• 2021年第35卷第4期文章目次
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    • >专家论坛
    • 空间守时系统概念研究

      2021, 35(4):1-6.

      摘要 (141) HTML (0) PDF 2.63 M (1) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对太阳系广域时空尚没有统一时间的规则的问题,提出了一种新的统一时间的方法。 空间守时系统坚守人类对时间 的两个约定,即时间单位和时间起始点的约定,在基于广义相对论的空间计量理论的基础上,用铯原子钟测量原时,用脉冲星测 量坐标时,用太阳系质心坐标系原点上的坐标时来统一时间。 阐明了“标准时间不是唯一的”相对时间观,在不同局域坐标系 之间,相互观测对方的时间都不可能是均匀流逝的,相互认为对方的时间坐标轴是弯曲的,而绝对时间观则必须维持“标准时 间的唯一性”,用授时技术来统一所有用时设备。 空间守时系统的概念颠覆了传统的绝对时间观点。 空间守时系统具有特别 设计的反馈机制,使时间系统更加稳定。

    • >传感器技术及其应用
    • GA-BP 神经网络对 SAW 压力传感器 测量数据的拟合

      2021, 35(4):7-14.

      摘要 (220) HTML (0) PDF 4.27 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着传感技术的不断发展,出现了越来越多以传感器为基础的无线传感检测系统。 这些传感系统需要对采集到的数据 进行数据分析。 因此,传感器的数据分析对于无线传感系统的精确检测起到至关重要的作用。 首先对设计的声表面波( surface acoustic wave,SAW)微压力传感器进行实际测量,利用最小二乘法建立数学模型,对测得的频率变化与对应的载荷力之间的关 系进行数据拟合分析。 随后,构建 BP(back propagation)神经网络模型,通过该方法对已采集的数据进行样本训练并对 SAW 微 压力传感器的输入与输出之间的关系进行预测。 最后,使用遗传算法( genetic algorithm, GA)对 BP 神经网络进行优化。 结果 表明,经过优化后比优化前的 BP 神经网络误差减少近 45%,从而验证了遗传算法能够优化 BP 神经网络的可行性。 该分析方 法对声表面波微压力传感器无线传感检测系统的发展提供了重要的研究依据。

    • 基于光纤布拉格光栅的流量温度复合传感研究

      2021, 35(4):15-22.

      摘要 (117) HTML (0) PDF 5.62 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统流量计测量参数单一和流量温度复合测量困难的问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅的流量温度复合传感 器。 采用空心圆柱悬臂梁,减小了流体的压力损失,对端盖、悬臂梁和靶盘采用一体加工,增加了传感器的稳定性。 首先,结合 光纤布拉格光栅传感理论和流量温度复合传感理论,研究了基于光纤布拉格光栅的流量温度复合传感机理;然后,设计了悬臂 梁为空心圆柱的一体靶式结构的传感器,并进行了仿真分析研究;最后,搭建了流量温度实验系统平台,进行了温度和流量传感 实验。 研究结果表明,温度与波长漂移量呈线性变化关系,线性度均在 99%以上,传感器对温度的分辨率为 0. 04℃ ,温度测量 误差为 1. 8%,流量分辨率为 0. 33 m 3 / h,流量测量误差为 2%。 该光纤布拉格光栅复合传感器可实现对流量和温度的复合测 量,有望于应用在需要大规模组网检测的流量测量系统中,具有较好的应用前景。

    • 陀螺仪辅助星敏感器星跟踪算法设计

      2021, 35(4):23-29.

      摘要 (181) HTML (0) PDF 5.38 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对星敏感器在大机动场景下跟踪预测误差较大和星点补充频率较高的问题,提出一种陀螺仪辅助星敏感器的星跟踪 算法。 在载体角加速度发生剧烈变化的大机动场景下,利用陀螺仪测量得到的角速度信息,对星点运动轨迹进行估计,得到相 邻两帧星图中间时刻的星点位置信息。 进一步建立星点运动模型,利用卡尔曼滤波器对星点位置进行跟踪预测,从而提前预测 星图内外星点位置。 结合所提出的缓存星库方案,可实现大机动场景下的快速星点补充。 实验表明,在大机动运动条件下,星 点跟踪误差小于 2 pixels,采用缓存星库的算法可以有效减少补充星点的时耗,证明了算法的有效性,对提高星敏感器的动态性 能和更新率有着重要意义。

    • 增材制造制备性能可控的 FBG 压力传感器研究

      2021, 35(4):30-38.

      摘要 (194) HTML (0) PDF 9.48 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:结合增材制造技术制备了光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)压力传感器,通过改变传感器的封装材料、填充密 度、以及封装模型尺寸,进行 FBG 压力传感器的测量型研究。 试验表明 FBG 传感器在封装过程中,因为温度变化产生的耗材收 缩与拉伸应变较为均匀,并根据模型内部的应变特点分别定义了经验的上界与下界函数、残余函数,上界函数为 f( x) = -9E- 08x 3+0. 000 4x 2-0. 709 8x+368. 86,定义为随着增材制造每层耗材的叠加,模型 50%核心位置处所产生的最大拉伸应变;下界函 数为 f(x)= -1E-08x 3-3E-05x 2+0. 096 4x-235. 95,定义为随着增材制造每层耗材的叠加,模型 50%核心位置处所产生的最大 收缩应变;残余函数为 f(x)= -5E-09x 3+1E-04x 2-0. 653x+712. 9,定义为增材制造过程结束后,模型温度降至室温过程中,模型 50%核心位置处随着时间所产生的残余收缩应变。 传感器的标定试验表明传感器具有良好的线性度与稳定性。 制备的边长 35 mm,厚度 10 mm 的立方体(35 mm×35 mm×10 mm)碳纤维传感器,当填充密度分别为 20%、40%、60%、80%、100%时,对应的 灵敏度分别为 0. 69、0. 45、0. 39、0. 21、0. 19 pm/ kPa,随着填充密度的增加传感器灵敏度随之减小。 当填充密度为 20%,直径为 60 mm,厚度分别为 6 和 15 mm 的圆柱体压力传感器时,获得的平均灵敏度分别为 0. 59 和 0. 18 pm/ kPa。 当填充密度为 20%, 传感器尺寸为直径 60 mm,厚度 15 mm 的圆柱体,碳纤维与聚乳酸脂材料对应的压力传感器平均灵敏度分别为 16. 26 和 0. 59 pm/ kPa。 因此可以通过改变增材制造填充密度和材料以及封装模型尺寸大小获得不同灵敏度的压力传感器。

    • 折线型 IDT 的 SAW 微力传感器设计研究

      2021, 35(4):39-45.

      摘要 (129) HTML (0) PDF 4.66 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:声表面波(SAW)微力传感器易于集成和小型化,无源无线的工作方式,具有极大的应用潜力。 将其应用于物体间微间 隙压力检测有望实现高灵敏、低功耗的监测水平。 针对复杂环境中存在的测量灵敏度问题,设计了一种具有折线形状的叉指换 能器(IDT)的 SAW 微力传感器。 采用有限元分析方法(FEM)对其进行了仿真分析和结构参数设计。 理论分析与实验表明,设 计的传感器质量灵敏度可达 284. 16 kg / m 2 ,高于直线形 IDT 的 SAW 传感器 185. 97 kg / m 2 ,验证了此结构能够有效提高器件的 质量灵敏度,及在微间隙环境下压力监测的可行性。

    • 温度对 FDR 土壤水分传感器测量影响

      2021, 35(4):46-54.

      摘要 (111) HTML (0) PDF 4.70 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:为准确研究标定温度对 FDR(frequency domain refletrometry)电容式土壤水分传感器测量影响,提高组网观测数据之间 的一致性。 针对电容式土壤水分传感器的测量范围,首先设计了基准频率温度影响实验方案,通过实验得到了传感器在空气和 水介质中频率随温度的变化关系以及实验环境下空气温度和水温度之间的关系,并以水温为独立变量,导出了归一化频率温度 关系,水温升高 1 ℃ ,频率平均增加 6. 618 5 Hz;气温度升高 1 ℃ ,频率平均减少 4. 860 5 Hz;归一化频率与标定温度关系函数存 在一个临界点,土壤湿度大于临界点时归一化频率随温度升高而增加,湿度越高归一化频率增加越大,低于临界点时归一化频 率随温度升高而减小,湿度越低归一化频率减小越大。 再用两种典型质地的原状土壤样本对传感器进行校准,利用传感器校准 曲线导出了原状土壤体积含水量随标定温度变化关系,结果表明,标定温度对原状土壤校准后的体积含水量测量影响最高 0. 12% cm 3·cm -3·℃ -1 ,实验温度范围内(0~ 50 ℃ )体积含水量测量误差最高为 5. 93%(cm 3·cm -3 )。

    • 土壤水分传感器探头的仿真分析

      2021, 35(4):55-65.

      摘要 (220) HTML (0) PDF 18.18 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:在分析土壤介电常数的基础上,研究了电容式土壤含水率传感器的测量原理。 利用 ANSYS 软件建立了电容式水分传 感器探头的三维模型,研究了传感器探头结构参数发生变化时,传感器对其的电容值、电场强度分布、含水率探测深度及灵敏度 的影响,确定了探头的最优尺寸参数,设计了一种基于频域反射法的电容式土壤含水率传感器。 仿真实验结果表明,当探头环 状电极半径 28 mm、轴向宽度 28 mm、电极间距 12 mm、电极厚度 1 mm 时,探头的灵敏度、信号测量强度以及探测范围均与对照 产品相比显著提升,为电容式土壤含水率传感器的结构设计提供了理论依据。

    • >学术论文
    • 水下光场成像清晰度增强研究

      2021, 35(4):66-72.

      摘要 (145) HTML (0) PDF 10.04 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于水介质及水下颗粒的散射吸收作用,使得水下成像图像存在分辨率与对比度低,细节特征模糊,颜色失真等问题。 针对这些问题,该文提出基于光场成像的水下图像清晰度增强算法,根据暗原色先验理论和单尺度的 Retinex 理论建立水下散 射成像模型对成像图像的清晰度进行增强处理,并利用光场成像的多视角特性对散射成像模型的图像增强效果进行优化,进一 步提高水下成像图像的质量。 实验结果表明,两种理论构建的水下散射模型和多视角优化算法可以有效的提高水下成像图像 的质量。

    • 双波段、双通道对接系统测距误差补偿方法研究

      2021, 35(4):73-81.

      摘要 (174) HTML (0) PDF 4.51 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了完成空间航天对接任务,针对复杂光照条件下的对接孔位置测量问题,设计了一种双波段、双通道测距系统,并对 其测距误差补偿方法进行了研究。 在介绍了系统测距及误差补偿原理后,根据可见、近红外和双目的测距特点及误差分析结 果,利用神经网络对双波段数据进行融合补偿处理,实现弱光照、强光照及无光照条件下的对接孔位置测量。 通过实验测试,结 果表明在 0~ 10 m 的测量范围内,正常光照条件下系统的相对测量误差基本在 1%以内,弱光条件下相对测量误差基本在 2%以 内,相较于单目测距和双目测距分别提升了 8% ~ 9%和 4% ~ 5%。 较好地实现了在不同光照条件下进行较高精度测距的功能。

    • 反背景差分结合 Otsu 的细胞图像分割方法

      2021, 35(4):82-89.

      摘要 (163) HTML (0) PDF 12.98 M (4) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对相差显微镜采集的间充质干细胞图像具有对比度低、背景不均匀、光晕伪影等问题,提出了反背景差分结合 Otsu 的细胞图像分割方法。 该方法通过构建反背景差分增强图像中细胞主体与非细胞区域的差异,降低背景不均匀干扰因素的影 响,结合 Otsu 阈值分割法粗略区分细胞和背景,并通过二值形态学运算、图像滤波和局部梯度迭代的算法组合进一步修正分割 结果。 通过对实际采集的细胞图像进行分割验证,像素精确度、交并比、Dice 相似性系数和汇合度误差四个评价指标分别达到 了 0. 933 8、0. 729 6、0. 852 4 和 0. 07,表明该算法具有较高的分割性能,能客观、准确自动分析细胞汇合度,而且可以处理细胞 不同培养时期的图像,具有较高的应用价值。

    • 面向 FPGA 部署的 CNN-SVM 算法研究与实现

      2021, 35(4):90-98.

      摘要 (169) HTML (0) PDF 4.65 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:卷积神经网络-支持向量机(CNN-SVM)混合算法结合了 CNN 特征提取能力和 SVM 分类性能,在计算复杂度和解决小 样本问题上具有一定优势,目前已在故障诊断、医学图像处理等领域得到了一定应用,同时,由于其计算复杂度较低,也引起了 边缘计算领域的关注。 针对边缘计算场景中对算法性能和功耗的要求,提出了一种面向 FPGA 平台的 CNN-SVM 算法优化与实 现方法。 首先,结合 FPGA 的架构特点,对 CNN-SVM 算法结构进行了硬件适应性优化,包括模型压缩和分类器核函数的选取。 其次,采用了软硬件协同和高层次综合( HLS) 设计方法,完成了 CNN-SVM 算法加速器的设计与实现。 实验结果表明,在 ZCU102 上,加速器的 FPS(frames per second)达到了 18. 33 K,计算速度为 1. 474 GMAC/ s,相对于 CPU 平台四核 Cortex-A57 和 Ryzen7 3700x 分别实现了 23. 57 和 4. 92 倍加速,相对于 Jetson Nano GPU 和 GTX750 平台能耗比分别达到了 33. 24 和 50. 27。

    • 基于 RLS-SVR 的光伏并网变流器 早期故障预测方法研究

      2021, 35(4):99-108.

      摘要 (121) HTML (0) PDF 2.81 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对光伏并网变流器故障预测问题,提出了基于鲁棒最小二乘-支持向量回归(RLS-SVR)的早期故障预测方法。 从系 统层面分析了光伏并网变流器脆弱元件退化互相耦合机理及对系统状态特征和早期故障特征选取的影响,进而提出了以特征 相对变化量表征变流器状态的电路故障预测方法。 为了减小工作条件对特征退化预测的影响,方法首先采用 RLS-SVR 算法, 建立以工作条件为输入、状态特征为输出的无退化拟合 RLS-SVR 计算模型;然后,根据退化过程中工作条件序列、状态特征量 序列,结合变流器无退化 RLS-SVR 拟合模型,计算特征相对变化量退化序列;最后,根据特征相对变化量序列,再次采用 RLSSVR 算法构建特征相对变化量预测模型,以实现故障早期预测。 预测方法无需额外增加传感器,具有简单、成本低、预测精度高 的优点。 最后,以光伏发电单相并网变流器为例进行了实验,结果验证了方法的可行性和有效性。

    • 基于多域特征的螺栓松动检测方法研究

      2021, 35(4):109-117.

      摘要 (182) HTML (0) PDF 3.03 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:螺栓作为机械设备最常用的连接件,螺栓连接的稳定性对保障机械设备安全运行起着至关重要的作用,对螺栓松动程 度进行检测有着重要意义。 针对螺栓松动 4 种不同状态,提出了一种基于变分模态分解(VMD)及时频敏感特征与最小二乘支 持向量机(LSSVM)相结合的螺栓松动检测方法。 针对螺栓松动的 4 种不同状态,搭建了螺栓松动检测模拟实验平台,通过加速 度传感器获取螺栓松动 4 种不同状态振动响应数据;提取了时频域敏感特征量,结合 VMD 分解的 IMF 分量能量熵组成状态检 测敏感多特征向量,将提取的多特征向量结合 LSSVM 对螺栓不同松动状态进行识别,并对比基于经验模态分解(EMD)-LSSVM 及 EMD-多特征-LSSVM 检测结果。 结果显示,基于多域特征的螺栓松动检测方法识别率优于 EMD-LSSVM 检测方法。

    • 基于 WiFi 指纹的层级学习室内定位模型

      2021, 35(4):118-126.

      摘要 (153) HTML (0) PDF 13.10 M (4) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着物联网和信息技术的飞速发展,基于移动位置的服务近年来日益受到关注,同时也促进了室内定位技术的发展。 基于 WiFi 指纹的室内定位技术以其部署广泛、成本低廉等优点受到了学术界的广泛研究。 针对移动设备在室内环境中的定位 问题,提出了一种层级学习室内定位系统(hierarchical deep learning indoor localization framework, HDLIL)。 为获取和学习可靠的 指纹特征,采用基于变分自编码(variational autoencoder, VAE)的特征提取模块来表征训练数据的潜在表示。 通过构建多层神 经网络来分析输入特征与位置输出之间的关系,并在输出层连接 Softmax 分类器,预测移动设备的位置。 在定位阶段,移动设备 接收测试数据并发送定位请求,然后通过加载 HDLIL 估计该测试指纹的位置。 最后通过实验对 HDLIL 的定位性能进行了评 估,讨论了不同定位因素对结果的影响,验证了该定位算法的精度及鲁棒性。

    • ADAM 改进 BP 神经网络与动态称重应用

      2021, 35(4):127-135.

      摘要 (170) HTML (0) PDF 5.53 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高动态检重秤的运行效率和测量准确度,深入分析了机械振动对测量的干扰及传感器非线性特性的产生机理。 提 出一种基于自适应矩估计法(ADAM)优化器的多层 BP 神经网络,实现了检重秤传感器的非线性校正,并准确估计了动态称量 结果。 试验对比经典梯度下降法、附加动量法、均方根传播法以及 ADAM 算法,结果表明 ADAM 算法综合考虑了参数梯度的一 阶和二阶矩估计,具有更快的收敛速度,更准确的预测结果。 最终实现满量程 400 g,最高运行速度 2 m/ s 的高速动态检重秤, 型式测试结果表明其各指标均满足国家标准《GB/ T 27739—2011 自动分检衡器》对 XIII 级检重秤的要求。

    • 建筑钢板件三点弯曲试验及磁记忆信号研究

      2021, 35(4):136-144.

      摘要 (122) HTML (0) PDF 9.00 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究适用于钢结构建筑中以受弯为主的试件的损伤评价,通过对 Q235 钢板试件进行三点受弯试验,采集了试件加 载阶段的磁记忆信号值 Hp(y),引入多个磁记忆信号特征量,进行对钢结构损伤的表征研究。 试验结果表明,通过磁记忆曲线 的“波峰”和“波谷”现象以及磁记忆梯度曲线的“峰-峰值”现象,可以判断试件的应力集中区域。 通过其余相关特征量 ΔHp 曲 线、Sh 和| K| max 曲线可以发现试件的受拉面对试件的屈服比较敏感,用 ΔHp -F 曲线的“拐点”和| K | max -F 曲线的“波峰”作为试 件进入屈服的依据。 研究适用于对结构损伤表征的预判,并且用多重参数验证了磁记忆检测在钢结构损伤方面的可行性。

    • 用于生物电阻抗谱测量的程控宽频恒流源设计

      2021, 35(4):145-153.

      摘要 (302) HTML (0) PDF 6.69 M (3) 评论 (0) 收藏

      摘要:恒流源作为生物电阻抗谱测量系统中的激励信号,需要输出频带宽、电流稳定。 为此,提出了一种程控宽频恒流源设计 方案,以 STM32 单片机为控制核心,通过 DDS 数字信号发生器产生频率可调的正弦电压信号,经 Tietze 电流泵进行电压电流转 换,转换频带宽,畸变小的电流信号,利用以 MCP41010 数字电位器为调节单元的程控增益放大,解决恒流源的高频衰减问题。 在仿真实验证明恒流源随频率和负载改变输出特性优良的基础上,研制了恒流源装置。 实验表明,恒流源可控输出频率为 0 ~ 1 MHz,负载能力为 0 ~ 5. 4 kΩ,电流有效值随频率、负载改变平均误差分别为 0. 137%、0. 251%,具有输出频带宽、带负载能力 强、电流输出稳定特点,能够满足生物电阻抗谱测量需求。

    • 基于双流 Faster R-CNN 的像素级图像拼接 篡改定位算法

      2021, 35(4):154-160.

      摘要 (215) HTML (0) PDF 6.60 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于双流 Faster R-CNN 的图像拼接篡改定位算法因综合考虑彩色图像及其噪声图像作为输入而获得良好性能。 但是,它 仍存在两个不足,定位精度只是块级且经过隐写分析富模型产生的噪声图易夹杂大量冗余非篡改区域信息。 为此,提出一种基于 双流 Faster R-CNN 的像素级拼接篡改定位模型。 针对第一个缺陷,增加一个全卷积网络分支实现像素级定位。 针对第二个缺陷, 采用错误等级分析噪声模型替代隐写分析富模型用于提取噪声图。 实验结果表明提出算法较现有算法提高了近 10%的准确率。

    • 融合 Hough 直线检测和 Grab-cut 的风机叶片 自适应分割方法

      2021, 35(4):161-168.

      摘要 (329) HTML (0) PDF 6.01 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:完整的边缘信息对风力发电机叶片的边缘缺陷检测至关重要,但由于户外采集的风机叶片图像背景复杂多样,现有图 像分割算法的分割精度不足,无法保证边缘缺陷的完整性。 因此,提出一种基于图像边缘特征与颜色信息的自适应图像分割方 法实现风机叶片边缘检测。 首先,使用 Hough 直线检测初步定位叶片直线边缘;然后,在目标区域应用基于 Otus 阈值分割和形 态学运算的 Grab-cut 算法,实现叶片图像的自适应分割。 采用无人机采集多个场景的图像作为测试样本,对分割方法与其他方 法进行定性和定量对比分析。 结果表明,该方法能自适应且准确地实现风机叶片图像分割,并保留边缘缺陷的完整性,其边缘 覆盖率(0. 971 7)和边界位移误差(3. 040 3)指标均优于其他方法,对风机叶片的边缘缺陷检测具有重大潜在应用价值。

    • 基于 CMFDE 的单向阀早期微弱故障诊断方法

      2021, 35(4):169-176.

      摘要 (217) HTML (0) PDF 5.06 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:对单向阀早期微弱故障进行诊断可预防高压隔膜泵因单向阀磨损击穿无法正常工作而造成经济损失及安全事故。 针 对往复式高压隔膜泵单向阀早期微弱故障特征不明显且受大量噪声干扰的问题,提出基于复合多尺度波动散布熵( composite multiscale fluctuation dispersion entropy, CMFDE)的单向阀早期微弱故障诊断方法。 首先,用正切 S 型替换 CMFDE 方法中的正 态分布函数映射,提高 CMFDE 的抗噪性;其次,计算振动信号的复合多尺度波动散布熵值,构建特征矩阵,并将其输入支持向 量机(support vector machine, SVM)分类器中进行故障诊断;最后,利用单向阀实际工程数据验证该方法的有效性,并进行对比 实验。 实验结果与对比分析表明,不需对单向阀原始信号进行降噪,简化了诊断过程。 复合多尺度波动散布熵可精确反映单

    • 改进型多项式匹配图像去噪算法的研究与应用

      2021, 35(4):177-186.

      摘要 (231) HTML (0) PDF 16.41 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步改善常规多项式匹配算法的去噪能力,针对常规多项式匹配算法容易模糊图像边缘/ 纹理等细节问题,提出一 种基于边缘保护的改进多项式匹配滤波的算法。 该方法在常规多项式匹配算法基础上,改进滤波窗口的选择方式,沿着图像 纹理走向方向提取自适应滑动滤波窗口,选择具有最小匹配误差的窗口进行匹配滤波并作为最终输出结果。 然后分别在灰 度图像和实际 CT 图像进行测试,经数据验证表明,该方法在有效压制噪声的前提下能够保持边缘/ 纹理信息,峰值信噪比平 均提升 80%以上,均方根误差减少 80%以上。 认为和常规多项式滤波方法、中值滤波方法、双边滤波方法、边缘保持滤波方 法、三维块匹配去噪算法和去噪卷积神经网络方法相比,改进方法能够有效提升图像视觉效果,满足图像应用要求,具有良 好的应用前景。

    • 开关磁阻电机再生制动控制方法

      2021, 35(4):187-194.

      摘要 (142) HTML (0) PDF 2.07 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对开关磁阻电机再生制动控制中存在制动电流波动大的问题,提出一种基于电流预测的开关磁阻电机再生制动控制 方法。 分析了电机制动过程中其对应功率开关的工作模式及相应状态向量的确定方法,研究了基于电流预测的开关磁阻电机 再生制动控制的具体设计方法,并对其效果进行了仿真验证,同时与传统变制动相电压占空比控制法进行了对比仿真分析,结 果表明,该控制方法相对于传统变制动相电压占空比控制方法显著减小了电机制动电流和制动转矩的波动程度,从而有效提高 了其制动运行的稳定性,具有较好的应用价值。

    • 基于峰值检测的自适应时间窗口计步算法

      2021, 35(4):195-203.

      摘要 (227) HTML (0) PDF 5.46 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有的计步算法无法适应用户行走状态、手机姿态多样性的问题,以及有效解决静止状态下的虚假步态周期的判 别问题,提出基于峰值检测的自适应时间窗口计步算法。 该算法通过检测加验证的方式进行计步,利用双重滤波对原始加速度 进行预处理,根据峰、谷值时间差的自适应时间窗口消除伪峰值,再利用方差与标准差对检测到的峰值进行验证。 实验结果表 明,该算法相比传统方法(固定窗口峰值检测、条件判断峰值检测)在不同运动状态、不同手机姿态下的平均计步精度分别提高 了 7. 7%、3. 4%,并且优于目前流行的商业步数计算应用。

    • 水下回路通信电信号传输特性仿真研究

      2021, 35(4):204-210.

      摘要 (157) HTML (0) PDF 5.18 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用缆道与水体组成回路进行信号传输是实现水下至水上跨介质通信的有效方法,但此通信方式通信质量差且易受环 境因素影响。 为提升通信质量,对电信号在钢缆与水体形成的回路中的传输特性与影响因素进行研究。 根据水体特性提出通 信信道等效电路,通过有限元仿真分析电信号传输路径及电场分布,并且仿真计算通信距离、极板入水深度、水体宽度、极板大 小、水体电导率和介电常数等实际因素对等效电路参数的影响。 结果表明,通信距离、极板大小和水体电导率是信号衰减的主 要影响因素,且随着通信距离和极板大小增加,信号幅值比稳定为 92. 2%和 95. 8%,通过控制极板大小与信号频率可实现快速 有效的水下至水上远距离通信,为水下回路通信系统设计与优化提供理论参考。

    • 基于一维卷积神经网络的联动扫描热成像缺陷 自动识别与深度回归

      2021, 35(4):211-217.

      摘要 (217) HTML (0) PDF 5.82 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:联动扫描热成像(joint scanning thermography, JST)可以用于检测大面积对象的缺陷,但原始热图像缺陷信息模糊且无 法实现缺陷定量。 针对联动扫描热成像重构后的图像序列,提出了一种基于一维卷积神经网络( one-dimensional convolutional neural network,1D-CNN)的缺陷识别和定量方法,以图像序列中像素点对应的一维温度时间序列为网络输入,将缺陷深度作为 输出,实现了碳纤维复合材料板中缺陷的自动检测和深度定量。 实验结果显示,基于 1D-CNN 的检测方法准确实现了对缺陷自 动检测,其对训练集数据的预测准确率最高可达 98. 8%,测试集准确率在 70%左右,相比传统处理方法取得了更好的效果。

    • 永磁同步电机无传感器启动过程研究

      2021, 35(4):218-224.

      摘要 (244) HTML (0) PDF 5.29 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:永磁同步电机(PMSM)无感控制启动过程中的转子位置的准确估算,对于电机控制有着重要影响。 为此,提出了一种 基于双预测控制的永磁同步电机无传感器控制方法。 该方法通过使用二阶广义积分器代替带通滤波器作为高频电流提取器, 并且通过模型速度预测控制与无差拍电流控制分别代替转速环与电流环中的 PI 控制器来补偿反馈信号的滞后影响。 仿真实 验表明,这种方法相对于传统无传感控制能够减少电机启动时估算的误差,并且改善电机启动过程的动态性能。

    • 高精度弹载压力测试系统的设计与改善

      2021, 35(4):225-231.

      摘要 (115) HTML (0) PDF 3.45 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对弹载压力测试过程中,传感器易受复杂多变的测试环境的影响从而导致测试结果与实际值偏差较大的问题,分析、 设计了一套用于复杂环境温度下的高精度弹载压力测试系统,并对其进行了实验测试,将其测试结果与常规压力测试系统的输 出进行了对比分析。 结果证明该弹载压力测试系统的满量程最大相对误差为 0. 025 6,仅为常规压力测试最大误差的 1 / 4。 为 满足更高精度的测试要求,采用二次补偿的方式完成了对原有测试系统的改进,并对改进前后的测试系统进行测试试验分析。 结果表明,改进后的弹载压力测试系统的满量程最大相对误差降低为 0. 004 8,测试精度较改进前提高一个数量级。

    • 基于 J-A 力磁耦合模型的压力磁测系统研究

      2021, 35(4):232-238.

      摘要 (123) HTML (0) PDF 7.88 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了基于磁机械效应的在役容器压力测量方法,利用磁信号与器壁应力之间存在稳定对应关系,实现非侵入无损检 测。 采用 J-A 力磁耦合模型分析了弱地磁环境下钢材磁导率和应力的关系,在理论上证明了利用容器外部磁场测量内部压力 的可行性。 设计了一套多通道磁信号同步采集系统,能够完成多传感器 3 个分量的磁信号的同步获取,实验验证了本方法的性 能和优势。 实验表明,在压力设定范围内,容器附近磁场与内部压力符合线性模型。 压力容器表面的不同部位的磁场对压力变 化的灵敏度差别较大,因此需要多点布置、标定优选。 对于实验的低碳钢压力容器,磁场测量灵敏度可达 131. 4 mGs/ MPa,并通 过轴对称布置一对传感器叠加,可以减弱旋转容器对测量精度的影响。

主编:彭喜元

创刊:JEMI

国际标准刊号:ISSN 1000-7105

国内统一刊号:CN 11-2488/TN

国内邮发代号:80-403

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