• 2017年第38卷第12期文章目次
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    • >信息处理技术
    • 基于改进CEEMD的薄层污垢超声检测信号去噪

      2017, 38(12):2879-2887.

      摘要 (2169) HTML (0) PDF 5.49 M (4420) 评论 (0) 收藏

      摘要:对换热管污垢回波振型特征有效提取是实现污垢厚度定量检测的关键。针对薄层污垢回波声束能量不集中,易产生模态混叠等特点,提出一种基于改进CEEMD的小波收缩阈值信号处理方法。首先引入夹角余弦计算原始信号与固有模态函数相似程度,判断信号和噪声主导模态分界点,并结合能量密度谱判断分界点选取准确性,然后利用小波收缩阈值方法拾取噪声主导模态中的细节信息,最后重构得到降噪后信号。仿真和实验结果表明:该方法分界点判断准确性较高,去噪效果优于传统小波阈值方法,数值模拟与实验结果一致,对薄层污垢回波振型特征提取有重要指导意义。

    • 基于多特征融合的APF中IGBT开路故障特征提取

      2017, 38(12):2888-2899.

      摘要 (3030) HTML (0) PDF 5.61 M (3673) 评论 (0) 收藏

      摘要:为可靠地进行有源电力滤波器中IGBT开路故障诊断,提出一种基于多特征融合的有源电力滤波器IGBT故障特征提取方法。该方法采集三电平APF主电路中钳位二极管桥臂电压作为测试信号,对其进行小波分解,提取各频段的能量系数、功率谱熵、奇异谱熵以组成多特征参数矩阵,然后进行特征降维构成特征向量矩阵。在理论分析的基础上,进行了相应的实验分析,首先基于该测试信号得到不同工作状态下测量波形,并与其他测试信号波形进行比较;既而,利用核模糊C均值聚类方法对所提取特征对故障类型的区分性能进行分析,并对三相整流桥谐波源在负载突变和触发角变化时做了特征提取适应性实验;最后,搭建APF实验平台进行测试。实验结果表明,基于二极管端电压的测量方法可以有效区分不同工作状态,所采用的多特征融合提取方法克服了单特征的片面性,各种工况下的区分性能良好。

    • 基于模态区间的数控机床切削状态监测

      2017, 38(12):2900-2907.

      摘要 (2846) HTML (0) PDF 2.12 M (3206) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着高速高精数控加工技术的发展,对数控机床切削加工状态的稳定性提出了更高的要求,传统的切削加工状态监测方法中对不确定性处理存在不足。提出了一个基于模态区间的切削状态监测不确定性处理方法,利用模态区间的宽度对传统监测方法中的不确定性加以表述,以解决监测中的不确定性问题。为了验证提出方法的有效性,搭建了切削加工实验平台,通过加速度传感器获取数控机床切削加工信息,由时频分析方法将切削状态划分成稳定、过渡及颤振3个加工阶段,利用基于模态区间的小波包能量百分比方法,提取不同加工阶段的区间特征量,通过Lloyd 算法进行编码后作为基于模态区间的广义隐马尔科夫模型的输入特征向量,最后利用广义隐马尔科夫状态辨识方法,对数据机床切削状态进行了识别。实验结果表明,基于模态区间的广义隐马尔科夫模型辨识方法优于传统的隐马尔科夫模型辨识方法。

    • 基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法

      2017, 38(12):2908-2914.

      摘要 (2428) HTML (0) PDF 3.28 M (3274) 评论 (0) 收藏

      摘要:科氏流量计相位差估计方法存在计算量较大、计算复杂、实时性和计算精度较差等问题,已不能满足复杂环境高精度流量测量领域的需求。为此,提出一种基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法。首先,采用快速傅里叶变换(FFT)对传感器信号进行频率预估计,对信号是否整周期进行判断,对非整周期的信号进行数据延拓处理;然后,对任一路传感器信号进行自相关运算得到一路同频参考信号;对3路同频信号进行Hilbert变换,将3路变换后的信号与变换前信号进行相关运算,再利用三角函数公式即可求出相位差。与原有方法相比,所提方法克服了非整周期采样的影响,实时性、动态性更强,相位差估计精度更高,仿真分析与实测结果均证实了所提方法的有效性和优越性。

    • 基于价值函数的二维小波变换小波脊提取算法

      2017, 38(12):2915-2923.

      摘要 (2337) HTML (0) PDF 5.16 M (5354) 评论 (0) 收藏

      摘要:条纹图存在噪声干扰时,将二维小波变换系数模的最大值作为小波脊,会产生较大误差。针对这一问题,提出了基于价值函数的二维小波变换小波脊提取算法。首先,提取二维小波变换系数模的最大值点,并将最大值90%的局部极值点提取出来,共同作为小波脊候选点;其次,在模上引入尺度因子的梯度,建立价值函数进而评估所有候选点的价值,利用对数Logistic模型进行权值调整改进,从而得到更加合理的价值估计;最后,使用动态规划思想准确找出最优的小波脊线,提取脊线处的相位即可得到包裹相位。其优势在于能准确解调信噪比较低的条纹图案,抗噪性能优于直接最大模的小波脊提取;并且只需投影一幅条纹图案即可重建物体形貌,可用于恶劣环境下的动态三维测量。计算机仿真和实验结果表明,对于含有噪声污染的条纹图,所提算法相较于最大模的小波脊提取算法,三维形貌恢复精度明显提高;而相较于全部局部极值点提取,其运算时间缩短了46.9%。同时,应用不同母小波于所提方法,仿真结果表明二维Cauchy小波具有更好的方向性和更高的精度。

    • 基于DTC-LS的加速度计动态模型参数辨识

      2017, 38(12):2924-2932.

      摘要 (1963) HTML (0) PDF 2.38 M (2996) 评论 (0) 收藏

      摘要:加速度计动态模型对描述和分析其动态特性具有重要作用。针对加速度计绝对法冲击激励校准中未知延迟时间对加速度计动态模型参数辨识精度的影响,提出了一种基于延迟时间修正(DTC)和最小二乘(LS)的加速度计动态模型参数辨识方法,该方法将延迟环节引入加速度计动态模型中,使用加速度计冲击激励与响应数据的傅里叶变换估计频率响应函数,采用LS方法和极小化相位误差准则函数迭代修正延迟时间,并利用延迟时间修正后的加速度计冲击激励与响应数据,辨识加速度计动态模型参数。仿真实验和加速度计绝对法冲击激励校准实验表明,该方法能够有效地消除延迟时间对加速度计动态模型参数辨识的影响,辨识获得的加速度计动态模型参数具有较高精度。

    • 三维表面形貌的逾渗特性表征

      2017, 38(12):2933-2942.

      摘要 (2334) HTML (0) PDF 6.86 M (3154) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了建立表面形貌微观结构与其功能特性之间的关系,基于逾渗理论建立了表面形貌的逾渗模型,用逾渗概率、空体集团平均大小和空体集团分布系数对三维表面形貌的逾渗特性进行了量化表征。采用数字滤波技术生成具有给定自相关函数和纹理取向的数字化粗糙表面,分析了具有相同均方根粗糙度而结构不同的三维表面形貌的逾渗特性,给出了表面纹理方向参数和自相关长度对表面逾渗特性的影响,并借助部分三维形貌参数(ISO25178)建立了表面形貌与逾渗特性参数间的量化关系。结果表明:对于各向异性表面,沿横向搜索跨越空体集团,表面逾渗发生时的表面高度、逾渗阈值和逾渗体积均随着表面纹理方向参数的增大呈减小趋势,而空体集团分布系数呈增大趋势;沿纵向搜索时,其变化规律与横向相反。对于各向同性表面,逾渗发生时的表面高度和逾渗阈值随着表面自相关长度的增大呈先减小后小幅增大趋势,而逾渗体积和空体集团平均大小呈逐渐减小趋势。研究结果为面向功能的表面形貌设计提供了理论基础。

    • 三维超声波换能器测风阵列研究

      2017, 38(12):2943-2951.

      摘要 (2689) HTML (0) PDF 4.24 M (4003) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对三维测风技术中常用的垂直正交测风阵列在消除阴影效应影响方面的缺陷,根据流场特性,设计了一种基于特殊四面体棱边构建的非正交测风阵列。该阵列旨在降低尾迹区湍流对测风路径平均风速的影响,并且对绕流干扰严重的测风路径进行数据补偿。利用GAMBIT软件建立测风阵列模型,通过FLUENT软件改变流场内气体流速和雷诺数等环境参数,仿真两种阵列在低速层流区和高速湍流区的不同性能,获取了速度分布云图和三组换能器所在路径速度折线图,说明了非正交测风阵列能够有效提高三维测风的精度。

    • 抗野值自适应卫星/微惯性组合导航方法

      2017, 38(12):2952-2958.

      摘要 (2985) HTML (0) PDF 3.75 M (3671) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对在复杂城市环境下卫星导航系统(GNSS)定位定速存在野值,导致GNSS/微惯性(MEMSINS)组合导航状态参数滤波估计精度恶化,甚至滤波发散的问题,提出了一种抗野值自适应GNSS/MEMSINS组合导航算法,以提高组合导航精度和可靠性。该算法利用Allan方差分析建立较为精确的MEMS器件噪声模型,有效降低模型异常和状态扰动的影响。同时利用新息序列构造观测异常检验统计量,并根据该统计量构造自适应新息加权因子调节滤波增益矩阵,削弱观测野值对状态估计的不良影响。实验结果表明,该算法能够有效地控制GNSS定位定速异常的影响,具有较强的实时性和容错性。相比于传统算法,车载定位、定速和定姿精度分别提升35.78%、60.19%和82.41%,验证了本文算法的有效性和实用性。

    • >精密测量技术与仪器
    • 几何量工业测量的现状与发展

      2017, 38(12):2959-2971.

      摘要 (2405) HTML (0) PDF 6.21 M (6125) 评论 (0) 收藏

      摘要:工业测量不仅是要获取产品质量状态信息,还将成为工业4.0等未来制造模式中的赛博化系统(CPS)的一个重要信息源。然而,工业测量涉及到一个庞大的技术体系,包括误差/公差的定义、检测的方法、评定的方法、多种测量方法测量结果的比对、测量系统构建及能力评估、产品质量符合性判定及验收等,其背后则是一套完整的国家/国际标准以及严格的测量过程管理体系和产品验收流程。以产品的几何量质量及检测为对象,从计量/检测的原理和方法角度,基于目前最先进的质量设计和控制的理念与方法,探讨了工业测量背后的标准体系及其相关理论与方法。分析和研讨了现代工业测量技术及其发展中涉及的相关技术问题、国内外工业测量技术目前的应用现状,并对工业测量技术的发展进行了探讨。

    • 游梁式抽油机冲次软测量方法研究

      2017, 38(12):2972-2979.

      摘要 (2243) HTML (0) PDF 2.32 M (3558) 评论 (0) 收藏

      摘要:游梁式抽油机冲次是影响抽油机系统运行工况的重要参数,实时精确地测量抽油机冲次是调控及优化抽油机系统效率的基础。针对现有公式法和传感器法测量冲次,存在准确性易受实际运行条件和野外环境影响、需额外增设测量器件、故障率较高等缺陷,提出一种基于自相关理论的抽油机冲次软测量方法。即建立冲次与悬点载荷函数、驱动电机输入电功率函数的周期关联关系模型,通过采集驱动电动机输入电流、电压计算实时输入电功率,利用周期信号自相关函数与原函数同周期、噪声信号自相关函数在原点集中的特性,对输入电功率函数进行自相关运算,经去除干扰后获得电功率函数周期,依据输入电功率函数周期与抽油机冲程周期、抽油机冲次的关联关系计算得到抽油机冲次,从而在不增加外设条件下实现对抽油机冲次的软测量。仿真以及某大型油田采油六大队现场试验表明,该方法实用有效、抗扰性高、测量误差不超过1%。

    • 单色光干涉面接触润滑膜厚在线测量

      2017, 38(12):2980-2986.

      摘要 (2707) HTML (0) PDF 1.63 M (3496) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了滑块玻璃盘形成的面接触润滑油膜厚度光干涉在线测量方法。以单色激光为光源,根据油膜厚度变化引起平行干涉条纹平移的物理特征,基于光流和动态时间规整技术构造复合算法,测量干涉图像相邻帧空间域上一维光强曲线的位移,从而得到相邻帧之间的油膜厚度差。从零速度开始记录每一帧干涉图像对应的膜厚变化,实时计算出当前帧对应的膜厚,实现了膜厚的在线测量。当前算法的测量结果与离线膜厚测量结果进行了对比,验证了该系统的测量准确性。进行了阶跃载荷、匀加速及匀减速工况下的膜厚测量,揭示了膜厚变化规律。

    • 结构光照明并行物方差动快速测量方法研究

      2017, 38(12):2987-2993.

      摘要 (2235) HTML (0) PDF 2.97 M (3604) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光扫描差动共聚焦显微测量方法具有纳米量级的轴向测量精度,然而信号在离焦位置获取,横向分辨率较低,而且使用激光逐点扫描方式,测量速度慢;基于空间光相位调制的结构光照明显微成像方法,可以实现超分辨率成像,但不具备高的轴向测量精度,因此这两种方法都不能满足微纳加工过程中复杂物体微观表面形貌在线、在位测量的要求。将空间光相位调制结构光照明显微成像技术与差动轴向测量方法结合,提出基于结构光照明的并行物方差动快速测量方法。该方法只需要使用一台面阵相机做探测器,在结构光照明相位调制模式下,获取样品在焦前和焦后位置的相位图像并分别合成对应的焦前及焦后高分辨率图像IA和IB,对两幅图像进行求差而建立差动信号ID,再根据预先刻度好的差动曲线就可以得出被测样品在各个位置的表面高度。使用该方法对500 nm步高、10 μm周期的标准样品进行测量,标准差为2.8 nm,相对误差为0.6%,完成一幅包含2 048×2 048个位置的表面形貌测量耗时65 ms。测量实验结果表明,该方法可以进行快速、在线纳米量级高精度轴向测量,可以实现15/s次三维形貌纳米量级精度测量。

    • 双DMD红外双波段场景模拟器光机结构设计

      2017, 38(12):2994-3002.

      摘要 (2675) HTML (0) PDF 5.67 M (3928) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常规红外双波段场景模拟器多基于单数字微镜器件(DMD)设计、不能对两个波段进行差异化调制、只满足仿真测试的工作波段需求、实用性差的问题,提出了一种基于双DMD的双通道、共口径、两档变焦、结构紧凑的红外中/长波场景模拟器,并对投影系统、照明系统、双色合束镜等主要部分进行了详细的光机结构设计。光学引擎采用远心光路直接照明DMD靶面,利用空间立体式布局来避免不同光路间的干扰,且使用两块小型金属平面反射镜压缩照明光路以提高系统集成度;采用半运动学弹性夹持方式固定合束镜,重点计算了弹簧夹为得到最小预载应发生的偏转量及其在材料中形成的弯曲应力;利用MATLAB求解出两波段黑体的工作温度,并拟合出经光学系统后两波段辐射出射度与全红外波段黑体辐射出射度的比例关系ψ(T)曲线。测试结果表明,黑体温度为850 K时达到最高表观温度要求,中波图像对比度为250∶1,长波图像对比度为14∶1,满足现阶段红外中/长波场景模拟器的使用要求。

    • 臭氧标准参考光度计的测量不确定度评定

      2017, 38(12):3003-3012.

      摘要 (2560) HTML (0) PDF 1.33 M (3058) 评论 (0) 收藏

      摘要:为建立臭氧标准参考光度计(SRP)的计量溯源性,环保部标准样品研究所的SRP 48与美国国家标准与技术研究院的SRP 2进行了比对验证。对SRP测量不确定度的评定方法进行了研究,分析了测量不确定度的主要来源。以SRP 48为例,对影响臭氧浓度测量的不确定度分量光程长度Lopt、压力P、温度T、双光程透光率的比值D和吸收系数σ等因素进行计算,建立数学模型并合成得到标准不确定度。在0~500 nmol/mol浓度范围内,SRP 48和SRP 2之间具有很好的可比性,确立SRP 48与SRP 2的比对关系式为xSRP48=[(0.998 96(xSRP2)+0.025] nmol/mol,在95%的置信区间内(k=2时),SRP 48臭氧浓度测量的扩展不确定度为2×((0.28)2+(1.10×10-2×x)2) nmol/mol。

    • >传感器技术
    • 星载感应式空心磁芯磁传感器的研究

      2017, 38(12):3013-3019.

      摘要 (2397) HTML (0) PDF 2.93 M (3106) 评论 (0) 收藏

      摘要:优化设计了频率带宽为1 Hz~10 kHz的空心磁芯感应式磁传感器。首先提出空心结构的磁芯,分析空心磁芯的退磁因数和有效磁导率,并仿真、实测空心磁芯感应线圈的磁通,得出一定壁厚的空心磁芯感应线圈的磁通可以等于相同长径比棒状磁芯感应线圈的磁通。然后分析空心磁芯感应式磁传感器的灵敏度与噪声,通过数学算法优化噪声公式达到要求的噪声指标和较低的重量。为验证理论分析,设计空心磁芯感应式磁传感器,在屏蔽室对空心磁芯感应式磁传感器的性能进行测试,频率高于400 Hz时灵敏度为0.73 V/nT。100 Hz时噪声为0.06 pT/Hz1/2,总重量为80 g。实测的空心磁芯感应式磁传感器的灵敏度与噪声和理论分析一致。空心磁芯感应式磁传感器与THEMIS相比具有噪声低、重量轻的优点,能够满足空间电磁探测的实用条件。

    • FBG级联MZI的温度和酒精溶液浓度传感特性研究

      2017, 38(12):3020-3027.

      摘要 (2216) HTML (0) PDF 3.57 M (3369) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了测量白酒蒸馏过程中的温度和酒精溶度,制作了一种基于马赫曾德仪(MZI)与光纤布拉格光栅(FBG)级联的可同时测量温度和酒精溶液浓度的光纤传感器。FBG是利用飞秒激光逐线刻写的方式在单模光纤(SMF)中制作的周期为2.2 μm,布拉格波长为1 591.21 nm,透射谱深度可达23 dB的4阶光纤布拉格光栅;MZI是将细芯光纤和SMF采用纤芯错位和锥腰扩大熔接技术制作的腔长为8.7 mm,对比度为28.5 dB的透射式光纤干涉传感器。基于多光束干涉理论对传感器的温度和酒精溶液浓度传感特性进行分析,利用MZI干涉波谷与FBG透射峰的灵敏度差异,结合灵敏度系数矩阵实现对温度和酒精溶液浓度的同时测量。实验中,传感器的酒精溶液浓度和温度灵敏度分别可达-41.37 pm/%和58.96 pm/℃。该传感结构在白酒酿造产业有潜在的应用前景。

    • 薄膜瞬态温度传感器的制备及性能研究

      2017, 38(12):3028-3035.

      摘要 (2013) HTML (0) PDF 4.08 M (3657) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对普通温度传感器存在响应时间长、无法快速测量瞬态温度以及薄膜热电偶引线困难的技术难题,研制了一种响应速度快、测量精度高、引线方便的薄膜瞬态温度传感器。采用直流脉冲磁控溅射技术,在嵌入NiCrNiSi平行电极丝的陶瓷基体端面依次沉积NiSi功能薄膜和SiO2绝缘保护薄膜。利用自行研制的静态标定系统对薄膜传感器的静态性能进行了研究,结果表明所研制传感器在50~400℃范围内具有良好的线性和热稳定性,塞贝克系数为41.2 μV/℃,非线性误差不超过0.05%,改变NiSi薄膜的厚度对传感器的塞贝克系数影响很小。利用ANSYS有限元仿真和动态标定实验对薄膜传感器的动态性能进行了研究,结果表明所研制传感器的响应时间为μs级,时间常数随着NiSi热接点薄膜厚度的增加而增大,改变激光脉冲能量对传感器时间常数的影响很小。利用温度检定炉对薄膜传感器进行了测温试验研究,结果表明所研制传感器能够快速响应温度的变化,可为瞬态温度的测试提供有效的方法和技术途径。

    • 直流叠加脉冲电流波形宽频带电流传感器

      2017, 38(12):3036-3043.

      摘要 (2452) HTML (0) PDF 3.35 M (3326) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种用于测量直流叠加脉冲电流波形的电流传感器。该传感器由两个磁芯组成,一个工作于磁通门状态,另一个基于罗氏线圈原理。为了将磁通门与罗氏线圈检测技术集成在一起,引入了一个反馈绕组,有效克服了脉冲磁场与直流磁场对磁芯工作状态的影响。基于理论分析制作了样机。实验结果表明,所提出的电流传感器能有效测量直流叠加脉冲电流波形:有效测量频带为340 kHz,直流分量的测量误差为0.6%;低频段与高频段交点处的测量误差最大,最大测量误差为1.5%。

    • >检测技术
    • 集箱管接头内焊缝表面缺陷识别方法研究

      2017, 38(12):3044-3052.

      摘要 (2679) HTML (0) PDF 3.23 M (3163) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对集箱管接头内焊缝表面缺陷自动检测需要,进行了基于计算机视觉的集箱管接头内焊缝表面缺陷自动识别方法研究。分析了不同焊缝图像的纹理特征,从焊缝图像的灰度共生矩阵中提取出15种可用于焊缝表面缺陷状态表征的特征参数。在此基础上,研究将BP神经网络应用于焊缝表面缺陷自动识别中。分析了灰度共生矩阵的步长、灰度级、神经网络的结构参数及输入特征参数的数量和种类对焊缝图像识别效果的影响,优化出最佳的识别参数。在以上研究基础上,利用优化后的神经网络对内窥镜获得的不同焊接质量的焊缝图像进行了训练和识别。结果表明,提出的基于图像纹理的神经网络识别系统可以很好实现集箱管接头内焊缝焊接状态的自动评价,整体识别率达91%。研究工作为集箱管接头内焊缝焊接质量自动检测做了有益的探索。

    • 风力机叶片原生缺陷转捩的能量释放机理研究

      2017, 38(12):3053-3060.

      摘要 (1429) HTML (0) PDF 2.71 M (2747) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对风力机叶片原生缺陷演化为裂纹进而扩展导致断裂的问题,分析细观缺陷在外载荷作用下转捩为宏观裂纹的能量释放定量关系明晰裂纹萌生机理。首先根据风力机叶片的载荷特点构造一个新的应力函数,基于正交异性复合材料基本公式求解原生缺陷层间开裂的应力强度因子、应力应变和位移分量,由此获得细观缺陷变形过程释放的塑性应变能;使用红外热像仪采集原生缺陷转捩过程的温度场并计算热能耗散量,基于不可逆热力学定律获得内储能随着疲劳周期的变化规律;最后,在万能试验机上对含有气泡和纤维断裂的叶片试件进行疲劳试验。结果表明,应用提出的应力函数的计算结果与试验结果误差较小,可作为细观缺陷变形时塑性应变能的计算依据。原生缺陷转捩为微小裂纹时,内储能的变化规律可作为判断缺陷类型和程度的依据。这项研究探索复合多层材料跨尺度的疲劳能量理论,有助于实现风电机组关键部件的全寿命周期监测。

    • 基于应力波分析的状态监控与故障预测研究

      2017, 38(12):3061-3070.

      摘要 (2231) HTML (0) PDF 2.52 M (3723) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着先进的仪器测量与分析、物联网、云计算、数据挖掘、人工智能等科学技术的发展,设备状态监控和故障预测技术近年来在工业设备健康管理中起到越来越重要的作用。研究了一种基于应力波分析的状态监测与故障预测技术,通过应力波传感器对设备运动部件间的摩擦、机械冲击和动态荷载的电子信号进行检测和处理,采用专为应力波分析而开发的时域和频域特征提取软件和基于神经网络的数据融合技术,对设备状态进行定量分析,对设备故障进行准确预测,并提供设备健康诊断分析报告。运行试验表明,与振动分析等传统的状态监测方法相比,本系统能更好地实时监控设备运行情况,更早地预测故障,保证了生产安全性,降低了设备检维修成本,提高了生产效率。

    • 压缩感知域智能天然气管道泄漏孔径识别

      2017, 38(12):3071-3078.

      摘要 (1763) HTML (0) PDF 1.44 M (3127) 评论 (0) 收藏

      摘要:天然气管道泄漏监测正在进入大数据时代,针对传统方法存在的采集数据冗余、特征提取及识别受主观因素影响较大等问题,结合压缩感知与深度学习理论,提出一种在变换域进行泄漏信号的压缩采集、在压缩感知域进行自适应特征提取及识别的智能天然气管道泄漏孔径识别方法。通过随机高斯矩阵获取压缩采集数据,并通过深度学习挖掘测量信号中隐藏的泄漏孔径信息,经稀疏滤波实现特征的自动筛选,最后研究了softmax回归实现孔径的高精度分类识别。实验结果表明,该方法实现了监测数据的压缩,对压缩感知域采集信号的识别性能明显优于传统方法。

    • 基于多任务Faster R-CNN车辆假牌套牌的检测方法

      2017, 38(12):3079-3089.

      摘要 (2544) HTML (0) PDF 4.18 M (3601) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有车辆假牌套牌各种检测方法存在计算复杂度高、检测精度低、鲁棒性欠缺等问题,提出一种基于多任务的高速区域卷积神经网络(Faster RCNN)车辆假牌套牌的检测方法。首先利用时空约束得到疑似套牌车辆,接着用Faster RCNN定位分割出车辆前脸部分图像,然后对疑似套牌车辆的车脸公脸部分(车辆的基本特征)的特征进行比对;在此基础上再对高仿套牌车辆的车脸私脸部分(车检标)的细微特征进行检测比对。这种分层次的、从车辆宏观特征到微观特征的视觉检测方法,具有检测速度快、鲁棒性高、泛化能力强、实施部署方便、检测精度高等优点。实验研究表明,在Vehicle ID 数据集和杭州卡口数据集中分别取得了99.39%、99.22%的检测精度。

    • 湖泊表面水温预测与可视化方法研究

      2017, 38(12):3090-3099.

      摘要 (2764) HTML (0) PDF 5.91 M (3737) 评论 (0) 收藏

      摘要:湖泊表面水温是水生态环境的重要因子,直接影响流域生态系统及生物多样性。准确获取湖泊表面水温、预测表面水温时空变化过程是控制和改善流域水生态环境的基础,同时也是预防和治理蓝藻水华爆发的关键。为此,以滇池为研究区,以2005~2016年10个水质监测站点的54个水质数据(水温、叶绿素a、pH、高锰酸盐指数、溶解氧等)为基础数据集,将支持向量回归(SVR)、主成分分析法(PCA)及反向传播人工神经网络(BPANN)3种算法相结合,组成混合预测模型,并将克里金插值法与地理信息系统相结合,实现滇池水温12年来历史变化过程的情景再现及未来5年变化趋势的情景模拟。研究结果表明,模型的平均相对误差为0.5%,均方根误差为1.452 3,R2=0.904 9,具有误差低、泛化高的综合预测性能;空间可视化分析结果表明,2005~2020年水温高于20℃的区域呈现北向南扩散趋势,蓝藻水华爆发可能性由局部性变为全面性,这与昆明市快速城镇化发展及全球气候变暖密切相关。

    • >视觉检测与图像测量
    • 基于机器视觉的隧道衬砌裂缝检测算法综述

      2017, 38(12):3100-3111.

      摘要 (2195) HTML (0) PDF 6.17 M (7285) 评论 (0) 收藏

      摘要:《公路隧道养护技术规范》中明确指出隧道裂缝的调查是专项检查项目之一。目前常采用人工检测,漏检不可避免,为克服此缺点,用机器视觉的方法实现自动化检测已成为近年来该领域里国内外主要研究手段。在机器视觉研究方法的背景下,对目前国内外关于隧道混凝土衬砌裂缝检测算法的研究进行了较全面的综述,包括衬砌图像预处理、裂缝的检测、干扰的剔除、裂缝宽度的测量及误差分析4个部分,并对所采用的算法进行了优势及不足的比较,最后给出结论和未来设想。

    • 改进结构相似度的红外两波段图像目标配准

      2017, 38(12):3112-3120.

      摘要 (1819) HTML (0) PDF 6.73 M (2927) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对红外两波段图像目标配准问题,研究了目标整体结构特征,在高斯尺度空间对结构相似度、多尺度结构相似度和边缘结构相似度进行改进,提出基于改进的多尺度边缘结构相似度算法的红外两波段图像目标配准算法。利用高斯尺度空间中不同尺度的图像及其边缘图像计算多尺度结构相似度,结合了红外图像中保留的目标完整的边缘结构信息,提高了目标配准效果。实验结果表明基于改进的多尺度边缘结构相似度算法的红外两波段图像目标配准算法的目标配准正确率和目标配准精度都优于其他算法,目标相似度值高于0.98。

    • >交叉与前沿
    • 计及刀具影响的高速电主轴系统动力学特性研究

      2017, 38(12):3121-3128.

      摘要 (2029) HTML (0) PDF 4.25 M (3337) 评论 (0) 收藏

      摘要:首先建立了轴承模型和转子模型,进而分析了高速电主轴壳体、轴承、主轴和刀具之间的连接关系,建立系统动力学模型,推导电主轴不同部位到刀具处的传递函数。然后以D62D24A型高速电主轴为例,分析转速对轴承动态支承刚度的“弱化”作用,计算系统装有刀具与未装刀具时的第一阶径向振动固有振型,理论分析并且实验验证高速电主轴静态和动态情况下系统装有刀具和未装刀具时第一阶径向振动固有频率的变化趋势。最后得到系统的固有特性受到转速和刀具双重“弱化”作用的结论。

    • 交流暂态故障对柔性直流系统影响的评判研究

      2017, 38(12):3129-3136.

      摘要 (1458) HTML (0) PDF 4.38 M (3089) 评论 (0) 收藏

      摘要:在模块化多电平电压源换流器高压直流输电(MMCHVDC)系统中,发生在交流输电线路的各类暂态故障或扰动不但会引起与交流系统连接的MMC换流站内上下桥臂不同程度过流、过压现象,也会对对向站的正常运行产生一定程度的负面影响。如何利用MMC换流站内各电气信息实现交流暂态故障或扰动对其运行状态影响程度的评判将是今后MMCHVDC研究领域的热点问题。针对上述问题,首先分析了交流输电线路暂态故障对站内电压、电流的影响,指出站内各电气信息之间的联系。而后鉴于MMCHVDC系统阻尼对暂态故障能量传递的抑制作用,考虑故障扰动时站内电压、电流具有变化无规律、频率复杂且扰动特征能量等级低等特点,提出利用Renyi小波包能量熵对交流暂态故障发生时站内电气信息进行特征提取,并根据特征提取结果构建了系统运行状态评判指标集。基于Renyi熵权和灰色关联分析理论,提出了一种双端MMCHVDC系统运行状态综合评判方法。最后,利用双端31电平MMCHVDC系统进行了各类交流暂态故障的模拟实验,并基于该方法实现了不同交流暂态故障对MMCHVDC系统运行状态影响程度的评判,判断结果证明了该方法的有效性。

    • 基于神经网络预测控制的节能电梯能量管理

      2017, 38(12):3137-3142.

      摘要 (1697) HTML (0) PDF 3.02 M (2978) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电梯的日益增多,电梯节能问题引起越来越多的关注。针对节能型电梯中超级电容的储能管理问题,提出一种基于神经网络预测控制策略的新方法来动态预测电梯运行中所需的能量。首先根据电梯当前停层、目的停层以及载荷信息,建立反向传播神经网络(BPNN)模型并通过样本训练确定各神经元的权值和偏置值,然后利用该模型在线预测电梯每个行程吸收或回馈的能量,据此调节超级电容的平衡电压实现提前储能/泄能,补偿电梯运行过程中所需的尖峰功率。此外,根据电梯载荷和行程信息动态调整超级电容的平衡电压,可以充分利用超级电容的能量存储空间,在某些行程下除了补偿尖峰功率,还能够补偿一部分额定功率,优化网侧整流器的功率容量。最后通过MATLAB/Simulink搭建的仿真平台和实验样机验证了本方法的可行性。

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