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仪器仪表学报
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月刊

0254-3087

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100009

北京市东城区北河沿大街79号

仪器仪表学报/Journal Chinese Journal of Scientific InstrumentCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是中国仪器仪表学会主办，代表中国仪器仪表及自动化最高学术水平的唯一国内外公开发行的学术性刊物。学术性强、内容创新、注重应用，优先刊登具有创新成就和观点的中英文论文、综述性文章、论坛及信息。设有学术论文、研究通讯和短文、综述、信息等栏目。
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    显微仪器产品美度指标构建及评价方法研究

    王勇谭久彬
    1-9页
    查看更多>>摘要：显微仪器外观美感能体现其产品的高端品质，同时提升操作者使用体验的愉悦性。建立显微仪器产品美度指标及评价方法能够量化显微仪器的外观美感，便于客观的形式美与人主观的感受美达成一致，从而有效指导显微仪器产品的美学设计。首先针对显微仪器产品的特点，基于形式美法则，依据Ngo和Birkhoff美度计算模型构建了显微仪器产品美度评价的 7 个量化指标，即平衡度、对称度、比例度、节奏度、整体度、秩序度、色彩美度;然后分析了 7 个美度指标间的相关性，建立了计算产品美度模糊评价矩阵R;最后以四款激光扫描共聚焦生物显微镜为样本，采用美度评价指标与模糊综合评价方法对其外观美感进行了主客观综合评价，结果显示哈工大设计的样本 4 的模糊综合评价向量B4=[0，0。353 4，1。042 5，0。888 3，1。256 2]，表明其美度等级较高，具有更好的整体感与秩序性。

    显微仪器美度指标评价方法模糊综合评价

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    基于多通道特征融合学习的印制电路板小目标缺陷检测

    张莹邓华宣王耀南吴成中...
    10-19页
    查看更多>>摘要：提出了一种多通道特征融合学习的印制电路板小目标缺陷检测网络YOLOPCB，首先删除YOLOv7 主干网络中最后一组MPConv层与E-ELAN层，去掉融合层的ECU模块与20×20 的预测头，使用跨通道信息连接模块串联精简后的主干和融合网络;其次设计了浅层特征融合模块与新的anchors匹配策略，增加了两个低层次、高分辨率检测头;最后将YOLOv7 主干网络中的 3 个E-ELAN作为输入，将融合层中最底部的E-ELAN和两个拼接模块作为输出，使用自适应加权跳层连接以增加同维度内信息量。在 PCB Defect 公开数据集上平均精度达到 94。9%，检测速度达到 45。6 fps;最后在企业现场制作的Self-PCB数据集中，YOLOPCB达到了最高精度 76。7%，比YOLOv7 检测精度提升了 6。8%，能有效提高印制电路板小目标缺陷检测能力。

    印制电路板小目标检测图像特征提取多特征融合自适应加权融合算法

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    基于知识蒸馏自适应DenseNet的无人机对地目标可见光与红外图像融合

    童小钟赵宗庆苏绍璟左震...
    20-32页
    查看更多>>摘要：可见光与红外图像融合旨在利用两种不同传感器之间有效的信息，通过互补的图像特征实现图像增强。然而，当前基于深度学习的融合方法倾向于优先考虑评价指标。模型的复杂性较高，权重参数较大，推理性能低，泛化性较差，不易部署到无人机载边缘计算端。为了应对这些挑战，本文提出了一种新颖的可见光与红外图像融合方法，即知识蒸馏的自适应DenseNet来学习预先存在的融合模型，通过使用超参数(例如宽度和深度)来实现融合效果和模型轻量化。本文提出的方法在典型地面目标数据集进行了评估，实验结果表明，该模型参数仅为 77 KB，推理时间为 0。95 ms，具有超轻量的网络结构，良好的图像融合效果和复杂场景下较强的泛化能力。

    可见光与红外图像图像融合知识蒸馏自适应无人机

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    基于视觉的夜间细颗粒物浓度估计

    翔云张凯华陈作辉宣琦...
    33-42页
    查看更多>>摘要：基于视觉的细颗粒物浓度(PM2。5)估计技术依据成像时悬浮细颗粒物对光线散射和吸收的整体影响来评估其浓度。这类技术具备良好的普适性，可实时检测广阔区域。已有研究依赖大气光均匀且充足的日间场景，无法适用于缺乏大气光且光照不均匀的夜间场景。本文提出首个基于视觉的夜间PM2。5 浓度估计方法，通过图像处理捕获人造光源在不同散射方向的光强分布，并以此特征拟合浓度值。该方法创新地将人造光源及周边光晕区域视为夜晚雾霾信息的主要来源。由于夜间自然光照强度相对人造光源较低，其主导的区域往往趋于漆黑，导致日间雾霾信息的主要来源(自然光照下像素颜色随着景深增加而逐渐接近"大气光/天空"颜色)在夜间的作用相比光源处要小很多。该方法明显优于日间PM2。5 估计方法，平均误差(MAE)为6。187 μg/m3，决定系数(R2)为0。857，对比最新的端到端的神经网络方法在MAE和R2 上分别有20。69%、13。36%的相对提升。

    空气质量估计计算机视觉细颗粒物光晕夜间图像

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    微型化三轴FBG振动传感器的角振动测量研究

    黎琪慧陈亚新辛璟焘董明利...
    43-50页
    查看更多>>摘要：针对微型三轴振动传感器研制，可用空间小且结构复杂和结构零件组合装配困难等问题，提出采用 3 个一体化模块交错组合的传感器设计方法，提高了空间利用率和装配精度。通过理论分析和有限元仿真，完成 15 mm×15 mm×15 mm微型化传感器的优化设计，搭建显微镜成像封装系统和振动测试系统完成传感器的封装和性能测试。实验表明，该传感器X、Y、Z轴的谐振频率分别为 990、975 和 960 Hz，且在0～700 Hz频率范围内平坦度好，灵敏度分别为19。10、19。28 和20。01 pm/g，具有轻量化和三轴测试性能一致性高的优点。搭建微角振动测试系统，验证传感器的性能，其角位移测量分辨率优于 0。21 μrad，线性度为 0。998。

    光纤布拉格光栅振动传感器三轴微型化振动测量

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    顾及非视距与系统误差的UWB质量控制及其与GNSS/INS的组合定位

    吴鹏博潘树国高旺刘宏...
    51-60页
    查看更多>>摘要：为提高GNSS拒止环境下定位系统的定位精度与稳定性，本文提出了顾及非视距与系统误差的UWB质量控制方法，并实现了其与GNSS/INS的组合定位。首先，综合考虑系统的稳定性与定位精度，以GNSS/INS松组合+UWB/INS紧组合的方式构建集中式卡尔曼滤波;在此基础上，针对UWB中存在的NLOS误差，设计了基于滑动窗口与滤波新息向量的两步NLOS误差识别方法;最后，采用基于滤波估计的方法实时补偿UWB中的系统误差。实验结果表明，本文提出的UWB质量控制方法能够有效减小NLOS与系统误差的影响，GNSS/UWB/INS组合算法水平定位误差在 5cm以内。在UWB布局合理的情况下，该方法无需依赖过多基站也可实现较高的定位精度。

    GNSS/UWB/INS组合导航扩展卡尔曼滤波质量控制NLOS误差

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    GIS缺陷检测用低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器

    史天一张昭宇张轩瑞韩旭涛...
    61-71页
    查看更多>>摘要：针对气体绝缘组合电器(GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知，本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证，使用蓝牙低功耗(BLE)实现传感器与客户端通信。首次将伪随机M序列应用于压电传感器的阻抗响应自校准，单次校准仅需数毫秒和数毫瓦。测试结果表明，传感器 100 Hz～2 kHz内平均振动灵敏度为 511 mV/g，20～100 kHz内超声灵敏度稳定在 70～90 dB之间，相对不确定度小于 2%;工作距离小于 8 m时，数据传输速率在 1 Mbps以上。在设置金属颗粒缺陷的实际GIS设备上开展机械振动-局部放电联合试验，结果表明传感器可实现设备机械振动和超声波信号的同时同地测量，为电力设备运行状态的分布式检测提供了新型有效的方法和手段。

    GIS缺陷检测低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器

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    基于FBG的机器手指尖触觉感知研究

    孙世政何江秦鸿宇徐向阳...
    72-81页
    查看更多>>摘要：为了提高机器手指尖触觉感知灵敏度和精度，基于机器手指尖触觉感知机理分析，设计了特征分离式双层"十字"型FBG触觉感知单元，并进行了有限元仿真分析，针对感知单元开展了标定实验和抓握感知实验。基于接触温度和抓握力复合感知进行了耦合分析，提出了基于鲸鱼优化算法优化BP神经网络(WOA-BPNN)的解耦方法。实验结果表明:FBG感知单元的接触温度灵敏度为 11。255 pm/℃，抓握力灵敏度为 17。342 nm/MPa;WOA-BP 解耦模型的接触温度平均绝对误差减小了72。53%，抓握力平均绝对误差减小了 68。55%。

    FBG机器手指尖触觉WOA-BP解耦模型

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    磁性液体非浸没式二阶浮力特性研究

    秦小然王四棋陈龙李德才...
    82-89页
    查看更多>>摘要：磁性液体为一种兼具磁性与流动性的智能材料，基于自身特有的二阶浮力特性能有效悬浮永磁质量块，改善永磁质量块与接触面间的摩擦形式，这一功能有效促进其在电磁传感、电磁能量采集及阻尼减振等方面的广泛应用。主要针对永磁铁在非浸没于磁性液体中所受的二阶浮力进行理论分析，利用有限元仿真分析其磁场及磁压差，通过实验定量探究了永磁铁悬浮高度分别与磁性液体注入量和悬浮力的关系并进行了磁性液体的应用对比试验。实验结果表明，磁性液体注入量与悬浮高度在磁性液体注入量 0。3～3。4 g存在较好的线性关系，并且实验与理论结果具有良好的一致性。

    磁性液体二阶浮力磁场悬浮高度

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    表面波相控变频电磁声传感器的研制

    何存富王永慷高杰张义政...
    90-98页
    查看更多>>摘要：电磁声传感器(EMAT)因其具有非接触、可设计性强等优势，在无损检测领域得到了广泛的应用。目前，大多数EMAT只能在固定频率下激发超声波，限制了传感器的应用范围，为此，提出了一种新型相控变频电磁超声传感器(PC-FC-EMAT)，通过调控传感器激励信号的相控时延，可达到变频激励的目的。首先，提出了PC-FC-EMAT的设计方案，建立了PC-FC-EMAT的频域响应模型，揭示了洛伦兹力空间响应下相控时延对频域响应的作用机理;其次，建立了PC-FC-EMAT多物理场耦合仿真模型，研究了相控时延对PC-FC-EMAT时域及频域响应的作用规律，仿真验证了相控时延对PC-FC-EMAT频率响应的调控作用;最后，研制了PC-FC-EMAT，并开展实验研究。实验结果表明，所研制的的PC-FC-EMAT可实现 4～12 mm的波长调控，频带范围覆盖 252～687 kHz，满足设计要求。

    电磁声传感器相控变频表面波时间延迟

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