• 2017年第38卷第6期文章目次
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    • >人体信息检测和智能人机交互
    • 面向康复与辅助应用的脑机接口趋势与展望

      2017, 38(6):1307-1318.

      摘要 (3837) HTML (0) PDF 5.25 M (6311) 评论 (0) 收藏

      摘要:无需肢体神经肌肉接触便可实现人与外界机器设备信息交互、使“思想”变成“行动”的脑机接口 (BCI)是脑神经科学与工程技术结合的新产物,亦是临床神经功能康复与运动辅助控制的新技术,可望为部分或完全丧失语言交流与肢体运动控制能力患者(如脑卒中、脊髓损伤、脊髓侧索硬化等疾病)提供全新的增强治疗与康复手段,但目前实际应用尚存在信息处理效率欠高、康复训练时间过长、控制模型通用性差等技术瓶颈。综述了上述技术难点并以运动想象(MI)BCI和BCI拼写器(Speller)为典型介绍了其可能的模型优化策略和解决方案,最后展望了未来BCI发展方向。

    • 功能性电刺激在步态功能恢复中的技术进展

      2017, 38(6):1319-1334.

      摘要 (3677) HTML (0) PDF 2.13 M (2930) 评论 (0) 收藏

      摘要:回顾了近几十年功能性电刺激在步态恢复中的技术进展。功能性电刺激干预的目的是对运动障碍(例如中风、脊髓损伤、多发性硬化症及其他)的人群进行功能性地步态恢复与康复治疗。近几年由于微纳米电子科技的快速发展,此项技术已被广泛应用到实际当中。综述涵盖了在学术界研究开发和目前市场上可用的神经假肢, 并对这些系统进行了深入地分析与讨论。尤其强调了传感技术和控制策略在系统中的应用,展望了该研究领域的发展前景, 并提出结合功能性电刺激与机械外骨骼作为一项新兴方法来解决目前基于功能性电刺激的神经假肢研究中的困难问题。

    • 基于单试验脑电图的n-back任务中的脑力负荷分类

      2017, 38(6):1335-1344.

      摘要 (3872) HTML (0) PDF 3.05 M (2922) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,脑力负荷估计已经经历了广泛的研究,因为监测认知负荷的能力能够防止认知超负荷并且改善工作场所安全。脑电图(EEG)信号已经被发现是一种客观和非侵入性的脑力负荷的测量方式。然而,作为实时脑力负荷监测和脑机接口研究的重要一步,基于单试验EEG数据的认知负荷的评估一直是一个重大的挑战。最近,许多高级的特征提取方法和机器学习算法已经被采用于基于EEG的脑力负荷评估中。在本研究中,使用在具有2个难度水平的nback任务的执行期间记录的EEG数据进行了单试验脑力负荷分类,测试了3种类型的特征提取的有效性(谱功率、离散小波变换和公共空间滤波),并评估了4种分类算法的性能(支持向量机、K近邻、随机森林和梯度推进分类器)。研究结果表明,公共空间滤波是性能最好的基于单试验的脑力负荷分类的特征提取方法,而且最佳性能可以通过将来自谱功率或离散小波变换的特征与来自公共空间滤波的特征相结合,并采用随机森林分类器来实现。这项研究可能对基于单试验脑电图数据的脑力负荷评估中的特征提取方法以及机器学习算法的选择提供一些有用的指导。

    • 基于功能近红外光谱的多生理脑力疲劳检测

      2017, 38(6):1345-1352.

      摘要 (3509) HTML (0) PDF 2.67 M (4686) 评论 (0) 收藏

      摘要:脑力疲劳会引起人机系统绩效下降甚至引起安全事故,因此实时检测疲劳状态具有重要意义。虽然关于脑力疲劳检测的研究较多,但仍未有统一生理标准。由于疲劳的复杂性,多生理检测法已经成为一种趋势,但是会增大设备复杂度。功能近红外光谱能够通过测量人大脑皮层的血氧活动而间接反映脑认知功能,近红外信号中的心动和呼吸信号属于生理活动的敏感信息,但是常被作为干扰去除,因此造成了信息丢失。为增强近红外的生理信息含量并建立多生理疲劳检测模型,从近红外信号中提取出心动和呼吸作为新的敏感特征,并结合均值斜率等常规特征构建基于支持向量机的脑力疲劳检测模型。研究采用60 min 2back任务诱导疲劳状态,利用近红外测量了15名被试包括前额(PFC)共计10个通道的脑皮层近红外信号。研究结果证实了提取出的心动和呼吸特征对疲劳敏感,且增大了疲劳识别的准确性(84%→90%)。因此,所建立的模型能够有效地检测脑力疲劳并且降低了多生理脑力疲劳检测设备的复杂度。

    • 基于体感电刺激诱发P300的脑机接口

      2017, 38(6):1353-1360.

      摘要 (2399) HTML (0) PDF 2.33 M (4949) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于视听刺激诱发P300信号是目前脑机接口普遍使用的范式,然而众多病患存在视听功能障碍,无法由视听刺激获得稳定准确的P300信号,传统的P300脑机接口存在诸多局限性,因此,设计了一种以空间体感电刺激作为新范式的P300脑机接口系统。实验采集了15名健康受试者注意不同手指电刺激时的脑电信号,仅对单一导联的数据进行分析处理,得到分类准确率和信息传输速率。结果显示,所有受试者可以成功诱发出P300特征信号,潜伏期在300ms附近;所有受试者的平均分类正确率达到77.96%±5.04%,高于随机水平(25%);信息传输速率最高可达15.97 bit/min。实验结果表明,采用基于空间位置的体感电刺激诱发P300的脑机接口系统,可以获得稳定的P300特征信号,是一种新的诱发模式;此外,仅采用一个导联的数据,即可达到较好的分类正确率和信息传输速率,方便用户使用。

    • 脑卒中后抑郁患者脑电信号长时程相关性分析

      2017, 38(6):1361-1367.

      摘要 (2917) HTML (0) PDF 1.76 M (3736) 评论 (0) 收藏

      摘要:为调查单侧半球损伤的脑卒中后抑郁患者脑电宽频振荡的长时程相关特性,利用去趋势波动分析这一可量化反映脑电信号长时程相关性的方法,研究了18例脑卒中后抑郁患者(8例左半球受损,10例右半球受损),22例脑卒中后无抑郁患者(12例左半球受损,10例右半球受损)宽频带(0.6~46 Hz)脑电信号在0.2~3 s时间尺度下的长时程相关特性。研究发现,虽然左半球受损抑郁患者较右半球受损患者抑郁情况更为严重,但是仅有右半球受损抑郁患者脑电信号长时程相关性在抑郁相关的脑区有显著性减弱,这暗示了不同半球受损脑卒中患者PSD发生的机制不同,PSD与脑卒中受损部位间存在着复杂的关系。

    • 基于DD-DWT和Log-Logistic参数回归的癫痫脑电自动识别方法

      2017, 38(6):1368-1377.

      摘要 (2136) HTML (0) PDF 7.09 M (3249) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有癫痫脑电(EEG)识别算法分类模式单一、普适性不强的问题,提出了一种新的基于双密度离散小波变换(DDDWT)和LogLogistic参数回归(LLPR)的脑电信号自动识别方法。不仅利用了DDDWT算法的分解特性,还建立了脑电信号的LLPR模型,并将二者有机的结合,从而更好的发挥算法的优势。滤波后脑电信号由DDDWT进行6层分解,提取各子频带系数的小波域能量波形,并结合LLPR模型计算尺度参数α和形状参数β以表征信号,将构成的特征向量送入遗传算法(GA)优化的支持向量机(SVM)得出识别结果,从而实现脑电信号的自动识别。所提方法在处理A\D\E与AB\CD\E两种多模式脑电分类问题时,识别率分别为98.90%和97.75%。实验结果表明,所提算法更符合实际应用需求,可以较好地解决多类脑电信号识别问题,具有良好的普适能力和分类性能。

    • 基于矢量加权线检测算子的虹膜环状线条检测

      2017, 38(6):1378-1389.

      摘要 (2326) HTML (0) PDF 8.93 M (3176) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于虹膜环状线条与背景相比信号强度比较弱,且背景图像纹理异常丰富,环状线条灰度不完全连续,在灰度图像上直接用边缘检测算子进行虹膜环状线条检测时,会丢失很多有效信息,误检率及漏检率较高,为了解决这个问题,在对虹膜环状线条特征进行分析的基础上,设计了一种适用于虹膜环状线条检测的矢量加权线检测算子。首先由于环状线条在虹膜上的位置比较固定,选取虹膜环状区域左右两部分区域作为感兴趣区域;其次,设计矢量加权线检测算子,依据优势信号出现在不同通道的随机性自适应的进行加权,由此将矢量图像转变为边缘信息最为突出的单通道图像,再根据环状线条的线特征分布特点设计线检测矩阵,对预处理后的感兴趣(ROI)区域进行检测;最后在二值化图像上根据环状线条的形状设计区域形状因子排除非环状线条,实现环状线条的检测。该方法在图库中人工标定的1 921条环状线条的检测正确检出率达到91.78%。实验结果表明,本方法与经典的边缘检测算子相比,更适用于虹膜环状线条的检测。

    • 人工耳蜗术后力学特性改变对残余听力影响分析

      2017, 38(6):1390-1397.

      摘要 (2439) HTML (0) PDF 4.44 M (3116) 评论 (0) 收藏

      摘要:人工耳蜗是一种植入式电子设备,是目前为重度、极度听力损失患者重建听力的最行之有效的临床治疗方法。人工耳蜗术后患者残余听力的水平取决于多种复杂因素,尚未被完全了解。本研究聚焦在人工耳蜗植入后对于耳蜗动力学特性产生的影响。通过建立的生物力学模型对比人工耳蜗植入前后基底膜响应,进而得到可能的听力损失情况。所采用的耳蜗模型为被动式,不存在对低声压级信号的放大过程,这是由于大部分人工耳蜗患者的听力阈值较高,耳蜗在高声压级信号激励时其响应具有线性、无主动增益特性。计算结果显示,由于人工耳蜗植入带来的淋巴液体积变化对基底膜振动速度影响不大,在低频范围内最多造成3 dB听力损失。还假设了两种极端情况,即部分或者全部植入的电极与基底膜相接触并阻止其产生响应。在全部电极与基底膜接触情况下,虽然接触部分的基底膜无法运动,但是镫骨位置的激励还是可以通过耳蜗内的不可压缩流体传递至基底膜剩余完好位置。在这些极端假设情况下,低频激励下的基底膜响应并未受到太大影响,仅是电极末端位置对应的听觉特征频率受影响较大。虽然研究不能解释造成人工耳蜗植入后残余听力损失的全部原因,但研究结果表明人工耳蜗植入带来的耳蜗动力学特性改变对残余听力的影响不大。

    • 基于薄膜比拟和克里金插值的软组织扭转模型

      2017, 38(6):1398-1404.

      摘要 (2139) HTML (0) PDF 2.62 M (3393) 评论 (0) 收藏

      摘要:建模速度快和高精度的软组织模型能提高虚拟手术仿真的真实感,提出一种基于薄膜比拟和克里金插值的虚拟软组织扭转模型。该模型采用薄膜比拟法求出棱线上任意关键样本点的变形量,利用克里金插值计算任意棱线内任意一点的变形量。在PHANTOM OMNI力触觉交互设备上,搭建实验仿真系统,实现了虚拟小肠的扭转变形仿真。实验结果表明,该模型运行速度快、计算精度高、形变逼真、力触觉反馈准确可靠。

    • 前列腺高精度穿刺机理及策略研究

      2017, 38(6):1405-1412.

      摘要 (2231) HTML (0) PDF 4.90 M (4236) 评论 (0) 收藏

      摘要:针介入前列腺中,前列腺会产生漂移、变形以及针尖会产生偏转等问题。为了改善机器人操控穿刺针的定位精度,研究了振动、旋转穿刺软组织机理,建立针前列腺相互作用力模型。利用制备的实验平台分别完成了振动穿刺和旋转穿刺效果评估实验;通过对上述实验结果的分析,提出了一种基于振动和旋转的高精度进针策略,并设计了相应的进针策略控制软件;最后,采用高精度进针策略完成了穿刺力评估实验,实验结果验证本文进针策略的有效性。

    • >信息处理技术
    • 基于LMTO算法磁记忆屈服信号的定量化分析

      2017, 38(6):1413-1420.

      摘要 (2113) HTML (0) PDF 3.78 M (3334) 评论 (0) 收藏

      摘要:磁记忆法对铁磁性金属构件的应力集中区域具有很好检测效果。但是,目前构件在弹性阶段和塑性阶段的磁记忆信号特征很难被区分,从而无法对构件的应力集中程度和使用寿命进行有效评估。基于固体电子理论建立了磁记忆效应的边界滑移模型,利用线性化MT轨道算法(LMTO)计算了固体在弹性、塑性阶段,系统的能量变化、不同轨道电子的自旋态密度的变化情况,进而定量分析了构件发生屈服后的磁记忆信号变化规律。研究结果表明,应力集中程度与系统边界滑移能量呈线性正比例关系,与电子自旋态密度峰峰值、磁记忆信号呈线性反比例关系;构件发生塑性形变后,体系能量和电子自旋发生不可逆的变化,磁记忆信号曲线出现转折点;构件每发生一次塑性变形,磁记忆信号初始值都会变小,曲线斜率变小。

    • 滚动轴承性能稳定性及可靠性分析

      2017, 38(6):1421-1431.

      摘要 (2421) HTML (0) PDF 2.68 M (4149) 评论 (0) 收藏

      摘要:以摩擦力矩电流信号时间序列表征滚动轴承服役期间性能运转状况,将时间序列分段处理并建立本征序列;基于灰关系,对轴承运转过程中每段摩擦力矩电信号进行排序,分别与本征序列相匹对进而获取灰置信水平;以灰置信水平的大小判定轴承运转的性能稳定性情况。然后将所分数据段自助再抽样,用最大熵法建立其概率密度函数,在所对应灰置信水平下获取估计区间;凭借计数过程,模拟出变异强度的原始信息;基于泊松过程建立可靠性函数,实时监测滚动轴承性能可靠性演变历程。仿真案例与试验研究表明:所提模型可真实监控轴承运转的性能稳定性及可靠性,有效解决具有不确定的强烈波动和趋势变化的时间序列问题。

    • 基于S变换谱核密度估计的齿轮故障诊断

      2017, 38(6):1432-1439.

      摘要 (2827) HTML (0) PDF 5.80 M (3828) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对齿轮在故障损伤状态下的振动信号,提出一种基于S变换谱二维核密度估计的冲击特征提取方法,以实现齿轮的故障诊断。该方法首先对包含冲击特征的振动信号进行S变换;然后将S变换谱乘以一个系数后圆整,得到一个整数矩阵;最后以S变换谱的时间和频率构成一个二维随机变量,以整数矩阵中的元素值作为二维随机变量各个采样样本的个数,对二维随机变量进行核密度估计,并最终得到一个二维核密度函数。该核密度函数相当于由S变换谱经过一次平滑去噪的过程获得,其中的噪声得到了有效的抑制,而冲击特征则得到了加强与突显。仿真振动信号和齿轮箱故障振动信号的分析结果表明,该方法能够有效地强化并提取出振动信号中周期性的冲击特征,从而实现齿轮箱相关故障的诊断。

    • 基于递推最小二乘法的地磁测量误差校正方法

      2017, 38(6):1440-1446.

      摘要 (3662) HTML (0) PDF 2.70 M (4226) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对弹体地磁测量容易受到各种误差影响而导致地磁姿态测量精度降低的问题,在分析自身误差和环境误差的基础上,对椭球模型的地磁测量误差进行建模,采用最大似然估计解算静态误差补偿参数,以解算结果为初值,通过递推最小二乘法推到补偿参数的实时更新算法,综合以上研究,形成用于地磁测量误差补偿的在线组合校正方法。仿真及实验结果表明,在接近盲区方向的最大姿态角误差小于5°,在线组合校正能够保证姿态检测系统在不同射向条件下的精度。

    • >精密测量技术与仪器
    • 航磁补偿系统延迟偏差补偿方法研究

      2017, 38(6):1447-1457.

      摘要 (2921) HTML (0) PDF 3.62 M (4312) 评论 (0) 收藏

      摘要:航空磁法勘探是一种重要的地球物理勘探方法,由于飞机磁干扰会对光泵磁力仪测量的数据产生严重的影响,因此有效的补偿飞机磁干扰具有重要的意义。提出了一种非线性航磁补偿方法,通过对信号时间序列的加权,实现对当前时刻输出信号的预测,通过LM(LevenbergMarquardt)算法求解修正同步误差后的非线性航磁补偿模型。仿真结果表明,该非线性航磁补偿方法可有效的解决传统航磁补偿方法无法补偿通道间延迟的问题,有效地降低各类信号延迟导致的补偿偏差,补偿后信号的标准差降低至10-4 nT/m量级,该剩余残差水平与光泵磁力仪的本底噪声处于同一量级,符合高精度航磁勘探的要求。通过野外模拟飞行实验对理论分析和仿真结果进行了验证。

    • 接收机位置误差对GNSS定时的影响分析

      2017, 38(6):1458-1465.

      摘要 (2107) HTML (0) PDF 3.58 M (3326) 评论 (0) 收藏

      摘要:不准确的接收机位置信息将会影响用户的定时结果。从理论推导和试验两方面研究了接收机位置误差对定时结果的影响。首先理论上通过对伪距观测方程求一阶微分推导得出定时接收机位置误差对定时的最大影响量;为排除卫星位置误差的影响,利用IGS提供的卫星精确位置,通过引入不同量级的接收机位置误差开展试验,对理论分析结果进行了验证;再通过接收机坐标置偏试验分析不同方向置偏不同量级的位置误差下GPS/GLONASS接收机的观测数据,分析了实际运行环境中的位置误差对接收机定时结果的影响。试验结果表明接收机的纬度、经度分量误差均会对定时结果的准确度和稳定度产生影响,纬度误差每增大1″,对GPS和GLONASS定时准确度的影响分别小于5、15 ns,对稳定度的影响分别小于10和15 ns;经度误差每增大1″,对GPS和GLONASS准确度的影响均小于1 ns,对稳定度的影响均小于10 ns;高程坐标分量误差每增加1 m,会出现约3 ns的定时偏差,对定时稳定度的影响则最大约0.3 ns/m。在实际应用中,用户可参考本文的结论根据所需定时精度的需求,考虑定时接收机输入坐标的精确度。

    • 基于静电力的可溯源微悬臂梁刚度标定方法

      2017, 38(6):1466-1473.

      摘要 (2119) HTML (0) PDF 2.77 M (3352) 评论 (0) 收藏

      摘要:许多研究机构都建立了微纳力值测量系统,并达到了非常高的测量精度。但是,对微纳力值的传递却很少研究。采用无源悬臂梁作为微纳力值传递标准,提出基于静电力原理的“类参考梁法”悬臂梁刚度测量方法。该方法可准确且便捷地测量悬臂梁刚度,并将其溯源至长度、电压、电容等国际单位(SI)。应用类参考梁法,对刚度范围在1.45 ~ 91 N/m的悬臂梁刚度进行测试,相对方差均小于0.6%,结果表明,类参考梁法具有很好的稳定性。许多因素将影响测量结果,对导致测量误差的因素进行逐一分析。类参考梁法悬臂梁刚度测量合成不确定度低于5%,表明该方法具有可行性。类参考梁法有效改善了悬臂梁刚度测试的不确定度,在AFM高精度微纳力值测量中具有重要的意义。

    • >检测技术
    • 基于材料磁特性的结构疲劳损伤磁测方法研究

      2017, 38(6):1474-1481.

      摘要 (1964) HTML (0) PDF 3.41 M (3402) 评论 (0) 收藏

      摘要:结构疲劳损伤测量和评估方法的研究是一个难点。由于疲劳损伤伴随材料磁特性的变化,且磁测法测量简单方便,所以利用材料磁特性测量和评估结构的疲劳损伤具有实际意义。以Q235钢为试件,通过构建疲劳损伤磁测试验平台,研究了循环应力下,基于磁滞回线的结构疲劳损伤磁测法。结果表明,疲劳损伤不同,磁滞回线也不同。提取磁滞回线的矫顽力Hc和剩磁Br作为特征量进行分析,结果显示,试件失效前的疲劳过程大致分为两个阶段:首先是Hc和Br的快速增大阶段,该阶段的Hc和Br对疲劳损伤的灵敏度较高;然后是Hc和Br的变化缓慢阶段,该阶段的Hc和Br对疲劳损伤的灵敏度较低。最后分析了Hc和Br与疲劳累积损伤D的变化关系,能够为结构疲劳损伤的定量评估及在线监测技术的研究提供基础。

    • 基于振动声调制的金属微裂纹定位方法研究

      2017, 38(6):1482-1489.

      摘要 (2585) HTML (0) PDF 3.18 M (3624) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统线性超声检测无法检测闭合微裂纹的问题,搭建了铝板的微裂纹振动声调制(VAM)检测系统,提取检测信号中的一阶旁瓣非线性信号和只滤除基波的全部非线性信号并对其时域反转,在ABAQUS有限元软件下,将其加载在铝板的无损模型上实现时间反转聚焦,获取铝板模型能量分布云图和各质点的位移信息,以此对微裂纹进行定位。结果表明,在时反信号的聚焦时刻原裂纹位置处有较强能量聚焦,只滤除基波的全部非线性信号聚焦效果优于一阶旁瓣非线性信号,振动声调制技术与时间反转方法结合能够实现对微裂纹的检测和定位。

    • 基于微分磁导率的铁磁性材料无损检测新方法

      2017, 38(6):1490-1497.

      摘要 (3223) HTML (0) PDF 3.78 M (3683) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用微分磁导率变化特性,提出了一种可对材料的宏观缺陷进行快速扫查的无损检测新方法。首先,将铁磁性材料置于偏置磁化场环境下,缺陷将导致内部磁通的畸变;其次,磁通畸变进一步体现在材料表面微分磁导率分布的差异性;再次,通过特殊设计的微分磁导率检测探头,对材料表面微分磁导率的分布进行扫查;最后,由磁导率分布差异获得材料内部的不连续性信息,从而实现对缺陷的无损检测。开展了系列验证实验,结果表明,相对于传统的漏磁检测方法,新方法具有磁化强度低、磁通泄漏少、检测信号稳定的特点。新方法正、反面缺陷探测信号存在差异,在缺陷深度识别方面亦存在优势。

    • 铁磁性构件缺陷的脉冲涡流检测模式研究

      2017, 38(6):1498-1505.

      摘要 (2670) HTML (0) PDF 5.18 M (5286) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对铁磁性材料的脉冲涡流检测信号比较复杂的问题,建立脉冲涡流矩形传感器检测模型,提出了矩形探头中同时存在脉冲涡流与脉冲漏磁检测区域,并进行脉冲电磁检测的仿真分析,研究了缺陷和矩形探头轴线所呈角度的最佳检测位置。仿真和实验结果表明了矩形探头的脉冲涡流有效检测区域为探头正下方的边框区域,而脉冲漏磁有效检测区域为矩形线圈中心的正下方区域。脉冲涡流最佳检测点为矩形探头轴线与缺陷呈10°附近位置,而脉冲漏磁最佳检测点为矩形探头轴线与缺陷呈70°位置。

    • 基于CPW的油水两相流持水率检测方法研究

      2017, 38(6):1506-1515.

      摘要 (2234) HTML (0) PDF 5.98 M (4066) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高原油的开采效率,各油田越来越多地采用注水采油的措施和水平井开采的方法。这对井下油水两相持水率的在线检测提出了更高的要求,其一要求传感器在高持水条件下具有与低持水段一样高的检测精度,其二要求单支传感器体积结构小,便于在油井截面上布置多支传感器形成检测阵列,提供水平井或大斜度井油水截面上持水率分布的差异信息,提高测量的空间分辨率。为此,提出基于共面微带传输线的油水两相流持水率检测方法。通过保角变换法分析了共面微带传输线传感器的结构参数和材料参数与电磁波传播特性之间的关系,采用片状双面S形布线结构,在小型化传感器的同时提高了检测的动态范围。数值模拟和实验结果表明,信号在传输线上的相移与持水率间具有近似线性的关系,传感器在持水率0%~100%全程范围内具有小于3%的分辨率,该方法弥补了电容法和电导法仅适合于低持水率和高持水率的弊端。

    • 基于金属磁记忆信号垂向特征分析的损伤状态识别

      2017, 38(6):1516-1522.

      摘要 (2494) HTML (0) PDF 3.48 M (3262) 评论 (0) 收藏

      摘要:金属磁记忆是一种可对铁磁材料早期微观损伤进行有效诊断的无损检测技术。为消除磁记忆信号不确定影响因素,提高损伤状态识别的准确率,引入了磁梯度张量和磁场垂向特征分析方法。首先,利用磁梯度张量测量方法获取磁场完整的变化信息,为克服检测方向选取对检测信号的影响,利用磁场不变特征量总梯度模量来判断损伤及损伤区的边界位置;然后,通过测量不同高度下总梯度模量的平面分布,得到总梯度模量的垂向分布特征;最后,分析了不同损伤的边界处总梯度模量的垂向分布特征差异。理论分析和实验结果表明,在提离高度逐渐增大过程中,裂纹边界处的磁梯度张量振幅的衰减速度和幅度远大于应力集中作用的结果,根据磁记忆信号的垂向特征,可有效地识别损伤状态。

    • >视觉检测与图像测量
    • 用于触摸屏图像感知的指端力触觉再现系统

      2017, 38(6):1523-1530.

      摘要 (2501) HTML (0) PDF 2.78 M (3559) 评论 (0) 收藏

      摘要:当用户与触摸屏交互时,有效和实时的力触觉交互技术对于增强现实感和沉浸感是非常重要的。设计了一种面向触摸屏图像信息感知的手指外骨架可穿戴式力触觉交互装置,利用平面四连杆机构作为外骨架传动机构,结合直流电机作为执行机构可为用户手部提供连续可控的力觉反馈,通过振动电机和压电陶瓷致动器提供两种类型的振动触觉反馈。该装置体积小、重量轻,功耗小,使用蓝牙通信,可扩展性强,方便使用及携带。为了表达图像中虚拟物体的空间力触觉信息,引入了实时的力触觉建模算法。当用户穿戴该装置在图像上滑动时,图像的一些特征信息将通过蓝牙与装置通信,包括每个像素点的形状高度和图像的边缘轮廓信息,能够使用户获得丰富的力触觉感受。最后,进行力触觉交互实验来评估该装置在表达触摸屏中图像的高度、轮廓和纹理等方面的性能。

    • 基于相位恢复原理的SAR振动目标成像方法

      2017, 38(6):1531-1539.

      摘要 (1824) HTML (0) PDF 4.32 M (4143) 评论 (0) 收藏

      摘要:在SAR成像系统中,振动目标成像具有成对回波的多普勒特征,不利于振动目标的检测和识别。提出一种基于相位恢复原理的振动目标聚焦成像方法。首先基于条带式SAR成像模式建立了振动目标空间几何模型,理论推导了将相位恢复原理应用到SAR振动目标成像的可能性;然后以振动目标回波数据和支撑域信息作为过采样平滑算法(OSS)的先验信息,通过改变平滑滤波器的参数,调整滤波器的带宽,以减少支撑域外部信息对振动目标的干扰,同时通过减少支撑域,提高迭代算法的收敛性,消除振动目标成对回波,最终得到聚焦的高分辨率振动目标图像。仿真和实验结果证明所提方法的有效性。

    • 声场可视化系统中声像阵列空间关系标定研究

      2017, 38(6):1540-1546.

      摘要 (1826) HTML (0) PDF 2.88 M (3287) 评论 (0) 收藏

      摘要:在声场可视化系统中,摄像机与传声器阵列的空间位置及角度的关系不准确将导致声源定位出现误差。而目前对于声场可视化系统中的声像阵列空间关系的研究较少,缺少对声像阵列空间关系的简单有效的标定方法。因此,提出了一种可计算任意位置与姿态的摄像机与传声器阵列之间空间关系的标定方法,可有效消除由传声器阵列与相机的空间关系不匹配导致的声源定位误差。通过对已知声源在多个空间位置的声源定位误差进行最小化处理,利用分步迭代计算的方法,分别计算出摄像机与传声器阵列的空间位置与角度,最终得到声像阵列之间真实的空间位置与角度关系。仿真与实际实验均表明本方法可对任意位置与姿态的摄像机与传声器阵列的空间关系进行准确标定,能有效提高声场可视化系统的声源定位精度。提出的声像阵列空间关系标定方法可应用于各种声场可视化系统中,对提高声场可视化系统的声源定位准确度有着积极的意义。

    • >交叉与前沿
    • 用于流式细胞仪的超声聚焦系统的仿真与设计

      2017, 38(6):1547-1553.

      摘要 (2633) HTML (0) PDF 3.17 M (3650) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍了一种利用超声驻波对颗粒进行二维聚焦的方案,其可用于流式细胞仪中微量(少于82 μL)细胞样品的上样,无需鞘液即可实现颗粒在管道中央的逐个排列,并能以高至0.5 mL/min的速度依次通过检测区。该方案避免了颗粒在管道中的随机分布现象,提高了流式细胞检测的准确性,分析后的样品还能被无稀释地回收再利用。从驻波形成、声阻抗匹配、颗粒在声场中的受力分析等理论出发,着重仿真分析了驻波场中颗粒在不同参数下的运动路径。在理论模型的基础上搭建了1.462 MHz频率驱动的方形毛细管实验平台,利用10和20 μm直径的聚苯乙烯微球验证了超声聚焦颗粒的可行性,实验表明低流速、高声场强度时聚焦更紧密,大颗粒比小颗粒更易聚焦。该结论与仿真结果一致。

    • 快速检测病原菌含量的简易微流控系统

      2017, 38(6):1554-1560.

      摘要 (1986) HTML (0) PDF 1.75 M (2939) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有水产养殖病原菌检测时效性差、自动化程度低的缺点,提出了一种快速检测水产养殖病原菌含量的简易微流控系统研究方法。该系统将微电极构造于微流控芯片通道底部并与数字阻抗测量电路连接,通过在磁珠表面包被水产病原菌抗体,利用外部高斯磁场控制诱导磁珠捕获水产病原菌,并将水产病原菌与磁珠结合体带至微电极阵列,通过在电极端构建基于阻抗测量的计数电路,从而有效检测水产病原菌含量。研究结果表明该系统能够有效测量水产病原菌的含量,检测时间由传统的平板计数法48 h减少至30 min,检测效率提高为原来的60多倍,检出限相比现有的微流控阻抗法缩小100倍。

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