/min的温度变量为输入,热误差变量为输出,采用自适应神经模糊推理系统建立了电主轴的热误差预测模型,并以转速为5 000和9 000 r/min的实验数据作为验证,结果表明,建立的ANFIS热误差预测模型可以有效地预测电主轴的热误差,预测模型的残差小于1μm。最后,与误差反向传播神经网络进行对比,结果表明该预测模型具有更高的精度和抗干扰能力。

    2020年06期 v.41 50-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 2604K]
  • 硅压阻式压力传感器测量误差在线补偿方法研究

    闫文吉;陈红亮;陈洪敏;王力;董静;

    由于硅压阻式压力传感器的测量精度易受温漂和非线性等因素影响,而现有测量误差数字补偿方法实时性不高,因此提出了一种基于二元插值算法的异频分步在线补偿方法。首先采用三次样条插值算法对传感器输出电压和工作温度插值,抑制温漂;然后利用拉格朗日插值算法对压力和电压进行分段插值,减小非线性误差;同时降低温度的插值频率以减少每个压力插值周期内计算量,克服了传统的插值补偿方法将两个变量在一个插值周期内计算时间长的缺点。通过传感器标定和误差补偿实验验证了该方法的补偿精度在0~60℃的温度范围内满足±0.05%FS的误差要求,并且在设计的采集系统上实现1 kHz的数据输出速率。实验结果表明该方法可以有效地提高硅压阻式压力传感器的测量精度,且具有较高的实时性,能够实现误差在线补偿。在航空发动机试验的气体压力测量中具有一定的工程应用价值。

    2020年06期 v.41 59-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1125K]
  • 机器人自动钻铆系统的现场快速自定位方法

    韦溟;张丽艳;

    机器人自动钻铆系统在航空产品零部件制造和装配中得到了越来越广泛的应用。提出了一种利用钻铆机器人末端执行器上携带的单个工业相机进行现场机器人快速自定位的方法。该方法只需要以示教方式驱动钻铆机器人带动末端的工业相机对工件坐标系下6个以上坐标已知的定位点依次单独成像,即可简便快捷地确定出机器人基坐标系与工件坐标系之间的变换关系,结果表明,坐标系之间的旋转向量的偏差小于0.004,平移向量在x、y、z方向的偏差的绝对值都小于0.5 mm,实现机器人高精度自定位。推导了基于定位点依次单独成像的机器人自定位数学模型,并针对这一新模型提出了一种高效稳健的求解算法。该方法不受定位点分布结构的限制,可以直接利用自动钻铆系统自带的单个工业相机,无需激光跟踪仪等额外的坐标测量系统进行繁琐的三维测量和数据处理,因此机器人与工件的现场找正过程更加便捷高效。针对多个定位点依次单独成像所建立的定位模型和求解方法可以广泛应用于解决各类"手-眼"机器人系统的自定位问题。

    2020年06期 v.41 66-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 2172K]
  • 基于参数估计的精密离心机回转轴线测量方法

    陈爽;鲁伟俊;张强;秦敏;

    回转轴线的确定作为10~(-6)量级精密离心机静态工作半径校准的重要步骤,其准确性将直接影响输出加速度的测量不确定度。根据定义,回转轴线作为虚拟基准,无法通过测量直接得到。针对上述问题,通过高斯滤波、偏心量及倾斜量参数估计、自动化调整,提出了一种基于参数估计的精密离心机回转轴线测量方法,可实现标准圆柱棒几何中心线与回转轴线重合,达到基准转换的目的。利用圆度仪及模拟仿真、验证了滤波算法与参数估计的正确性及有效性;利用精密转台、标准圆柱棒、光谱共焦传感器、六轴并联定位运动平台搭建了回转轴线测量单元。试验结果表明,标准圆柱棒与回转轴线的偏心量可调整至0.2μm,倾斜量可调整至0.000 2°。

    2020年06期 v.41 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1970K]
  • 自动磁通门经纬仪多参量误差补偿算法

    张策;滕云田;张涛;范晓勇;汤一翔;

    自动磁通门经纬仪是地磁绝对观测中测量磁偏角和磁倾角的重要仪器,在测量过程中目前存在横轴与磁轴的不正交误差、磁通门传感器零点偏移误差、电机停止误差和竖轴倾斜误差。为了提高仪器测量精度,利用多体系统理论建立了磁通门传感器输出模型,并基于该模型和"四位置测量法"提出了磁偏角和磁倾角的多参量误差补偿算法。补偿算法通过传感器指向与地磁矢量正交的4个特定位置进行测量,可消除不正交误差和传感器零偏。针对测量过程中存在的电机停止误差和竖轴倾斜误差,补偿算法可进行修正。利用模拟数据进行的仿真实验表明,补偿算法可对±10′以内的电机停止误差和竖轴倾斜误差进行补偿。在台站完成的实测实验表明,补偿算法使测量误差减小到3″以内,满足仪器测量的需求。

    2020年06期 v.41 85-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1035K]
  • 基于状态方程磁电编码器角度误差主动监督补偿方法研究

    王磊;吴殿昊;李玉强;张永德;潘巍;

    针对磁电编码器角度值易受到高频噪声影响,影响角度值输出精度问题,提出了一种基于卡尔曼滤波器及运动状态方程角度值误差主动监督补偿方法。为了降低角度值观测噪声,采用基于运动学状态方程角度值观测方法,有效抑制了磁电编码器角度值观测噪声;提出了基于神经元角度值误差自适应补偿方法,实现了角度值误差观测的自适应收敛过程。针对角度值误差收敛速度缓慢问题,采用基于卡尔曼滤波器角度值误差主动监督补偿方法,调节误差补偿系数进而提高角度值观测误差的收敛速度,经过实验证明所提方法的有效性,在角度值过零点位置的大角度跳变工作位置,采用跟踪性能较好的状态误差调节系数保证了角度值跟踪的一致性。在角度值平滑跟踪状态下,采用所提方法角度值精度从±3°提高到了±0.082°。

    2020年06期 v.41 94-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 5324K]

视觉检测与图像测量

  • 深海原位激光扫描双目立体视觉成像系统

    谢亮亮;屠大维;张旭;肖国梁;金攀;

    为满足深海物体原位三维测量需要,提出一种激光扫描双目立体视觉成像方法。该方法基于双目立体视觉原理,采用四维光场光线表示法,建立水下双目立体成像系统的测量模型;采用激光线扫描光条作为像素匹配线索,及基于共面约束的像素匹配算法,提高水下左、右两个相机图像像素匹配精度。通过耐高压结构设计、电气和软件设计,建立起相应的工程样机。静水压力试验表明,该工程样机能够适应4 000 m深海静水压力;实验室精度试验,采用标准球棒为测量对象,在距离样机3 m处,多次扫描三维重建后,得到两靶球球心距测量结果的标准差为2.28 mm;南海真实海域实测试验,表明样机具有深海原位三维测量重建功能,且在距离样机2 m处,对标准球棒两球心距测量结果的标准差为2.22 mm。上述研究和试验表明,研制的激光扫描双目立体视觉成像系统,具备深海原位测量功能,具有较高三维测量精度。

    2020年06期 v.41 106-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 2133K]
  • 基于Y型CCD的室内运动目标定位方法

    郑雪;杨庆华;屠晓伟;王闯;夏国清;

    室内定位技术在智能体自主导航方面具有广阔的应用前景。为了获取运动目标在悬浮状态下的位置与姿态角,设计了一种新型的Y型光学室内定位传感器(YPS),其由3个线性电荷耦合器件(CCD)和3个柱面透镜组合成Y型结构。根据固定在运动目标上的YPS可作为接收端且可运动的特点,在其可测视域范围内通过依次采集3个可见点光源在YPS上的像坐标,建立空间点光源的三维重建模型和基于Y型定位传感器上合作点的四元数位姿解算算法,即可解算出运动目标的三维坐标和姿态角。通过仿真与实验,分析了不同参数对位姿误差的影响,并在柱面透镜线性度较好的中心部位,验证了新Y型定位传感器可实现准确的单点定位的方法,其三维坐标的误差不大于3 mm,并可以确定室内运动目标基于全局坐标系的位置与姿态信息。

    2020年06期 v.41 115-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 1582K]
  • 基于二维平面靶标的线结构光标定

    于龙龙;李艳文;栾英宝;陈子明;李赫;

    为实现对线结构光的高精度标定,提出一种新的基于二维平面靶标的线结构光标定算法。首先拟合图像坐标系下光条直线方程,通过图像坐标系与相机坐标系的转换关系求解相机坐标系下在图像中的光条直线方程;求解过相机坐标系原点与此直线所确定的平面方程,之后确定二维靶标平面在相机坐标系下的平面方程,此两平面的交线即为标定板上的光条直线在相机坐标系下的方程;每幅标定板图像均做以上处理,通过最终提取出的多组光条中心线拟合激光平面方程。实验表明,在一般的实验环境下,此算法弥补了以往算法的标定点少的缺陷,具有高精度和操作简便的优点,最大差值为0.006 mm。

    2020年06期 v.41 124-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 2296K]
  • 基于孪生非负矩阵分解的车脸重识别算法

    贾旭;孙福明;

    受光照强度变化影响,同一车辆在不同时段采集的车脸图像可能会存在差异,如车身颜色、车灯状态等,为了使识别方法对多种光照条件具有普适性,提出了一种孪生非负矩阵分解模型。首先,将每一对训练样本车脸图像的初始特征分配在两个非负矩阵分解模型中;然后,融合分解后的误差损失,类内损失,类间损失,设计了一种孪生非负矩阵分解模型,其中,两个非负矩阵分解模型共享同一特征基;最后,基于梯度下降法对模型进行求解,获得共享特征基,并基于余弦距离实现了车脸图像的匹配。实验结果表明,对于存在一定光照差异条件下采集的两幅车脸图像,提出的算法仍能获得较为准确的重识别结果,错误接受率与错误拒绝率均可降低至6%以下。

    2020年06期 v.41 132-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 1715K]
  • 基于深度学习的膝关节MR图像自动分割方法

    于宁波;刘嘉男;高丽;孙泽文;韩建达;

    膝关节磁共振图像的自动分割具有重要的临床需求,图像中分割目标的大小不同为精准分割带来了挑战。基于深度学习,提出一种端到端的DRD U-Net。以残差模块作为基本模块,增加了对特征的复用能力。利用并行的扩张卷积模块获取不同的感受野,克服了U-Net模型单一感受野的局限性,提高了对不同大小目标的分割能力。设计多输出融合的深监督模块,直接利用不同层次的特征实现了信息互补,提高了分割区域的连贯性和准确性。在OAI-ZIB数据集上测试,平均分割表面距离为0.2 mm,均方根表面距离为0.43 mm,豪斯多夫距离为5.22 mm,平均戴斯系数(DSC)为93.05%,重叠误差为3.86%。相比于基线U-Net和其他现有模型,所提方法在膝关节股骨、胫骨、股骨软骨、胫骨软骨的分割方面都取得了更高的精度。

    2020年06期 v.41 140-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 2552K]

检测技术

  • 厚壁管道线聚焦斜入射SV波EMAT辐射声场分析

    张金;董子华;石文泽;王学彬;王鑫;

    由于圆弧型检测面的曲率半径对斜入射SV波EMAT辐射声场的影响规律尚不清楚,导致厚壁管道线聚焦斜入射SV波EMAT的缺陷检测能力、缺陷定量/定位精度出现偏差。建立了基于平面/凸面检测面的线聚焦斜入射SV波EMAT的辐射声场有限元模型,研究了凸面检测面的曲率半径、EMAT曲折线圈匝数、设计初始角等因素对辐射声场的主瓣峰值和主瓣宽度的影响规律,并与平面检测面进行了对比。结果表明,与平面检测面相比,凸面检测面起到聚焦超声波的作用,具体表现在聚焦侧主瓣峰值增加22.76%,主瓣宽度减小10.56%。在曲折线圈匝数超过28匝后,线圈匝数的增加对主瓣峰值加强作用有限;当曲率半径为1.485×10~(-1) m,线圈设计初始角为10°,曲折线圈匝数由10匝增加至28匝时,线聚焦SV波主瓣峰值增加102.56%,主瓣宽度减小57.99%。

    2020年06期 v.41 150-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 5193K]
  • 基于热成像的埋地热力管道缺陷检测试验研究

    张艳博;任瑞峰;梁鹏;姚旭龙;王帅;

    为了研究埋地热力管道缺陷检测、泄漏定位问题,根据相似性原理搭建埋地热力管道泄漏试验平台,利用红外热像仪对3种不同工况的埋地管道上方地表进行探测,分析热力管道上方地表红外热像、最大差值辐射温度和差值温度分布变化特征。结果表明,埋地管道泄漏时,红外热像上漏点周围会呈现椭圆形高温区、温度梯度区与自然温度区,高温区内温度最大点往往对应漏点的位置,温度梯度区代表泄漏的影响范围。管道泄漏时最大差值辐射温度升温速率最快,分别是管道保温层破损和管道无破损的2倍和4倍,其差值温度分布直方图由正态分布演变为偏态分布。所提出的根据热像图的像素计算埋地管道泄漏影响区域的实际面积以及根据最大温度点的坐标确定泄漏点位置的方法,可实现管道泄漏影响评估和漏点准确定位。

    2020年06期 v.41 161-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 2758K]
  • 输气管道泄漏的线性阵列两步定位方法

    郑晓亮;王强;薛生;

    为了提高输气管道泄漏定位的精度和抗干扰能力,基于除自谱的互功率谱波束形成法,提出一种输气管道泄漏的线性阵列两步定位方法。进行M(=3, 5, 7)元阵列及其M-1元子阵的泄漏定位和速度估计效果对比实验,分析了3种阵列的抗干扰能力差异。实验结果表明,泄漏信号的4 kHz分量受多径干扰较小,速度估计结果稳定在1 600 m/s~1 700 m/s范围内。相较于2元和4元子阵,6元子阵的速度估计结果更稳定,抗干扰能力更强。相应地,7元阵列的定位精度和抗干扰能力也更优,干扰较小时,对不同泄漏位置的平均定位误差率小于1%,信噪比低至-15 dB时其误差率仍低于2%。而现有基于广义互相关分析的声波法在噪声条件下无法完成有效定位。该研究将阵列技术应用到管道泄漏定位,提高了定位方法的性能。

    2020年06期 v.41 171-178页 [查看摘要][在线阅读][下载 3200K]
  • 铁磁性套管脉冲涡流检测的时域解析解

    孙虎;师奕兵;张伟;李焱骏;

    脉冲涡流检测因具有低功耗、响应频谱宽、对不同深度缺陷具有较高灵敏度等特点而愈发受到重视。然而当前多数套管检测研究均使用电流源作为激励,由于激发线圈存在自感,其在电流脉冲激励信号的上升和下降沿将产生一个极大的反向瞬时感应电压。因此在这类研究中,对电流源激励的功率和稳定性提出了极高的要求。为解决电流型脉冲激励的上述问题,给出一种电压型脉冲激励套管涡流检测方法并推导了其时域解析解。首先,分析了激发线圈自感及套管涡流对激励电流的影响。然后,使用了更为准确的脉冲激励函数进行解析计算,并通过磁场叠加推导了激励、涡流磁场在接收线圈中的时域感应电压解析解。实验表明,得出的解析计算结果与实验电流、感应电压的相对误差分别为2.9%和9.6%,提升了理论数据的准确性。

    2020年06期 v.41 179-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 1429K]
  • 变压器铁芯搭接区磁热等效及温升影响研究

    刘行谋;薛金鑫;杨永明;江帆;程鹏;

    针对变压器叠片铁芯接缝搭接区温升异常和损耗难以实测的问题,提出了搭接区等效损耗方法来实现对铁芯接缝处损耗突变的准确计算。首先建立铁芯接缝搭接区三维等效模型,通过梯度曲线确定搭接区等效范围,得出接缝区等效损耗(JBF)的计算公式,并研究了JBF的影响因素;然后建立考虑JBF的变压器整体温升模型,计算并分析开路试验下铁芯及结构件上的不同热点及特定曲线上的温升及影响因素;最后搭建了变压器铁芯温升试验平台实测接缝搭接区和夹件的热点温度,结果显示测量值和计算值的相对误差均小于2.50%,证明了计算方法的有效性。所提出的搭接区等效损耗计算方法为变压器铁芯损耗评估及工程设计提供了理论基础,对变压器安全运行和在线监测具有重要意义。

    2020年06期 v.41 187-196页 [查看摘要][在线阅读][下载 3787K]
  • 电容-涡流双模式一体化探头检测性能影响因素研究

    殷晓康;符嘉明;谷悦;李伟;陈国明;

    电容-涡流双模式一体化无损检测方法,可结合绝缘体检测中的电容检测技术与导体检测中的涡流检测技术的优势,满足玻纤复合材料修复结构等"绝缘-导电"混合结构的全面检测需求。对双模式一体化检测技术的电容与涡流模式原理分别进行了分析,识别双模式一体化探头检测性能影响因素,对激励信号频率、提离距离、探头扫描方向及线圈参数对检测性能的影响进行了试验研究,以检测特征信号变化率曲线中目标缺陷中心位置处的标准变化率为量化指标,直观表征各因素对检测性能的影响方式与程度。结果表明,试验条件与探头设计参数对各模式检测性能影响规律不同,其中提离距离与线圈参数影响较为显著。通过对各因素影响规律的综合考虑,有望实现检测性能提升并指导探头优化设计。

    2020年06期 v.41 197-207页 [查看摘要][在线阅读][下载 3635K]

信息处理技术

  • 基于时间反转的玻璃钢复合板材声发射源定位方法

    齐添添;陈尧;李昕;卢超;李秋锋;

    玻璃钢复合材料在许多工业领域得到了广泛应用,但是对于该复合材料的声发射动态监测还存在很多问题有待解决。针对玻璃钢复合材料的强各向异性特征,提出一种基于时间反转原理的虚拟加载聚焦增强技术,可应用于声发射源定位。首先按照时间反转原理,推导出虚拟加载过程中的信号聚焦增强技术的理论模型;然后在复合材料上布置传感器阵列,并在监测区域内不同位置进行声速测量,获得材料平均声速为2 432.32 m/s;最后将实验采集的模拟声发射源信号按照理论模型进行处理,计算监测区域内每一个像素点的振动幅值,重建波动幅值图,并以最大幅值处确定为声源位置,同时将波动图经过阈值处理后,可从图中直接看出声发射源的位置。实验结果证明,该方法相对现有声发射仪器,定位精度在4%以内,能够满足工程应用要求。

    2020年06期 v.41 208-217页 [查看摘要][在线阅读][下载 2482K]
  • 基于LMS-随机森林的肌电信号下肢动作快速分类

    石欣;范智瑞;张杰毅;徐淑源;蔡建宁;

    表面肌电信号(sEMG)发生于动作之前,可以在动作活动时提前预测其活动意愿,但传统的分类方法往往存在实时性与准确性难以兼容的问题。为了使得肌电信号能够更好地运用于机器设备,提出一种LMS-随机森林肌电信号快速动作分类方法,对下肢动作屈髋屈膝、屈髋伸踝、屈膝屈踝、伸膝伸踝进行动作分类与模式识别。相比于传统的分类算法,研究只需采集动作前120 ms数据进行分类,利用LMS进行滤波,并且给原始数据赋予相应权重,其权重代表数据特征的重要程度,改善了传统表面肌电信号分类的实时性不足问题,为人体与外骨骼设备融合提供了解决方案。实验结果表明,相比于传统的支持向量机,反向传播神经网络等算法中,算法耗时间较短,速度为线性围栏法的7.8倍,具备较高的准确度与稳定性,识别精度为97.3%。

    2020年06期 v.41 218-224页 [查看摘要][在线阅读][下载 1266K]
  • 基于手势多特征融合及优化Multiclass-SVC的手势识别

    程淑红;程彦龙;杨镇豪;

    深度相机的发展使得获取手势骨骼信息更加方便,为了从多维手势骨骼节点大数据中获取有用信息并在室内复杂环境和近距离条件下实现对常见双手静态交互动作的识别,提出一种基于多特征融合及生物启发式遗传算法优化多分类支持向量分类器(multiclass-SVC)的静态手势识别方法。利用手势骨骼数据设计了新的手势特征且通过特征组合策略建立更全面的手势特征序列,削弱了冗余特征产生的影响,提高了数据处理能力;采用生物启发式遗传算法优化multiclass-SVC的核函数与惩罚参数,得到最优核函数和惩罚参数,能够克服因随机选择核函数和惩罚参数导致手势识别准确度低的缺点;运用P、R、F1、A度量指标对手势识别模型进行综合评估,且通过与KNN、MLP、MLR、XGboost等模型的对比实验,验证了所提手势识别模型能有效提高手势识别准确度;通过迭代增加手势样本数据进行模型训练的方法分析了样本容量对手势识别准确度的影响,提供了一种提高手势识别准确度的有效方法。实验结果表明,手势识别准确率达到98.4%,识别算法的查准率、查全率和F1性能评测指标均值不低于0.98。

    2020年06期 v.41 225-232页 [查看摘要][在线阅读][下载 2221K]
  • 局部置乱结合双随机相位编码的双虹膜身份模板保护方法

    刘笑楠;张文云;高艳娜;

    针对基于不可逆变换的虹膜模板保护在进行虹膜识别时面临特征模板泄露的问题,提出一种结合局部置乱和双随机相位编码双虹膜身份模板保护方法。该方法首先采用log-Gabor变换提取用户虹膜特征,然后设定置乱次数以及变换矩阵参数,利用Arnold变换对虹膜特征矩阵进行无重叠分块置乱,对原始特征进行第一重加密保护。再在分数傅里叶变换域应用双随机相位编码方法构建加密特征向量,采用用户设定掩膜M_1和同一用户的另一只虹膜图像掩膜M_2对置乱矩阵进行第二重加密保护。最后依据汉明距离对加密模板进行匹配识别。为验证算法性能,采用CASIA-IrisV3-Interval、MMU-V1以及CASIA-IrisV4-Lamp虹膜图库的图像进行测试。结果表明,该方法识别正确率能够达到98.73%,可生成模板的总数量为52~2,并且恢复原始数据需要尝试314~(52×624)×42次,能够满足生物特征模板保护的不可逆性、可撤销性和不可链接性标准。

    2020年06期 v.41 233-239页 [查看摘要][在线阅读][下载 704K]
  • 自适应粒子群优化算法优化径向基函数神经网络用于电阻抗成像图像重建

    吴阳;刘凯;陈柏;李芳;姚佳烽;

    电阻抗成像(EIT)的图像重建是一个高度非线性且欠定的病态逆问题。由于传统方法无法达到很高的精度,并且重建过程通常很耗时,提出了一种基于自适应粒子群优化算法的径向基函数神经网络(APSO-RBFNN)用于图像重建。通过数值模拟建立了15 000个仿真样本,分为训练集和测试集。经过网络训练后,测试集上的图像相关系数(ICC)为0.95,仿真结果验证了APSO-RBFNN方法的有效性。当将30、40和50 dB的高斯白噪声添加到测试集中,ICC分别为0.90、0.92和0.93,证明了该方法的鲁棒性。对包含更多目标的样本重建结果说明了该方法具有良好的泛化能力。此外,8电极EIT系统的实验数据测试结果表明,相比于Tikhonov和RBFNN方法,APSO-RBFNN方法具有更好的图像重建结果。

    2020年06期 v.41 240-249页 [查看摘要][在线阅读][下载 4526K]
  • 基于振动信号的深孔钻削涡振在线检测方法研究

    思悦;孔令飞;李旭阳;郑建明;李淑娟;

    涡振是深孔钻削中极易出现的刀具异常振动形式之一。深孔钻削中刀具系统的涡振将导致深孔圆度超差,甚至损坏刀具和孔壁。因此,实时监测深孔钻削状态、辨识刀具系统涡振,对及时抑制刀具系统涡振、提高深孔加工质量具有重要意义。提出一种基于主轴振动信号的深孔钻削中涡振在线检测方法。首先,对实时采集的主轴振动信号进行经验小波变换分解,提取主轴转频的高倍频信号;其次,计算所提取高倍频信号的能量比,作为监测指标;最后,依据监测指标实时辨识刀具系统涡振。实验结果表明,所提检测方法可有效识别深孔加工中导致孔圆度误差大于0.035 mm的刀具系统涡振缺陷。

    2020年06期 v.41 250-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 2636K]
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