• 2017年第38卷第4期文章目次
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    • >传感器技术
    • 国外巨磁阻抗传感器检测电路技术的发展动态

      2017, 38(4):781-793.

      摘要 (2338) HTML (0) PDF 3.56 M (4701) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于非晶态合金材料巨磁阻抗(GMI)效应和非对称巨磁阻抗(AGMI)效应磁传感器是近20年来磁传感器技术领域的研究热点之一。一些国外学者认为非晶态合金材料适合于制作能同时满足分辨力高、响应速度快、功耗低等要求的微磁传感器。然而,迄今为止,国外研发的绝大多数高分辨力GMI磁传感器仍停留在原理样机阶段,其主要技术指标甚至低于商品化各向异性磁阻(AMR)和巨磁电阻(GMR)磁传感器。简要叙述了非晶态合金材料的GMI效应和退火处理对GMI效应的影响,重点介绍了国外研发的各种不同类型的基于非晶丝(带)的GMI磁探头、模拟信号检测电路及其参考性能指标,并探讨了研发高灵敏度GMI磁传感器的关键技术。

    • 智能电动汽车信息感知技术研究进展

      2017, 38(4):794-805.

      摘要 (3497) HTML (0) PDF 3.11 M (5035) 评论 (0) 收藏

      摘要:智能电动汽车是一类特殊的移动智能机器人,能够改变人类生活品质、时空价值和文化融合。主要介绍了智能电动汽车发展的历程和国内外相关研究的发展水平和核心技术;重点讨论了智能电动汽车车路感知、智能充电桩和电池管理系统等智能电动汽车主要研究热点,分析了传感技术、数据融合算法、控制算法和通信技术等智能汽车关键核心技术的研发现状。随着大数据、云计算等新型智能传感技术的发展,未来的智能感知将彻底改变传统机器视觉技术在底层特征上的模式识别。在智能电动汽车产业化过程中也需解决人性、安全性、可靠性以及法律和道德等问题。总之,智能电动汽车技术的迅猛发展将改变人类的时空观念,也必将对交通运输业产生深远且革命性的影响。

    • 基于传感器联合测量的车载POS精度检测系统设计

      2017, 38(4):806-912.

      摘要 (2116) HTML (0) PDF 2.11 M (3319) 评论 (0) 收藏

      摘要:POS系统是移动测量系统的重要组成部分,其位置姿态精度一直受到广泛关注。结合全站仪、激光跟踪仪、GNSS授时装置等传感器,设计了动态精度检测系统,开展了POS系统动态精度检测方法研究。主要采用单次测量时间统计、平滑曲线拟合等方法探测检测系统的测量误差,并在误差剔除的基础上,结合ICP算法,利用跟踪仪高精度测量数据,对全站仪数据进行修正,提高检测系统整体测量精度。最后,在某实验区,进行车载POS系统动态跟踪实验,分别采用整体轨迹对比和实时点位对比方法进行POS系统事后处理精度检测和实时导航精度检测。实验结果表明:采用该种检测方法,动态检测系统能检测出POS实时和事后处理的动态定位精度。

    • 大量程磁致伸缩位移传感器的应力波衰减特性研究

      2017, 38(4):813-920.

      摘要 (1724) HTML (0) PDF 2.81 M (3297) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研制大量程磁致伸缩位移传感器,对应力波的能量衰减特性进行研究。提出了衰减系数测试方法,给出了衰减系数的计算表达式及其修正方法。搭建了磁致伸缩位移传感器实验平台,测试了应力波在FeGa和FeNi波导丝中传播的衰减系数,确定了波导丝线径、应力波频率和波导丝所受应力对衰减系数的影响规律。结果表明,线径为0.6 mm的FeGa和FeNi波导丝在不受应力作用时,频率54 kHz的应力波衰减系数分别为0.154 8 Np·m-1和0.180 8 Np·m-1;衰减系数随波导丝线径的增大而增大;衰减系数随应力波频率的增大而增大;衰减系数随波导丝所受应力的增大先减小后趋于稳定。在设计大量程磁致伸缩位移传感器时,为减小应力波的衰减,可选择线径为0.4 mm的FeGa波导丝、应力波频率为32 kHz、波导丝所受应力60 MPa。

    • 蛇形磁路多片式磁流变液阻尼器设计

      2017, 38(4):821-829.

      摘要 (1964) HTML (0) PDF 3.68 M (3537) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种大输出阻尼力矩,低初始阻尼力的小体积多片式磁流变液阻尼器的设计方法。阻尼器内部的导磁元件、隔磁元件和间隙中磁流变液构成闭合的蛇形磁路。针对漏液的问题采用铁磁密封的设计思想,显著减小了转轴处的摩擦力。基于Bingham塑性模型分析了磁流变液的力学特性,导出了阻尼器的力矩模型,采用ANSYS Maxwell软件对阻尼器进行了有限元分析,验证了磁路的准确性,并在原始设计的基础上对阻尼器的结构进行了优化,研制出了一种小体积磁流变液阻尼器。在自主搭建的实验平台上进行力矩测量实验和响应时间测量实验,实验结果验证了该阻尼器具有大输出力矩,低初始阻尼力和低响应时间的特点。阻尼器的直径为33.6 mm,高度为21.6 mm,重约200 g,当输入电流为1.2 A时,产生的力矩为350 N·mm,达到了操作者抓取虚拟物体所需的力矩。

    • 基于ФOTDR光纤传感技术的供水管道泄漏辨识方法

      2017, 38(4):830-837.

      摘要 (2152) HTML (0) PDF 2.38 M (3293) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于城市供水管道周边工况复杂,如何实现对不同工况的泄漏及其他干扰振动的模式识别成为系统的关键技术。提出了采用分形盒维数和改进近似熵作为特征量的基于相位敏感的时域反射计(ФOTDR)分布式光纤传感进行供水管道振动检测的方法。根据泄漏孔附近空泡噪声的信号空间填充度特征,引入分形盒维数对时域信号进行度量,采用了一种新的寻找无标度区的办法,使得出的盒维数参数值能够把握过电平率很高信号的特定特征根据湍流噪声信号混沌性特征;根据湍流噪声的混沌特性,引入近似熵复杂度对时域信号进行度量,采用了一种新的相似容限选取方法,使得更能体现信号随机性的大小。将去噪处理后检测信号的分形盒维数和改进近似熵同时作为二维参数平面的两个输入,通过在该平面设置阈值范围辨识管道泄漏信号,用以区分泄漏信号和干扰信号。对实验信号进行处理,使用该方法对泄漏辨识的准确率能达到96.7%,结果表明,采用该方法能够准确、高效地区分将供水管道泄漏信号及其他信号。

    • >信息处理技术
    • 基于GAPSO混合算法的钢杆磁特性参数识别方法

      2017, 38(4):838-843.

      摘要 (2147) HTML (0) PDF 2.05 M (3706) 评论 (0) 收藏

      摘要:测量轴类零件的磁滞回线,利用其特征参数的变化表征零件表面硬度及硬化层深度,是具有工程应用前景的电磁无损检测新技术之一,其关键是轴类零件磁特性曲线测量装置的研制和磁特性参数高精度识别方法的研究。设计出一种基于闭环磁路的钢杆磁滞回线测量实验装置,并基于JA磁滞模型,提出了一种遗传粒子群(GAPSO)混合算法,实现了钢杆磁滞回线全局与局部特征参数的快速、高精度识别。实验测得的3种不同材质钢杆磁滞回线,对比分析了混合优化算法与单一算法(遗传、粒子群、模拟退火)的参数识别速度与精度,结果表明,混合算法全局识别结果的最小均方根误差仅为0.004 7,低于单一算法的相应结果;混合算法对局部特征参数(矫顽力、剩余磁感应强度)识别的相对误差均小于0.35%,优于单一算法识别精度。上述实验测试和磁特性参数识别方法,有望应用于销钉、螺栓等轴类构件表面硬化层的无损检测。

    • 基于梯度方向直方图的热核特征提取方法

      2017, 38(4):844-852.

      摘要 (2487) HTML (0) PDF 3.79 M (3591) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种适用于描述非刚性三维模型局部表面结构的特征提取方法,即基于梯度方向直方图的热核特征(HOGHKS)提取方法。该方法首先提取具有等距不变性的三维点热核信号,可以使后续提取的特征向量具有等距不变性和较好的稳定性;然后对热核信号的对数差分值进行梯度方向直方图统计,可以使构造出的特征向量对三维模型的尺度变化具有一定的不变性。该特征在一定程度上解决了HKS特征不具有尺度不变性、SIHKS特征虽然具有尺度不变性但是需要将热核信号转换到频域进行描述会丢失一部分有效描述信息的问题。实验结果表明,与HKS特征和SIHKS特征相比,HOGHKS特征具有更好的检索效果。

    • 基于最优偏差路径的自动导引车纠偏方法

      2017, 38(4):853-860.

      摘要 (1755) HTML (0) PDF 3.61 M (4861) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对使用二维码作为定位模块的视觉自动导引车(AGV)的轨迹跟踪问题,提出了一种基于最优偏差路径的模糊PID纠偏算法。首先建立AGV的运动学方程,将横向偏差和航向偏差作为控制系统的输入变量;其次引入Hamilton最优控制函数,得到基于最优偏差转化策略的AGV最优偏差路径和最优控制方程;最后以AGV与最优偏差路径之间的位姿偏差更新模糊PID控制器的参数,实时调节驱动轮的差速,使AGV按最优偏差路径行驶,实现AGV纠偏的最优控制。实验结果表明,该方法可以平稳、快速地消除横向和航向偏差,本文控制方法在极端偏差状态下的4种隶属度区间的横向偏差纠偏结果分别为2.38、 2.54、 3.29和4.43 mm,均不超过5 mm,纠偏距离小于1.2 m,跟踪精度为3.2 mm,既提高无轨导引AGV的导航精度,也能较好地满足系统运行的稳定性和伺服驱动能力。

    • 非整周期采样条件下有功电能计量的新算法

      2017, 38(4):861-869.

      摘要 (1779) HTML (0) PDF 3.75 M (3340) 评论 (0) 收藏

      摘要:非整周期采样条件下,应用FFT算法对信号进行分析时,会产生频谱泄漏,从而使有功电能的计量产生误差。在明确基波有功电能和谐波有功电能的定义,并证明负载所消耗的总有功电能与电压电流信号的频谱之间存在一定关系基础上,提出一种基于谐波子组加窗FFT的有功电能计量新算法。类似于IEC标准中谐波子组的分组方法,对加窗信号的频谱进行分组,并基于加窗前后信号总有功电能保持不变而得到电能恢复系数;同时,应用谐波子组内谱线的参数信息测算出基波有功电能和谐波有功电能值。数值仿真分析和实际应用验证发现,若该新算法配合以Hanning窗进行信号处理,其在测算基波有功电能和谐波有功电能时均具有较高的准确度。

    • 气液两相流下微弯型科氏质量流量计信号建模

      2017, 38(4):870-877.

      摘要 (2522) HTML (0) PDF 4.20 M (4863) 评论 (0) 收藏

      摘要:相比于普通的U型和Δ型科氏质量流量计,微弯型科氏质量流量计具有更高的频率和更小的相位差,测量气液两相流时误差更大。为了揭示气液两相流测量误差的特性,针对微弯型科氏质量流量传感器输出信号的实验数据,采用数字过零检测方法提取流量序列。用概率密度分析流量序列的分布规律,再通过相关分析得到流量序列的数学模型,并验证模型的准确性。该数学模型由稳定分量和波动分量组成。稳定分量对应于气液两相流下流量实际测量的均值,其与真实值之间的偏差反映了气液两相流的测量误差;波动分量反映了瞬时流量测量的稳定性。

    • 基于生物力学分析Q值对颈肌疲劳的反映效果

      2017, 38(4):878-885.

      摘要 (2579) HTML (0) PDF 3.75 M (3431) 评论 (0) 收藏

      摘要:颈肌疲劳是导致颈椎病的主要原因之一。为了有效预测和缓解颈肌疲劳,结合生物力学理论分析了表面肌电信号(SEMG)对颈部肌肉疲劳状态的反映效果。选取身体健康,年龄在21~33岁的8名志愿者作为被试者。所有被试者保持屈颈位2 h,采集颈6、颈7节段两侧上斜方肌的表面肌电信号。首先,采用经验模态分解(EMD)对肌电信号进行去噪;然后,提取并分析了积分肌电(IEMG)、近似熵(ApEn)、疲劳状态指标Q值等3种特征参数在屈颈过程中的变化规律。实验结果表明,随着屈颈时间的增加,积分肌电值呈上升趋势,近似熵和疲劳状态指标Q值呈下降趋势;其中,状态指标Q值对颈肌疲劳的反映效果最好,表现在数据稳定、差异明显、同生物力学分析相一致。本实验条件下,颈6、颈7节段肌电信号屈颈疲劳前后Q值的均值由0.37降低至0.21,采用按摩缓解后又恢复到0.33。本研究内容对长期处于屈颈位人群预防颈肌疲劳,减少颈椎病的发生具有重要的指导意义。

    • >精密测量技术与仪器
    • 电磁法勘探中梯度场测量方法研究

      2017, 38(4):886-894.

      摘要 (2681) HTML (0) PDF 3.48 M (3355) 评论 (0) 收藏

      摘要:梯度测量对提高电磁法勘探的分辨能力和压制环境噪声干扰具有重要意义。通过硬件差分直接测量梯度场和先测量绝对场后经软件差分计算求取梯度场是实现电磁梯度数据获取的两种典型方式。给出了这两种测量方式的具体实现方案,并对测量效果进行了对比分析,探究了误差来源和压制方法。研究表明,测量通道的不一致性,尤其是相位差是影响电磁梯度测量准确性的关键因素。对于硬件差分直接测量梯度场而言,这种通道不一致引起的误差难以通过事后校准的方法消除,且误差大小随梯度值减小而急剧增加,最终不可用。先测量绝对场后进行软件差分的方法,可以得到更小的测量误差,而且通过通道校准后,测量精度得到进一步提高。在不能确保采集通道高度一致的情况下,先测量绝对场再求取梯度场的方式是实现电磁梯度测量的最优途径,该方法还可以同时获取绝对场以辅助梯度数据解释。该研究成果为电磁梯度系统开发提供了有益参考。依据该方法所研制的频率域电磁场梯度采集系统在江苏滩涂获得的实验结果也证明了该测量方法的优越性。

    • 大位移角振动台的气隙磁场动静态特性分析

      2017, 38(4):895-902.

      摘要 (2575) HTML (0) PDF 5.26 M (3641) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电机驱动式角振动台气隙磁场不均匀和输出大位移时波形失真大的问题,提出了一种径向磁通磁路结构的大位移角振动台,对其气隙磁场动静态特性进行优化分析。基于等效磁化强度法,在极坐标系下建立气隙磁感应强度的解析表达式,通过有限元法验证该方法的有效性,进一步分析了永磁体厚度、永磁体扇形角及气隙厚度对静态气隙磁场的影响规律;通过瞬态有限元法仿真分析了0.01、0.1和1 Hz 3个频率点上外磁环固定不动而永磁体和内磁芯转动的气隙磁场动态特性,定量分析了相对运动对气隙磁感应强度的影响规律;将优化后的磁路参数用于大位移角振动台样机中,测试结果表明,气隙平均磁感应强度及其分布规律和理论计算结果相吻合;研究方法对角振动台径向磁通磁路的理论分析与优化设计具有重要意义。

    • 压电作动器非对称迟滞模型的建立和参数辨识

      2017, 38(4):903-909.

      摘要 (2006) HTML (0) PDF 2.79 M (3536) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有的众多基于传统BoucWen改进的压电陶瓷非对称迟滞模型存在参数冗余,降低了模型参数辨识的准确性,而且常用的粒子群算法(PSO)在辨识压电陶瓷非对称迟滞模型参数方面收敛慢且容易陷入局部最优值。为此,首先提出了一种归一化的非对称迟滞模型,采用两个多项式达到非对称效果,利用归一化BoucWen消除参数冗余;然后采用参数和变异策略自适应的差分进化算法进行迟滞参数辨识;建立了相应的测试系统,对压电陶瓷作动器进行了实验研究。结果表明,相比于传统的BoucWen模型,所提出的模型能更精确地描述压电陶瓷实际电压位移曲线,而且消除了参数的冗余,降低了参数辨识的难度。相比于粒子群算法和传统差分进化算法,自适应差分进化算法能更快更精准地找到最优参数值。

    • 齿轮测量仪器的动态设计方法及其应用

      2017, 38(4):910-918.

      摘要 (1839) HTML (0) PDF 4.63 M (3602) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决目前齿轮量仪中由于动态性能不足而严重影响测量结果的稳定性、可靠性和精确性的问题,对齿轮测量仪器的动态设计方法展开研究,提出利用有限元分析与实验模态分析技术相结合的动态设计方法。首先,研究了动态分析的理论基础、有限元分析的基本步骤和实验模态分析的基本原理;接着,以某齿轮快速检测仪为例,对其进行了有限元分析与实验模态分析;然后,在该齿轮快速检测仪上进行测量实验,即采用不同精度的齿轮,在不同的速度下进行测试;最后,分析了测量实验中存在振动扰动以及测量过程中振动的变化情况。实验结果表明,有限元分析法可以在设计阶段有效的提高仪器的动态性能,从根本上提高仪器的动态性能指标。实验模态分析方法可以在仪器制造以后准确的获得仪器的实际动态性能指标,可以有效地进行最佳工作转速选择,进一步提升仪器的使用性能。通过测量实验,验证了有限元分析和实验模态分析的正确,为齿轮提高齿轮量仪的动态精度提供了一种方法,为量仪的合理使用提供了一条确实可行的途径。

    • 采用水焓值法的制冷量源及其不确定度分析

      2017, 38(4):919-926.

      摘要 (2456) HTML (0) PDF 3.58 M (3500) 评论 (0) 收藏

      摘要:制冷量量值统一对促进空调器行业节能减排有基础性作用,采用水焓值法的制冷量源能够应用于制冷量的量值传递,提供数值可测、可控的制冷量量值。首先,提出了水焓值法制冷量源的装置原理,减少了输出制冷量测量参数;然后,设计并研制了制冷量源实验装置,并在平衡环境型量热计中进行了实验研究,实验结果显示,量热计测得值与冷量源输出制冷量最大相对偏差不超过±0.7%;最后,详细给出制冷量源的不确定度评定过程和结果:制冷量源重复性为11.4 W,源输出由1 660.8增大至5 810.4 W时,合成标准不确定度由12.3增大至18.2 W,对应相对扩展不确定度由1.5%(k=2)减小至0.6%(k=2)。采用水焓值法的制冷量源第1次从计量学角度实现了制冷量量值的溯源,输出量值可溯源至温度、压力、流量和功率单位,可作为校准制冷量测量装置的标准源使用。

    • 敏感轴安装偏角的误差分析与标定方法

      2017, 38(4):927-934.

      摘要 (1869) HTML (0) PDF 2.43 M (3491) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对光电辅助惯导的高精度定位定向系统而言,系统间敏感轴安装偏角的标定是惯导系统初始对准的关键。建立了敏感轴安装偏角的标定原理,将安装偏角的标定转化为对横向位置误差的标定,详细分析影响横向位置误差的主要因素,将惯导系统误差的影响与安装偏角影响分离,采用递推最小二乘算法标定出安装偏角所引起的横向位置偏差。仿真结果表明:敏感轴安装偏角的标定精度优于10″,实验验证结果优于20″(1σ),并且算法简单、实验操作方便、耗时较少、对外在环境依赖性小,因此本系统满足高精度定位定向系统的对准要求。

    • 基于多峰拟合的直线电机动子位置精密测量方法

      2017, 38(4):935-945.

      摘要 (2215) HTML (0) PDF 5.65 M (3529) 评论 (0) 收藏

      摘要:为满足直线电机动子位置的高精度测量要求,提出一种基于多峰拟合相位相关算法的直线电机动子位置精密测量方法。通过直线电机动子上的高速相机采集相邻栅栏图像;采用相位相关算法得到相邻栅栏图像的相位相关函数;根据相位相关频谱的峰值分布特性,采用多峰拟合获得相邻栅栏图像的亚像素位移值;根据测量系统标定系数,进而获得直线电机动子位置的精确位置。实验结果表明,该亚像素测量方法用于直线电机动子位置检测能达到精密定位,测量精度为1/100 pixel,且具有较强的鲁棒性和较高的实时性。

    • >检测技术
    • 基于Markov特征的油气管道泄漏检测与定位方法

      2017, 38(4):944-951.

      摘要 (2156) HTML (0) PDF 1.87 M (3447) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统的基于压力信号的管道泄漏检测方法误报率和漏报率偏高,同时定位误差较大的缺点,设计了一种基于Markov特征的管道泄漏检测与定位方法。首先,将管道压力数据构造为Markov链的形式,并提取其动态特征;然后,将所提取的特征应用于NeymanPearson异常检测方法之中,检测全部压力数据样本的状态,并对检测到的异常样本进行同源信号匹配,修正检测结果;最后,将相似性定位方法与连续小波定位方法结合,确定管道首末两端响应压力变化的时间差,并根据管道长度和压力波传输速度等信息,对泄漏源定位。所提方法能应用于小泄漏和缓慢泄漏的检测与定位,易于实现,误报率与漏报率显著降低,定位精度提高。通过对历史数据的分析,验证了所提方法的可行性和有效性。

    • 基于电机电流分析的万能式断路器机械故障诊断

      2017, 38(4):952-960.

      摘要 (1788) HTML (0) PDF 2.25 M (3690) 评论 (0) 收藏

      摘要:电机电流信号常用于分析电动机本身的故障问题,但对其应用于与电机相连机构的故障分析的研究较少。提出一种基于储能电机电流分析的万能式断路器操作机构故障诊断方法。首先采用Hilbert幅值解调法和改进的小波包阈值法相结合获取交流电流信号的包络线,以解决随机噪声干扰造成的所提取包络线粗糙的问题;然后通过包络线提取电流信号的时间量、电流量以及峭度作为不同故障状态电流波形的特征参数;最后融合模糊聚类和量子粒子群优化的相关向量机实现对断路器正常状态、传动齿轮卡涩、储能弹簧卡涩以及脱落的4种状态的辨识。构建了基于电流分析的万能式断路器故障诊断系统,在不同工况下进行了验证,结果表明该方法能有效提取操作机构储能相关部件的故障特征,实现了对操作机构储能相关部件的故障诊断。

    • 基于四电极法的CFRP结构损伤检测研究

      2017, 38(4):961-968.

      摘要 (1989) HTML (0) PDF 5.37 M (4292) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳纤维复合材料(CFRP)被广泛用于航空航天领域,实现其结构健康监测对提高适航审定的损伤容限探测水平、降低检测成本具有重要意义。针对飞机使用的CFRP层压结构材料,利用碳纤维的自传感特点及结构损伤的电学敏感特性,基于四电极法提出3种激励模式下的电阻抗无损检测方法,以实现非侵入、无辐射、低成本的快速无损结构健康监测。利用有限元分析软件COMSOL构建各向异性CFRP层压板模型,通过提取有效电压差与电压灵敏度参数,对比分析不同类型结构损伤检测效果,从而获取适用于CFRP层压板结构损伤检测的最优激励测量模式。综合实验结果表明,双电极激励模式整体表现较优。

    • 气体管道泄漏声发射单一非频散模态定位

      2017, 38(4):969-976.

      摘要 (2449) HTML (0) PDF 2.23 M (3073) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对气体管道泄漏声发射信号的多模态、频散特性导致互相关泄漏定位误差大的问题,提出采用单一非频散模态提取的气体管道泄漏声发射定位方法。对检测信号的互谱加窗,并根据模态波数确定窗参数,可获得泄漏声发射信号的单一非频散模态导波的互谱。对单一非频散模态导波的互谱进行傅里叶反变换,得到泄漏声发射中单一非频散模态信号的互相关函数以及时延估计,就可以采用单一非频散模态声速,更准确计算出泄漏位置。对气体管道泄漏进行定位实验,相比用未经分解的泄漏声发射信号进行定位,由于声发射单一非频散模态信号的相关性增强,且选用的声速更准确,定位相对误差平均降低7%以上。这表明,通过提取泄漏信号互谱的单一非频散模态成分进行时延估计,可以提高泄漏检测的有效性和减小定位误差。

    • 电磁式电流互感器谐波比值误差实验与分析

      2017, 38(4):977-984.

      摘要 (2423) HTML (0) PDF 3.70 M (3449) 评论 (0) 收藏

      摘要:电磁式电流互感器谐波传变特性复杂多变,传变误差难以估计。设计了铁磁性材料磁滞回线的观测实验,分析了磁滞回线形状对电流互感器谐波传变误差的影响。针对谐波误差检测精度要求高的难点,研制了高精度的电流互感器谐波误差检测系统,并通过实验分析了频率、负载、基波电流、谐波相角、直流分量对电流互感器谐波传变误差的影响。

    • >视觉检测与图像测量
    • 基于仿生视觉的图像RST不变属性特征提取方法

      2017, 38(4):985-995.

      摘要 (1397) HTML (0) PDF 7.64 M (3211) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对图像目标识别过程中易受旋转、缩放、平移及噪声影响的问题,提出一种仿生物视觉感知的RST不变属性特征提取方法,以提升形变目标的识别率与抗噪鲁棒性。受生物视觉感知机理启发,其皮质细胞经过多级变换后,能够最佳权衡图像选择性与不变性。为此,该方法设计成两个阶段。第1阶段中,受生物视觉在水平与垂直方向响应强烈的启发,提出Gabor滤波器与双极滤波器融合的filtertofilter方向边缘检测方法。Gabor滤波作为底层滤波器平滑图像,通过高层水平与垂直方向双极滤波器检测边缘,构建方向边缘检测子。以增强特征提取的鲁棒性,提升边缘检测的准确度。在此基础上,模拟大脑视觉皮质细胞对线条响应强度的反馈,根据不同边缘方向及间距,度量图像线条的空间频率。设计空间频率间距检测子,将方向边缘图像映射至方向θ-间距I坐标系中。使原图像的旋转与比例缩放,在该坐标系上表现为水平与垂直方向变化。在第2阶段中,针对第1阶段输出图像,再次进行方向边缘检测与间距检测。将第1阶段中水平与垂直平移变换,转变为第2阶段的特征图中不变像素点,使图像具有RST不变性。通过实验统计分析,验证了本文特征的RST不变性及其识别能力。并与其他不变属性特征提取方法进行了识别率与复杂度比较,突显本方法对噪声的强鲁棒性与RST的高识别率。

    • 基于骨架的柔性变形FPC断路检测

      2017, 38(4):996-1004.

      摘要 (1912) HTML (0) PDF 2.60 M (2965) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决柔性印刷电路(FPC)翘曲变形容易导致图像出现柔性形变现象造成当前的FPC断路检测方法性能降低的问题,在建立柔性形变模型、分析形变机理的基础上,提出了一种基于骨架处理策略的检测方案。首先提取预处理后FPC图像的线路骨架,然后将其输入到建立的动态模板尺度空间(DTSS)模型中,以去除骨架的分支噪声、得到‘纯净’骨架;接着,提取上一步骤处理所得骨架的全部端点,并通过形态学操作和局部模板匹配定位线路异形结构区域,剔除该端点集合中处于异形结构区域内的噪声端点,从而得到断路端点集合,再根据集合中成员与图像位置的对应关系识别断路缺陷。在基于实际环境建立的SUTF1图库上进行了算法效果验证,并与其他经典方法进行了对比分析。结果表明,本文方法具备良好的抗形变性能,检测正确率(CDR)高达99.30%,误检率(FDR)低至2.25%,表明了方法的有效性;相比于其他方法,CDR至少提高了5.03%,FDR最少降低了8.22%,显示了方法的优势,且具有一定的实际应用价值。

    • 交叉双边滤波和视觉权重信息的图像融合

      2017, 38(4):1005-1013.

      摘要 (1889) HTML (0) PDF 5.64 M (4041) 评论 (0) 收藏

      摘要:图像融合技术是图像分析领域重点研究内容之一,为了更好地保留原图像中的细节信息,提高融合图像的对比度,提出了基于视觉权重图的多尺度图像融合方法。首先,利用可变参数的交叉双边滤波器对两幅待融合图像进行多尺度分解;然后,在每个分解层分别计算相应的视觉权重图,并针对不同分解层赋予不同的权重值;最后,综合这些结果生成融合图像。由于对原始图像的分解没有采用下采样和上采样操作,因此不会损失图像中的信息,且克服了传统像素级融合方法中融合图像模糊、对噪声敏感等不足。通过4种定量分析实验表明,在多种模式的图像融合应用中,本方法优于其他5种对比方法,融合时间小于0.2 s。融合后图像细节信息、对比度得到增强,同时降低处理时间。

    • 鱼眼镜头径向畸变的校正方法

      2017, 38(4):1014-1023.

      摘要 (2963) HTML (0) PDF 5.33 M (5219) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对鱼眼图像存在的径向畸变,提出了一种通过计算鱼眼镜头径向畸变函数来校正鱼眼图像的方法。首先,根据鱼眼镜头本身的特性运用Hough变换获取鱼眼图像的圆心以及校正半径;运用所提出的圆柱形棋盘格模版来完成径向畸变的标定,通过多项式拟合出鱼眼图像直径上采样点到圆心的距离和实际该采样点像点对应的物点所在视角之间的关系,从而将鱼眼图像恢复到球形投影面上;最后运用平面投影模型矫正出符合人类视觉感官的平面透视图像,并用一个圆柱形的投影面校正出了360°全景图。最后的实验结果证明了此方法的有效性。

    • >交叉与前沿
    • 多输入多输出HammersteinWiener交流电弧炉电极系统模型

      2017, 38(4):1024-1030.

      摘要 (1598) HTML (0) PDF 2.42 M (3456) 评论 (0) 收藏

      摘要:在交流电弧炉中对于电极系统的描述,目前大都采用针对单相电极的单输入单输出的HammersteinWiener(HW)模型,这种模型过于简化真实电极系统结构,导致模型的预测精度较低。针对该问题,提出一种基于多输入多输出HW模型的电极系统建模方法,该模型的结构与实际电极系统结构一致,有利于模型预测精度的提高,另外在多输入多输出的静态非线性块不可逆的条件下,提出可分非线性最小二乘算法对HW模型参数进行辨识。最后采用实际数据验证,在预测精度上,多输入多输出HW电极系统模型优于传统的单输入单输出HW电极系统模型。

    • 集成TRIZ的机加夹具方案公理化设计

      2017, 38(4):1031-1039.

      摘要 (2373) HTML (0) PDF 1.86 M (3518) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前在制造企业中,机加夹具方案设计多依赖于设计者的经验,对已有夹具实例的重用度不高,整个方案设计过程缺乏科学的理论框架作为指导。针对该问题,将公理设计(AD)理论和发明问题解决理论(TRIZ)相结合,提出了集成TRIZ的机加夹具方案公理化设计方法。在构建机加夹具多级实例库的基础上,设计了机加夹具功能结构分解与映射算法,将夹具方案生成过程转化为基于功能需求检索多级夹具实例的过程,从而可快速生成机加夹具初始方案,之后运用AD独立公理对初始方案进行耦合性分析,确定存在耦合的夹具功能;通过构建机加夹具方案设计属性与TRIZ冲突矩阵39个工程参数之间的关联表,将耦合夹具功能快速转化为TRIZ工程参数,并运用TRIZ冲突消解工具解决机加夹具方案中的功能耦合问题;提出了基于模糊信息公理的机加夹具方案评价方法,分别计算定性和定量的夹具评价指标的信息量,为夹具方案的优选提供科学的决策依据。最后以某航空发动机机匣铣削夹具的方案设计为例,验证了所提方法的有效性和可行性。

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