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电子测量与仪器学报
电子测量与仪器学报

崔建平

月刊

1000-7105

jemi@vip.163.com

010-64044400

100009

北京市东城区北河沿大街79号

电子测量与仪器学报/Journal Journal of Electronic Measurement and InstrumentCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊旨在开展学术交流活动，沟通同行业科技人员之间的信息，以促进国内、外电子测量仪器的发展和科学技术的进步。
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    构建改进RT-DETR算法检测隐形眼镜环状波纹缺陷

    刘亚蒙赵友全孙振涛陈宸...
    1-9页
    查看更多>>摘要：环状波纹是隐形眼镜制造过程中水凝胶材料分布不均匀造成的、在镜体边沿向内环形收缩的表面缺陷,因在投影检测中难以发现而造成产品质量不良,环状波纹缺陷检测是隐形眼镜产品制造的技术难题之一.本文根据该缺陷特征,搭建了圆环光源照明成像系统,采集了环状波纹缺陷图像模型数据库,引入了一种基于改进RT-DETR的隐形眼镜环状波纹缺陷轻量级检测算法.首先,将RT-DETR原始ResNet18主干提取网络中的BasicBlock替换为轻量级FasterNetBlock.然后,在RT-DETR的Neck部分加入SimAM三通道注意力机制,提高模型的准确度.最后,将GIoU替换为MPDIoU损失函数加快收敛速度,提高检测精度.实验结果表明,相比于原始的RT-DETR算法,改进后的RT-DETR算法在隐形眼镜环状波纹数据库上的mAP@0.5达到了94％,提高了3.1％,Params和FLOPs相比于原始的算法分别降低了15.6％和13％.该算法极大地减小了计算量,有效提高了隐形眼镜环状波纹缺陷的均值平均精度,有望突破隐形眼镜环状波纹缺陷在线检测的技术难题.

    隐形眼镜环状波纹表面缺陷检测RT-DETR

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    弱数据下多源传感融合的某试车台气路健康评估方法

    唐智柏林白豪吴过...
    10-18页
    查看更多>>摘要：航天发动机试车台作为检验发动机可靠性的关键装备,其健康状态评估对确保发动机安全运行具有重要意义.试车台气路系统具有故障模式复杂多变,多点位、多模态传感信息关联性强等特点,且存在数据积累有限、采集的健康状态样本分布不均、人工监测运行状态造成人力资源浪费以及高误警率等问题.为此,提出了基于自适应重构相空间-支持高阶张量机的健康评估模型.该方法首先通过设计E1(m)的稳定性判定准则,实现对气路系统相空间的自适应重构;其次采用张量对气路系统的多点位、多模态数据进行表征;然后基于支持高阶张量机挖掘张量样本中的多源传感关联信息与健康模式,实现对试车台气路系统的健康状态评估;最后利用中航某所发动机试车台实际试车数据,与支持向量机、决策树与朴素贝叶斯算法对比,结果表明提出方法在弱数据环境下具有良好评估能力,整体评估精度为89.7％,在极端弱数据环境,精度下降保持在8％以内.

    发动机试车台健康评估支持高阶张量机相空间重构信息融合

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    基于FPGA的Φ-OTDR系统数字正交解调方法

    李沛峰刘丽王宇刘昕...
    19-28页
    查看更多>>摘要：相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)通常利用相干探测的方式实现长距离、分布式、高灵敏度的振动检测.为了准确获取振动信号的位置与相位信息,正交解调算法是当下广泛使用的重要技术,但该算法存在耗时过长的局限.针对此问题,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的瑞利散射信号快速解调方案,采用流水线结构实现传感数据采集以及数据解调的同步,通过数字正交混频技术获取两路正交信号,利用有限冲激响应低通滤波去除高频分量,利用坐标旋转数字算法(CORDIC)向量模式实现振动相位硬件解调,可以较好地提升相干探测Φ-OTDR系统整体的实时性.实验结果表明,在探测距离40 km的条件下,传感系统可成功实现振动信号的定位与相位还原.而探测距离不变,数据采集条数提升至4000条时,FPGA解调仅耗时1.60 s,与传统的上位机CPU解调方案相比缩短了145.61 s,从而为Φ-OTDR振动传感数据的实时解调提供了参考.

    光纤传感相位敏感光时域反射仪现场可编程门阵列坐标旋转数字算法

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    基于SPWVD与知识蒸馏的行星变速器故障诊断研究

    马超郑鑫辉王少红徐小力...
    29-37页
    查看更多>>摘要：行星变速器运行工况多是非平稳运行工况,运行过程中齿轮啮合振动信号相互耦合导致测试信号混叠,其隐藏故障诊断难度增大;同时应用复杂的神经网络模型进行故障诊断预测时多数会收到工业现场边缘计算设备硬件的限制.针对相关问题,在保证行星变速器故障诊断准确率的情况下减少网络模型的参数量,提出了一种应用平滑伪维格纳-威利分布(smooth and pseudo Wigner-Vile distribution,SPWVD)与知识蒸馏结合的智能识别模型用于行星变速器故障诊断.首先,利用集合经验模态分解(EEMD)方法将多分量振动信号分解后选取单分量信号进行SPWVD计算后线性叠加得到二维时频图作为输入,以ResNet101为教师模型指导学生模型MobileNet进行训练,复杂教师模型将数据中的知识传授给学生模型,提高了学生模型的精度.将该方法与同类方法进行了对比,结果表明,模型以牺牲2.43％准确率为代价,存储成本下降为教师模型的24.55％,相较未知识蒸馏的MobileNet的准确率提高了9.61％,实现模型轻量化.本研究方法对提高深度学习模型在工程实际应用,降低边缘计算设备部署成本提供了一种有效且可行的解决方法.

    故障诊断SPWVD知识蒸馏MobileNet行星变速器

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    嵌入式水润滑轴承水膜压力无线传感监测方法

    王楠魏玉洁张楠王丹丹...
    38-46页
    查看更多>>摘要：现有测试水润滑轴承特性重要表征参数水膜压力的诸多方法中,由于传感器距离真实测点较远或对轴系创伤较大等原因,导致准确的水膜压力实证数据难以获取,制约了轴承进一步研究与发展.针对上述难题,提出将薄膜传感器嵌入到轴承轴瓦中,而压力数据通过无线传感传输的全新监测方法.首先,建立轴瓦开槽轴承的物理模型,通过对沟槽附近轴瓦变形的有限元分析确定开槽位置、结构与数量;建立轴承流体域和固体域物理模型,对水膜压力分布进行仿真分析;然后,提出薄膜传感器标定方法对其准确标定;最后,进行多工况轴承水膜压力测试试验并与仿真结果和现有方法进行对比分析.研究结果表明,通过在轴承轴瓦开槽嵌入薄膜传感器并进行数据无线传输的方法可行,水膜压力实测数据与仿真结果偏差低于10％,比现有方法实测数据更精确.水膜压力沿轴向递减,轴承内部存在部分润滑膜,处于混合润滑状态.

    水润滑轴承水膜压力嵌入式无线传感监测

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    随机森林算法在超声缺陷识别中的应用研究

    魏新园周京欢钱牧云李丹...
    47-55页
    查看更多>>摘要：超声波检测是一种常见的钢材缺陷检测方法,通过机器学习算法建立分类模型能够实现有效的缺陷识别.神经网络是目前最常采用的一种算法,但存在模型结构复杂且需要大量训练数据的问题.对此,提出一种基于随机森林的超声缺陷识别方法,能够实现对缺陷类型的智能、准确识别,以解决模型结构复杂和训练数据需求大的问题.首先对方体试件中的不同形状、尺寸和深度的缺陷进行超声检测实验,基于实验数据利用随机森林算法建立超声缺陷识别模型;进而对模型的缺陷识别效果进行分析,并与支持向量机、K-近邻分类算法、AdaBoosting算法和卷积神经网络比对分析缺陷识别效果;然后利用验证试件进行缺陷识别验证实验,以进一步验证所建立缺陷识别模型的有效性.结果表明,所提缺陷识别方法相比其他算法具有最高的准确率,验证实验中缺陷分类准确率达到94.6％.

    随机森林超声探伤缺陷识别不同形状和尺寸分类准确率

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    基于最优四基阵的被动式声源定位估计

    单泽彪郭靖豪刘小松孙煜旗...
    56-63页
    查看更多>>摘要：针对现有被动式声源定位算法测量精度低、适用范围小等问题,提出了一种基于最优四基阵的被动式声源定位估计方法.该方法通过构建最优四基阵阵列结构以实现多阵元点共用,旨在使用较少的阵元总量实现对目标声源的融合定位估计,从而提高定位精度.并就该阵列模型确定空间目标定位方程组,将求解位置坐标问题转换为求解阵元点之间时延差值问题.进而采用二次分数低阶协方差算法求解脉冲噪声环境下的相应阵元间时延差值,即求得阵元信号的自分数低阶协方差和两阵元间信号的互分数低阶协方差之后,再次计算二者的互分数低阶协方差,以期更大程度上抑制脉冲噪声的影响,提高时延差值估计精度;最终将求得的时延估计信息带回定位方程组已实现对空间声源的定位估计.通过数值仿真和实测实验验证了所提方法的可行性及阵列结构的优越性.在实测实验中对声源定位估计误差仅为0.0851 m,表明所提方法能较高精度的实现脉冲噪声环境下的声源定位,拓展了被动式声源定位算法的应用场景,具有一定的实际应用价值.

    被动式声源定位脉冲噪声最优四基阵到达时差估计

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    PMSM无模型超螺旋快速积分终端滑模控制

    赵凯辉谯梦洁吕玉映游鑫...
    64-74页
    查看更多>>摘要：针对永磁同步电机运行过程中因模型不确定、参数摄动和外部扰动等因素的影响,从而导致驱动系统性能下降的问题,提出一种新型控制策略.首先,为减少对系统数学模型的依赖,构建了一个新的超局部模型,用于描述永磁同步电机的转速环.其次,基于转速环的新型超局部模型,结合一种新型积分终端滑模面和改进超螺旋控制律来设计新型无模型超螺旋快速积分终端滑模控制器,实现了对转速的精确控制.再次,采用非奇异快速终端滑模面和双幂次趋近律设计改进扩展非奇异终端滑模扰动观测器,通过精确观测和前馈补偿未知扰动,有效地抑制参数摄动和外部扰动,增强了系统鲁棒性,提高系统的动态性能和稳态性能.最后,通过与传统控制方法的仿真和实验对比,证实所提算法转速抗超调能力提升为0.4125％,转矩快速响应能力提升0.013 s.结果表明当存在未知扰动时,所提方法具有较强的鲁棒性和良好的抗干扰性.

    永磁同步电机无模型超螺旋快速积分终端滑模控制器扩展非奇异终端滑模扰动观测器

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    基于纹理先验的扩张残差注意力相似性去噪网络

    周先春史振婷王子威李婷...
    75-89页
    查看更多>>摘要：目前,大多数基于卷积神经网络的图像去噪模型不能充分利用图像数据的冗余性,这限制了模型的表达能力.而且,为了有效去噪,往往将边缘信息用作先验知识,而纹理信息通常被忽略.针对这些问题,提出一种新的图像去噪网络,该网络首先使用注意力相似性模块提取图像的全局相似性特征,通过平均池化来平滑和抑制注意力相似性模块中的噪声,以进一步提高网络性能;其次使用扩张残差模块来提取图像的局部和全局特征;最后使用全局残差学习增强网络从浅层到深层的去噪效果.此外,还设计一种纹理提取网络从噪声图像中提取局部二值模式以获取纹理信息,利用纹理信息作为先验知识,可在去噪过程中保留演化图像中的细节.实验结果表明,与一些先进的去噪网络相比,新提出的去噪网络在图像视觉上有很大改善、效率更高且峰值信噪比提高了2 dB左右,结构相似性提高了3％左右,更有利于实际应用.

    图像去噪卷积神经网络纹理信息注意力相似性模块扩张残差模块

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    基于优化矩阵扰动分析的模拟电路故障诊断

    谈恩民沈彦飞
    90-97页
    查看更多>>摘要：在现有的模拟电路故障诊断算法中,人工智能故障诊断算法训练数据量大、训练时间长,且难以实现参数辨识.传统电路分析方法所需测试点多,计算复杂.基于此,提出了一种基于优化矩阵扰动分析的模拟电路故障诊断算法.首先,采用拉普拉斯(Laplace)算子卷积被测电路的输出响应矩阵,从而增强矩阵元素与电路元件参数之间的扰动规律.其次,选取矩阵的迹和谱半径作为故障特征,并利用这种扰动规律建立矩阵模型.然后,利用改进的诊断算法,在Sallen_Key带通滤波器电路和跳蛙低通滤波器电路上进行实例验证.结果表明,所提方法在仅使用一个测点的情况下,可实现故障元件的参数辨识.其故障诊断率达100％,参数辨识误差控制在1％内,且计算时间控制在毫秒级别.因此该方法容易实现在线测试,且适用于要求高定位准确率、高精度参数辨识的场合.

    矩阵扰动模拟电路故障诊断参数辨识

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