仪器仪表学报

传感器技术

  • 纳米材料修饰的光纤气体传感器研究进展

    徐荣靖;张健;陈恺;李天舒;祝连庆;

    光纤气体传感器具有本征安全、不易受环境影响和远程遥测等优点,在矿井油田、工业生产中有很大的应用前景。功能纳米材料的修饰使得光纤传感在气体检测领域有了更多的研究思路。首先基于工作原理对光纤气体传感器进行分类,简单介绍了光纤气体传感器的优点及目前的应用情况,然后详细介绍了4种传感型光纤气体传感器的基本原理与关键技术。传感型光纤气体传感器通过抛磨、腐蚀、拉锥等微加工手段改变光纤的结构,辅以特殊纳米材料的修饰,可实现超高精度的折射率测量,为光纤气体检测技术提供了低检测限、高灵敏度和特异性的新方法。最后,总结了目前纳米材料修饰的光纤气体传感器存在的问题以及未来的发展方向。

    2020年10期 v.41 1-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1432K]
  • 磁轴承用位移传感器差动安装的误差补偿方法研究

    钟志贤;祁雁英;蔡忠侯;段一戬;

    差动测量方法由于具有测量灵敏度高、能减小传感器温漂误差、降低共模信号干扰、消除传感器偏置耦合等特点而广泛应用于位移测量。磁轴承采用差动方式测量转子位移时,虽然具有差动测量的优点,但也引入了因位移特性的不一致性而产生的动态差动误差、及因传感器差动安装位置的不同而导致差分信号与转子实际位移间产生的不同偏差等问题。针对以上问题,提出了一种磁轴承用位移传感器差动安装的误差补偿方法,采用投影补偿法补偿差分信号中的位移特性不一致误差,推导了差动测量下转子的位移方程,并通过位移方程求解出磁轴承转子的实时位移。仿真及实验表明采用位移传感器差动安装的误差补偿方法,转子位移的差动测量误差从2.5%提高到了0.16%,对于提高磁轴承控制精度及稳定性具有重要的意义。

    2020年10期 v.41 17-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 570K]
  • 基于摆偏角模型的摆式加速度计振动性能研究

    魏渊;杨建华;李鹏飞;张习文;张博文;

    受到振动干扰时,摆式加速度计的摆片会出现相对原平衡位置的偏离,产生误差信号,是造成摆式加速度计在振动中精度降低的主要原因。为优化摆式加速度计的振动性能,分析了系统传递函数,建立了振动摆偏角的数学模型。对数学模型中的各项参数进行对比仿真,分析振动摆偏角随各项参数变化的频率特性,作为设计优化的依据。设计搭建测试系统,对2只配合不同校正网络参数的加速度计样本进行摆偏角对比测试和振动误差测试。实验结果表明:加速度计校正网络增益由2.80×10~5增大到5.20×10~5,对应样本摆偏角由16.85″减小到7.75″,振动误差由5.2×10~(-4) g减小到6.5×10~(-5) g。实验结果与理论模型和仿真结果相吻合,可以作为研究加速度计振动摆偏角特性和优化振动误差的方法。

    2020年10期 v.41 24-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 531K]
  • 基于航迹全局和局部混合特征的航迹关联算法

    蔡昌恺;朱浩;余仁伟;邹可;

    针对分布式多传感器系统在传感器偏差下的航迹关联问题,提出了一种基于航迹全局和局部混合特征的航迹关联算法,该算法分为航迹匹配和空间变换。首先,利用距离和角度描述航迹的全局和局部特征,用于度量航迹之间的全局和局部结构差异,随后利用混合全局和局部特征构建目标函数,并通过线性分配算法最小化航迹之间的结构差异,进而获取航迹之间的对应关系;其次,采用薄板样条函数将局部航迹变换到统一的坐标系下,并利用模拟退火算法迭代航迹匹配和空间变换,从而获得传感器偏差下的航迹关联结果。仿真和真实数据实验结果表明,与现有的4种关联算法相比,该算法在所有的实验数据中均取得了最优的关联结果,且与现有的最优算法相比,航迹关联准确率提升了4.36%,运行时间下降了59.33%。

    2020年10期 v.41 32-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 1494K]

信息处理技术

  • 区块链技术研究与应用

    訾玲玲;丛鑫;

    区块链提出了很多创新的技术用于在开放的环境中构建可信的交易机制,引起了各行业的广泛关注。首先从区块链技术应用的视角,总结了区块链技术的应用架构;然后探讨了区块链技术在人工智能、物联网、5G网络、供应链、图像与多媒体、教育、医疗健康等领域的应用问题及方法,并以应用为背景系统地提出了区块链的性能评估参数,包括基本性能指标和特性指标,为分析评价新设计的区块链提供依据;最后分析了区块链技术在服务、可扩展性、避免虚假和无效交易、性能解析和安全性与隐私保护方面的研究趋势,期望对该领域的应用研究提供有益的想法与思路。

    2020年10期 v.41 43-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 341K]
  • 多维T-S故障树及重要度分析方法

    陈东宁;许敬宇;姚成玉;刘一鸣;

    复杂系统的可靠性除受服役时间影响外,往往受工作温度、应力冲击等环境应力因素影响,仅考虑单一时间因素的T-S故障树分析方法存在一定局限,为此,提出考虑工作时间、工作温度、应力冲击等多种因素影响的多维T-S故障树分析方法及重要度算法。首先提出多维T-S故障树顶事件求解算法,构造基本事件多因素影响下的故障概率分布函数,根据基本事件输入规则和多维输入规则算法求解规则执行可能性,进而结合顶事件输出规则和多维输出规则算法求解系统多因素影响下的故障概率分布。在此基础上,提出多维T-S故障树概率重要度和关键重要度算法。最后,对电气、液压两种工程系统进行多维T-S故障树及重要度分析,除工作时间外,两种系统分别考虑工作温度、应力冲击影响,求得系统故障概率分布和基本事件重要度,相对于只考虑时间因素的T-S故障树分析方法,多维T-S故障树及重要度分析方法能获得更全面的可靠性信息,T-S故障树是多维T-S故障树的一种理想范型,多维T-S故障树是更一般、更通用的范型。

    2020年10期 v.41 54-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 645K]
  • 基于Super smoother和3σ原理的列车动态测试趋势性异常数据清洗方法与分析

    左建勇;冯富人;丁景贤;

    列车动态测试存在数据采集环境干扰大,重复成本高等问题,需要尽可能的从存在异常的数据中保留更多的有效信息。本文针对其中存在的长周期,低频率的趋势性异常数据清洗问题,首先介绍了一种基于Super smoother和3σ原理的数据清洗方法。然后通过与其他常用异常数据清洗方法如神经网络,小波变换等的对比,分别从降噪处理,数据漂移处理,缺失数据补充处理和短暂快速异常波动处理四个方面对方法的数据清洗能力进行了分析和验证,结果表明清洗后数据的Pearson系数由0.785上升到0.923,方法在快速清洗和数据修补方面具有较大优势。最后以某城轨列车制动温升试验数据为例,对实际线路测试数据进行了数据清洗处理,结果表明方法能够较好的解决列车动态测试中存在的趋势性异常数据清洗问题。

    2020年10期 v.41 65-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1407K]
  • 基于重采样的主动非线性调频连续波声呐测距技术研究

    张烈山;刘璞;林杰俊;王梅宝;

    针对连续波声呐探测水下目标时容易被敌方声呐阵监听并识别出位置的问题,本文提出了主动非线性调频连续波测距方法。利用信号源发出非线性调频连续波并驱动空中和水下两路电声换能器,激发出参考声波与测量声波,分别在空气与水中进行传播。将传播后采集到的参考声波和测量声波分别与原始信号进行混频、低通滤波,得到参考信号和测量信号。最后利用参考信号对测量信号进行过零重采样,通过FFT算法提取出主频,换算得到被测距离。在实验室条件下对这一方法的可行性进行了实验验证,结果表明该方法具有较好的测量准确性,在500 mm~4 000 mm被测距离范围内,测量误差的绝对值小于4.59 mm,测量标准差为4.31 mm。通过与广义互相关算法对声波传播时延的计算比对,证明了本文所述方法的隐蔽性。

    2020年10期 v.41 74-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 845K]
  • 基于特征降维的核岭回归室内定位算法

    张贺娜;乐燕芬;施伟斌;

    针对核岭回归学习模型的非稀疏性,在处理大规模数据时训练效率较低,影响算法性能的问题,提出一种基于主成分分析(PCA)结合核岭回归(KRR)的室内指纹定位算法。首先利用PCA算法对原始RSSI位置指纹库进行降维处理,去除冗余信息,提取少量主要信息。再利用KRR算法构建参考点位置和RSSI信息之间的非线性映射关系,并由此对目标位置进行回归预测。实验在仿真环境及两种典型室内环境下测试了所提出的PCA-KRR算法的定位性能,并分析了影响算法性能的因素。结果表明,在不同室内环境中,PCA-KRR算法均有较高的定位精度,参考点分布密度是1.8 m×1.8 m时,平均定位误差小于1.8 m。同时,算法降低了对锚节点数量和参考点密度的依赖,在不同室内环境下具有较好的鲁棒性。

    2020年10期 v.41 83-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 746K]
  • 基于改进WCMA的短时太阳能能量预测方法

    李敏;肖扬;熊灿;

    针对天气剧烈变化时,采集太阳能进行供电的传感节点能量预测误差增大、预测精度降低的问题,提出了基于改进WCMA的短时太阳能能量预测方法。首先,根据存储的能量轮廓与当天收集的能量值的平均绝对误差最小的原则,选择最相似天气,用最相似天气中相应时隙的能量值替代前一时隙采集的能量值,与天气条件因子构成的增量部分线性组合成能量预测模型。其次,设置了动态权重因子来实时调整前一时刻能量值和当前时刻增量值之间的权重,使得权重因子能跟随天气变化及时反应预测模型中各组成部分的贡献度,进一步提高预测精度。实验结果表明,相比其他预测方法,在天气短时剧烈变化时,所提方法具有更小的预测误差、更高的预测精度。

    2020年10期 v.41 92-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 867K]
  • 基于LSTM神经网络的混合燃料HCCI发动机复杂工况下燃烧正时估计

    郑太雄;贺吉;张良斌;

    均质充气压缩点燃(HCCI)发动机可以通过喷射混合燃料来拓宽工作范围,但也增加了复杂工况下燃烧正时估计的难度。为此,基于长短期记忆(LSTM)神经网络,建立了黑箱模型,用以复杂工况下使用混合燃料的HCCI发动机燃烧正时估计。首先,对多输入数据变量进行Z-Score标准化,使输入数据变换到同一数量级。其次,通过主成分分析法(PCA)对多输入数据变量进行筛选,降低数据维度。最后,用LSTM神经网络对选出的燃烧正时影响相关因素和实际燃烧正时之间的非线性关系进行建模。FTP工况下与其他方法对比验证表明,LSTM模型的各项评价指标均优于SVR和BP模型,其决定系数R~2达到了0.989 78。

    2020年10期 v.41 100-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 734K]

精密测量技术与仪器

  • 扫描干涉光刻系统光路结构误差分析与验证

    张敏骏;张鸣;朱煜;

    扫描干涉光刻(SBIL)是实现大面积高精度全息光栅制作的新技术,为实现纳米级干涉条纹精度,左右两侧曝光光路的对称性十分关键,为准确计算曝光光路空间对称性与光学元件结构及安装误差之间的关系,提出了一种基于三维空间向量映射法的SBIL结构误差的计算评估方法,确定了曝光光束在空间传输或反射时各元件结构误差对光路对称性及干涉条纹直线度误差的影响,为验证上述模型,设计了基于压电陶瓷(PZT)条纹锁定的模拟系统,并通过数值仿真验证了上述模型,确定了该系统下实现纳米级条纹误差时各元件的结构与安装误差需求,搭建实验光路验证了在不同误差情况下干涉条纹误差情况,该模型计算相对简洁且易于实现,可指导SBIL结构与安装精度的设计与分配。

    2020年10期 v.41 111-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 885K]
  • 空间TOF相机大视场光学镜头结构优化设计

    魏加立;曲慧东;王永宪;朱俊青;关英俊;

    为使某航天设备上所搭载的小型空间(TOF)相机在宽温度工作范围以及复杂动力学环境下能够较好成像,对空间TOF相机大视场光学镜头开展了优化设计。首先,根据镜头的设计指标要求采用近远心光路设计了光学系统,并对系统进行了分析;然后通过对比材料性能,选取铸钛合金(ZTC4)作为镜头支撑结构材料;并探讨了镜座在加工前、后的加工工艺;随后利用有限元参数化优化和自适应响应面优化算法对镜头关键部件之一的镜筒(壁厚)进行了优化设计。优化后镜筒的质量由75 g减少至51.2 g,减重率达到31.7%;最后对整机进行了过载适应性分析、温度适应性分析和模态分析,并进行了相关测试试验。分析和试验结果表明:该空间TOF相机的各项光机结构性能均满足设计指标要求。

    2020年10期 v.41 121-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1033K]
  • 用于铯原子磁力仪的双AOM激光稳频系统

    董海峰;郭军;张海洋;刘晨;桑君君;

    原子磁力仪的基本工作原理是通过光泵浦将原子极化,并通过检测自旋极化的拉莫尔进动来完成磁场探测,其中用来极化原子的泵浦激光起到了重要作用。自由运转的激光器由于受环境的影响,其频率随时间抖动,从而导致原子磁力仪输出的波动。本文首先在理论上推导了Bell-Bloom磁力仪输出与泵浦光频率波动的关系,其次采用基于双AOM移频的差分探测法实现系统稳频,并自行设计了自动锁频算法且对其进行了实验验证,结果表明可使系统稳定在工作零点。稳频前频率的抖动均方根约为28.02 MHz,通过双AOM稳频模块后激光频率抖动均方根减小到0.12 MHz。通过激光频率的变化反推到铯原子磁力仪中,测得闭环的等效输出噪声为0.012 pT。

    2020年10期 v.41 129-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 445K]
  • 数控机床几何误差正弦低次多项式参数化建模与应用研究

    郭世杰;武建新;乔冠;唐术锋;

    为实现数控机床几何误差项的精准建模,提出了基于遗传算法-量子粒子群算法(GA-QPSO)的正弦低次多项式(SLP)参数化建模方法。基于多体系统理论和齐次坐标变换方法,建立机床几何误差空间模型。以SLP预测值与实测值构建适应度函数,将牛顿迭代法作为遗传算子并通过GA变异操作进行粒子群速度变异,利用GA交叉算子实现量子粒子群与个体极值及全局极值的交叉操作,通过QPSO算法进行混合优化前期局部的快速收敛并实现SLP拟合。通过拟合优度检验量化了几何误差项SLP参数化模型的预测性能。实例验证结果表明,基于GA-QPSO混合算法的SLP拟合可精准预测几何误差项的数值,误差补偿后圆轨迹误差指标平均降低了61.2%,更适合作为机床几何误差项的预测和补偿模型。

    2020年10期 v.41 136-146页 [查看摘要][在线阅读][下载 1222K]
  • 滚动直线导轨副额定静载荷算法修正及测定

    王晓艺;周长光;钱超群;冯虎田;潘凯;

    根据广泛使用的滚动直线导轨副静刚度模型,经国内外试验研究表明,被测样件的静刚度真实值不超过该模型理论计算值的60%。这意味着滚动直线导轨副的额定静载荷真实值也会与理论值存在较大偏差。利用国际标准ISO 3408-4中的精度系数f_(ar),反推滚动直线导轨副的等效承载滚珠个数。并进而基于国际标准ISO 14728-2中额定静载荷的定义和计算公式,提出一种滚动直线导轨副额定静载荷修正算法。为了验证修正算法的正确性,利用一种滚动直线导轨副载荷-位移同步测量装置,通过步进加载下的载荷与位移曲线,对8根滚动直线导轨副的额定静载荷进行了测量。试验结果表明,被测样件的标称额定静载荷值与其实测值的相对误差超过110%,而修正算法的相对偏差则不超过14.14%。

    2020年10期 v.41 147-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 1283K]

生物信息检测

  • 人行为骨架特征识别边缘计算方法研究

    游伟;王雪;

    人行为识别是智能安防监控领域的重要任务之一,传统的行为识别方法将原始图像集中上传至云端服务器,造成网络拥堵、服务器计算压力与计算延迟等问题。本文提出一种采用边缘计算的多时间尺度骨架特征融合行为识别方法。首先,从人行为的原始图像中提取关键点空间位置,构建人行为骨架特征。然后,将骨架特征提取与识别任务部署至多个边缘节点,在各个边缘节点上分别提取不同时间尺度的骨架特征并进行识别,所有边缘节点的识别结果上传至云端服务器并进行融合决策。本方法不仅能够根据准确率需求调整边缘节点数量,实现计算资源动态调度,缓解网络拥堵现象并减轻服务器计算压力,而且显著提高了识别准确率,对智能安防领域的人行为识别具有重要的实际应用价值。

    2020年10期 v.41 156-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 489K]
  • 基于全连接神经网络的三维人体姿态估计

    孟琭;高恒上;张含光;刘阳;

    人体姿态估计是计算机视觉领域的重要分支,在实践中有广泛应用,例如:智能交通、安防监控、影视娱乐、司法分析等。现有的三维人体姿态估计算法大多来源于二维人体姿态估计算法的扩展,其识别结果是以三维关节点、线的形式来体现,无法展示更多的人体细节信息,且表达形式比较抽象,难于理解。为解决这个问题,本文引入了参数化人体模型(SMPL),该模型可以实体化的展示三维人体姿态。本文通过二维图像预测人体的三维姿态,该过程分为3个阶段,首先从多角度二维图像中预测人体关节点的二维坐标,然后基于全连接神经网络实现二维关节点到SMPL模型参数的映射,最后根据这些参数构建三维SMPL模型,以展示三维人体姿态。实验表明,本文通过从图像中提取二维关节点坐标,并以此为全连接神经网络的输入,可以快速、准确的估计出人体三维姿态。相比从二维图像直接估计三维人体姿态的方法,本文的模型降低了训练参数,简化了网络结构,加快了模型训练的速度,节约了训练成本。

    2020年10期 v.41 165-177页 [查看摘要][在线阅读][下载 1121K]
  • 基于肌电和肌阻抗的吞咽信号同步测量方法

    潘喜福;滕召胜;张甫;钟浩文;刘博隽;

    针对以非侵入性方式自动准确识别摄入食物种类的难题,提出一种利用肌电(EMG)和肌阻抗(EIM)监测吞咽信号的同步测量方法,建立吞咽信号与摄入饮食的关系。研制基于肌电和肌阻抗同步测量的吞咽信号采集系统,利用一对电极同时监测肌电信号和肌阻抗信号。通过改进变步长最小均方(LMS)自适应陷波去噪方法,显著降低工频及其谐波干扰。用门控循环单元(GRU)神经网络根据吞咽信号分析判断摄入食物种类,解决持续非侵入性监测摄入食物的难题,实现高准确性的饮食监测。在仿真验证该方法可行性基础上,实际测试证明方法的准确性:基于单一肌电信号的识别准确率为82.7%,基于单一肌阻抗信号的识别准确率为85.7%,两者结合的识别准确率达到95.6%。研究结果对饮食监测技术的发展与应用具有重要意义。

    2020年10期 v.41 178-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 1330K]

检测技术

  • 广义增量编码器瞬时角速度计算的扭振在线测量

    张玉皓;顾煜炯;马晓腾;赵鹏程;杨昆;

    扭转振动是弹性转轴在动态扭矩作用下引起的角振动。轴系的旋转运动和扭转振动具有相同的量纲,因此转角和扭角可以实现同源测量。利用旋转轴系角运动的矢量叠加原理,得出转轴各质点的线运动具有相位调制现象。提出了脉冲信号输出的广义增量编码器模型,并给出了瞬时角速度计算的扭振测量方法的一般流程。编码器的原理是通过定角度戳记转轴角运动的时间分量,相当于建立了角度和时间的离散关系,从这一角度分析并给出了该方法的扭振信号采样定理的理论适用条件和实用公式。通过仿真与实验分别对上述模型和方法的正确性和准确度进行验证,并将其封装为功能模块嵌入工程样机中,应用于国内两台1 000 MW核电半速汽轮发电机组的扭振在线监测。

    2020年10期 v.41 187-195页 [查看摘要][在线阅读][下载 923K]
  • 基于平衡电磁技术的钢板裂纹缺陷检测方法

    杨理践;郑文学;高松巍;刘斌;

    由于裂纹形态的复杂性与分布多样性,为了实现钢板表面不同方向的裂纹缺陷检测,提出一种基于平衡电磁技术的检测方法。通过麦克斯韦方程组建立了U形传感器在钢板表面电磁分布的数学模型,分析了平衡电磁技术的检测机理,利用钢板表面存在裂纹缺陷产生的磁场与涡流畸变建立了U形传感器接收线圈与感应电压的关系,采用有限元方法计算分析钢板表面有无裂纹时的磁场与涡流分布情况,实验验证了平衡电磁技术利用单一传感器结构检测钢板表面横纵裂纹的能力。结果表明,在交流励磁条件下U形传感器利用平衡电磁技术能够对钢板表面横纵向裂纹进行有效检测,通过信号特征能够有效区分裂纹类型,实验结果与理论分析具有良好的一致性,对进一步实现多方向裂纹缺陷检测工程应用提供了理论依据与基础。

    2020年10期 v.41 196-203页 [查看摘要][在线阅读][下载 618K]
  • 面向生物阻抗测量的双通道反馈电流源设计

    王松;刘凯;朱天明;李芳;姚佳烽;

    微电流激励的生物阻抗测量方法在生物医学中具有广泛应用前景,其中能够驱动生物负载的电压控制电流源是生物阻抗测量的前提条件。本文提出一种具有高带宽、高输出阻抗、能驱动较大容性负载的电流源电路拓扑结构。首先,根据系统的传递函数分析系统不稳定的原因并引入容性负载对系统的影响;接着,使用双通道反馈补偿的方法弥补了系统高频不稳定的缺陷,并在反馈通路使用简单的阻容网络实现容性负载的补偿;然后,仿真分析得出电流源在100 Hz~1.2 MHz的带宽范围内具有较好的恒流特性,在1 MHz的输出阻抗达到为160.756 kΩ,并且当负载的复阻抗越大时,系统稳定裕度越高。最后,使用该电流源激励生物组织进行实验验证,在不同的频率下对比传统增强型Howland和三运放电流源,结果表明在800 KHz以上,其它两种电流源无法成像时该电流源仍具有很好的成像效果,也验证了该电流源在测量生物组织时的实用性。

    2020年10期 v.41 204-212页 [查看摘要][在线阅读][下载 1053K]
  • 复杂结构件内部缺陷检测

    姚敏;赵增浩;赵敏;郭瑞鹏;李宇辉;

    结构体内表面缺陷的检测是常规检测手段难以实现的难题,利用γ光子很强的穿透性和PET检测技术实现了对工业件内腔表面的检测和成像。为了实现对复杂结构件内表面缺陷的自动检测判定,提出了一种利用结构体点云与检测点云数据融合的方法,实现复杂结构内表面缺陷的检测与判定。首先利用灌注法对工件进行探测,得到结构件内腔三维检测图像并转换成检测点云,然后基于PCA-ICP算法实现检测点云和待检测工件内腔模型点云配准,最后利用配准结果判定是否存在缺陷。通过仿真与试验,验证了该方法的有效性,在对三通模型实际检测试验中,该方法的配准误差为0.69 mm,耗时11.299 s。

    2020年10期 v.41 213-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 553K]
  • 基于WPSO-PO的冲击波测试适配器参数优化研究

    尤文斌;丁永红;

    压电传感器适配电路的频率特性是准确测量爆炸场冲击波参数的关键。分析了压电适配器高低通截止频率和品质因数对超压峰值、正压持续时间、比冲量的影响,提出了一种加权Pareto占优排序的多目标粒子群优化(WPSO-PO)算法,该方法减少了最优解计算量,解决了区间上下限量值差异巨大的问题。在保证峰值、正压持续时间及比冲量误差均在2%以内的情况下,找到了适配器最优参数值。根据最优解仿真了适配器参数对特征误差的影响,得到了变化规律。按该参数设计的电路经模拟冲击波信号测试验证了分析的正确性。所提研究为测试冲击波的适配电路设计提供了理论依据。

    2020年10期 v.41 221-228页 [查看摘要][在线阅读][下载 622K]
  • 非合作目标TDLAS室内二氧化碳遥测

    李金义;樊鸿清;余子威;田鑫丽;宋丽梅;

    CO_2浓度是室内空气质量的重要指标之一,室内CO_2浓度监测对人体健康和节能减排有重要意义。为实现方便灵活的室内CO_2高灵敏度遥测,基于可调谐二极管激光吸收光谱技术,研制了单端式非合作目标遥测系统,通过接收对面实际障碍物的后向散射光,用于室内CO_2浓度的实时测量。通过直流信号归一化波长调制光谱二次谐波信号方法,消除光强变化的影响;利用此信号的过零点间距与谱线压力加宽的关系,校正开放光路中压强变化对浓度测量的影响。以室内墙面为非合作目标对室内CO_2浓度进行了测量,结果表明该系统在积分时间5 s时灵敏度1.3×10~(-6) m,精度2.2×10~(-6),输出波动12×10~(-6),单程探测距离可达1.29 m。该系统可用于室内或机舱等密闭空间的CO_2浓度监测。

    2020年10期 v.41 229-236页 [查看摘要][在线阅读][下载 547K]
  • 混凝土损伤随机光纤激光声发射检测系统

    苗帅杰;宋颖;张文涛;黄稳柱;

    为了提高混凝土损伤定位精度,设计了一种相位解调型随机光纤激光声发射检测系统。采用超窄线宽随机光纤激光器作为传感端,激光器中的相移光栅作为声发射探头,通过多通道3×3相位解调技术可在500 kHz频带内实现声发射信号高速解调。测试试验表明该系统可准确获取连续型和冲击型声发射信号,且在1 kHz以上的最小声发射波探测分辨率约为2.8×10~(-13)ε/√Hz,具有本底噪声低、信号探测分辨率高的特点。通过混凝土板二维时差法声源定位实验验证了该检测系统的可行性。对于混凝土样板,13次定位测试的绝对误差最大值<2.2 cm,标准差稳定在0.49 cm,轴向定位误差<2%,表明该系统能够实现较高精度的混凝土损伤声发射定位。

    2020年10期 v.41 237-244页 [查看摘要][在线阅读][下载 1011K]

自动控制技术

  • 基于偏好的列车运行过程多目标鲨鱼优化算法

    王龙达;王兴成;刘罡;盛昭;

    针对列车运行过程优化问题,以节能、准时、停靠精确和舒适作为优化目标建立了多目标的列车运行过程优化模型,并提出了一种基于偏好的列车运行过程多目标鲨鱼优化算法。将解向量与目标需求向量的夹角余弦作为评价指标,以增强评价的合理性;并将决策者的偏好融入解优劣的评价策略,以自适应的调整各个鲨鱼个体的交叉、选择和变异的概率,从而引导个体快速奔向决策者期望的偏好区域,以增强评价的实用性。与此同时,为提升全局优化性能,结合偏好引导、融合距离、遗传进化等有效机制,设计了一种优化性能更强的更新鲨鱼种群的计算流程。以大连地铁13号线九里至十九局的列车运行场景作为实验对象,其硬件在环实验环境下得到的实验结果表明,相比于传统的多目标优化算法,所提出的优化算法具有较快的寻优速度和较高的寻优精度,且能够寻优得到更符合决策者预期的优化解。

    2020年10期 v.41 245-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 832K]
  • 无碰撞检测RRT~*的移动机器人运动规划方法

    林依凡;陈彦杰;何炳蔚;黄益斌;王耀南;

    快速探索随机树~*(RRT~*)作为一种渐进最优的采样运动规划方法在探索高维空间中具有显著的优势。但RRT~*在执行时需要进行大量的碰撞检测,导致其在复杂环境中收敛速度较慢,效率较低。因此,提出了一种无碰撞检测RRT~*运动规划方法。该方法剔除了RRT~*扩展时的碰撞检测,并在代价函数中增加碰撞风险评估函数,从而影响各个节点对父节点的连接选择。当节点或边与障碍物碰撞时,碰撞风险评估函数将显著增大,促使代价函数值显著增大,同时通过设计路径代价的上限,保证了运动规划的避碰能力。最后,仿真结果表明所提方法的收敛速度比RRT~*提高约40%,且在复杂环境中优势更加明显。同时通过移动机器人真实环境实验测试验证了所提方法实时规划的可行性。

    2020年10期 v.41 257-267页 [查看摘要][在线阅读][下载 1158K]
  • 基于Wi-Fi入射信号到达角超分辨率估计的无源车速测量

    李烁;马云飞;谢谨;

    随着智能交通的快速发展,未来车联网将能够为车辆提供泛在的无线连接。新型车联网引入的多入多出天线技术和正交频分复用技术,在提升无线网络设备通信性能的同时使得其具备环境感知能力。基于新型车联网,本文提出了利用信道状态信息的无源车辆速度估计方法。首先,建立了基于入射信号到达角的车辆速度估计模型。其次,提出了快速相位校准算法解决了Wi-Fi设备天线间时钟不同步导致的入射信号相位异常问题。然后,基于速度估计模型,采用MUSIC算法实现超高分辨率到达角估计,进而实现车速测量。最后,采用Intel 5300 Wi-Fi网络接口卡搭建了实验平台,对本文所提出的车辆速度估计算法进行了验证,实验结果表明速度估计误差小于1.6 km/h。

    2020年10期 v.41 268-276页 [查看摘要][在线阅读][下载 1019K]
  • 基于栈式自编码网络的直拉硅单晶生长过程V/G软测量建模

    万银;刘丁;任俊超;刘聪聪;

    在直拉硅单晶生长过程中,晶体质量与固液界面V/G密切相关,实现V/G的在线监测,对于生长低缺陷、无位错的大尺寸硅单晶至关重要。然而,在实际工业生产中V/G的直接获取异常困难。针对该问题,提出一种基于栈式自编码网络的软测量模型SAE-ELM,以实现V/G的实时监测。所提模型采用SAE提取数据特征,并将其作为ELM网络输入以实现对V/G的回归预测。其中,为了消除噪声影响,对原始数据进行了小波分解与重构,同时考虑到易测变量与目标变量之间的相关性,构建了基于Pearson和Spearman混合相关系数,以选择与V/G相关性较强的辅助变量。根据某型号单晶炉晶体生长过程中的实验数据,将该模型的性能与其他数据驱动建模方法进行了比较,验证了所提模型的有效性。

    2020年10期 v.41 277-286页 [查看摘要][在线阅读][下载 895K]
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