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仪器仪表学报
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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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    基于MEMS的量热式传感器气体流量测量的模型研究

    孙宏军徐浩文丁红兵刘雨航...
    111-119页
    查看更多>>摘要：气体流量测量广泛应用于呼吸监测、管道运输等领域.本研究细致分析了 MEMS 量热式传感器温度一维分布模型中的热边界层参数,进行了相应的经验修正.并且在温度一维分布模型的基础上,针对具有两对上下游测温电阻芯片结构的MEMS 量热式传感器,提出了一种新的传感器输出电压关于气体流量的半修正理论模型.该理论模型能够适用于不同类型的单介质气体.同时,开展了 N2、CO2流量测量实验,与理论模型进行对比,证明所提出的理论模型可以正确预测不同气体介质的流量,其中针对CO2 测量介质的均方根误差为 0.15%.此外,结合理论分析,提出了一种高精度,拟合形式简单、针对确定气体适用性更好的测量模型,其中针对CO2 测量介质的均方根误差为 0.05%.

    MEMS量热式流量传感器温度1D分布模型热边界层气体流量测量

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    基于变分贝叶斯的鲁棒自适应因子图优化组合导航算法

    陈熙源周云川钟雨露戈明明...
    120-129页
    查看更多>>摘要：复杂环境下的量测粗差和时变噪声严重影响了状态估计的精度和可靠性,对此提出了一种基于变分贝叶斯的鲁棒自适应因子图优化组合导航算法.首先,基于先验和后验两阶段更新将变分贝叶斯推断引入因子图优化框架中,以估计时变量测噪声协方差;其次,利用相邻帧间的平均新息构造量测协方差预测值,作为粗差判据来实现稳健估计.基于INS/GNSS组合导航的仿真和现场实验评估表明,所提方法能在粗差干扰的情况下有效估计时变量测噪声,相比M估计和滑动窗口自适应因子图优化算法的水平定位误差分别减小了 26.7%和 39.8%,兼顾了估计精度和抗差性能,具有较好的复杂环境适应性.

    因子图优化变分贝叶斯组合导航鲁棒自适应估计

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    单相激励电容式时栅角位移传感器研究

    高忠华胡帅汪强付敏...
    130-137页
    查看更多>>摘要：针对现有多相激励时栅角位移传感器在小体积时无法设置更多极对数进一步提升稳定性,导致精度和动态性能指标无法得到提升等问题,提出一种单相激励电容式时栅角位移测量方法.该方法采用单相激励耦合成四路空间正交的驻波信号,通过电路实现行波构造,从而实现角位移测量.文中介绍了多相激励时栅传感器存在的问题、单相激励时栅的测量原理,完成了传感器样机的研制,并通过实验验证该原理的有效性.实验结果表明,相同尺寸和相同电极数量情况下,单相激励传感器的精度和动态性能指标优于多相激励传感器,单相激励传感器精度为±20″,稳定性为 10″,400 rpm转速下速度波动为±1.25%,跟随误差为±2.5″,满足直驱电机的使用要求.

    电容式时栅单相激励多相激励角位移传感器行波构造

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    基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

    焦安铃陈光胜
    138-148页
    查看更多>>摘要：几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法.对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出 4 项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴 12 项几何误差.实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为 0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由 16 μm降至4 μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性.提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场.

    五轴数控机床几何误差快速检测球杆仪

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    基于谐波磁化响应半峰宽模型的非零场点磁性纳米粒子距离层析测量

    白石刘志尧盖伶柯李克文...
    149-157页
    查看更多>>摘要：磁粒子成像技术是一种以生物功能化超顺磁性纳米粒子为示踪剂的全新人体功能层析成像技术,其通常必须构建基于梯度场的零磁场点/线并对其进行空间扫描以实现示踪剂定位,其空间分辨率正比于梯度场强度.而高强度梯度场需大体积电/永磁体构建,使其无法用于微创淋巴结术中定位.本研究在不使用梯度定位场条件下,提出基于朗之万函数和激励-磁化场空间分布计算的窄带磁纳米粒子深度定位理论,推导不同深度磁性纳米粒子产生的磁化响应与空间方位角的函数关系,建立半峰宽-距离检测与真实浓度解析模型,并进一步开发了磁粒子深度层析装置(即非梯度式一维磁粒子成像仪),体外实验测量结果表明其空间定位分辨率为 15 mm,误差5.21%,浓度模型还原误差为2.61%.对比已获批上市的欧洲Sentimag等静磁场磁粒子定位装置具有显著性能优势,可完全满足术中淋巴结定位等创新临床应用需求.

    磁粒子磁化响应半峰宽距离层析浓度模型前哨淋巴结

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    大视场相机最优投影模型识别及星光标定方法

    刘其林董明利孙鹏燕必希...
    158-169页
    查看更多>>摘要：针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法.首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型.随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法.通过将光束平差算法与北方苍鹰寻优策略相结合,对投影模型调节系数、相机内方位参数、相机外方位参数及镜头畸变系数同步优化,直到星点像面重投影均方根误差达到全局最小,得到最优投影模型及其参数.实测实验表明,大视场角相机星光标定后,星点像面坐标的重投影均方根误差为 1/9 pixel.在连续帧星光标定实验中,通过卡尔曼滤波算法对相机参数随机误差进行了有效消除.该方法可在相机星光标定过程中识别最优投影模型并标定全部成像参数,具备连续帧标定及参数校准能力.

    在轨摄影测量大视场角相机最优投影模型识别星光标定方法

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    基于蒙特卡罗模型的高浓度浆液细度在线测量

    张世玮刘鸿彬陈朝雷田昌...
    170-179页
    查看更多>>摘要：近年来颗粒粒径测量问题受到了国内外的广泛研究.针对燃煤电厂高浓度脱硫石灰石浆液细度在线测量,将基于蒙特卡罗方法的声衰减模型拓展至高浓度范围,高浓度蒙特卡罗模型(HC-MCM)预测衰减系数与实验测量值相吻合.构建HC-MCM矩阵用于颗粒粒径分布的反演可减小计算时间,且差分进化算法的计算结果与设定粒径和分布宽度的相对误差小于 1%.搭建基于透射和反射法的双模式超声检测装置并开发软件测量系统,加工适用于高浓度浆液细度测量的透射传感器和超声探针,依托燃煤电厂完成长达 168 h的浆液细度在线测量实验.结果表明,两种模式超声衰减谱的变化趋势和数值大小基本吻合.粒径分布参数DV50 与激光粒度仪测量结果的相对误差小于 8%,其粒径分布满足燃煤电厂成品石灰石浆液的细度要求.

    高浓度石灰石浆液蒙特卡罗模型超声测量粒径分布

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    一种新型液压导管应变测量装置设计与研究

    李泽函廖昕昕黄浩何清波...
    180-188页
    查看更多>>摘要：针对飞行器液压导管应变测量环境复杂,传统有线测量设备传感器布置困难、引线多等问题,提出了一种新型液压导管应变测量方法.该方法基于频响函数法建立测量装置与导管的动力学模型,研究了两者之间的应变映射关系,设计了可拆卸式测量装置,实现传感器非接触测量导管应变;结合理论计算和有限元仿真,研究了测量装置对导管模态及应变的影响,优化了装置设计及相关尺寸参数;通过试验验证有限元仿真结果,检验了装置非接触测量液压导管应变方法的有效性.结果表明,测量装置对导管应变影响微弱,300 Hz以下应变重构相对平均偏差为 6.2%,证明测量装置能够有效测得导管应变,该方法和装置有望解决复杂测量环境下飞行器液压导管应变的快速准确测量问题.

    液压导管应变测量频响函数可拆卸式

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    抗线圈偏移与倾斜的人工肛门括约肌经皮能量传输系统

    王立超颜国正姜萍萍陈叶淋...
    189-199页
    查看更多>>摘要：传统的经皮能量传输系统大多采用开环系统,充电过程中患者要尽量保持不动,否则会导致线圈错位或翻转,影响接收功率导致不能正常充电.针对上述问题,本文首先采用LCC-S拓扑结构实现了接收端恒压特征,然后基于互感估计和原边功率补偿的方法实时调节发射端发射功率对接收端电压进行控制.仿真和体外实验结果显示,该系统可以使得接收端输出电压在锂电池整个充电过程中恒定不变;该系统可以允许接收线圈在轴向偏移 25 mm内、横向偏移 22 mm内、翻转角度 80°内进行有限姿态变化,使得患者可以在充电过程中适量运动,大大提高了经皮能量传输系统的稳定性与可靠性,对人工肛门括约肌系统的进一步应用有重要意义.

    人工肛门括约肌经皮能量传输闭环控制线圈偏移与倾斜

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    基于分割环阵的CFRP分层缺陷超声全聚焦成像

    杨宁陆铭慧张萍朱颖...
    200-210页
    查看更多>>摘要：碳纤维复合材料在钻孔加工时易产生分层缺陷,分层缺陷严重影响了构件的力学性能,存在严重的安全隐患.针对碳纤维复合材料孔边分层缺陷的检测,提出一种基于分割环形阵列的 1/4 矩阵全聚焦成像方法.设计了R4×S8、R3×S12、R3×S16 和R4×S12四种分割环形阵列结构,通过数值仿真对比分析了各阵列的聚焦声场特点,最终确定分割环阵探头为5 MHz的R4×S12探头.使用该探头对碳纤维复合材料孔边分层试块的上层、中层、下层缺陷进行全矩阵采集,利用VTK工具包分别进行全矩阵三维成像和1/4矩阵三维成像.结果表明,1/4矩阵方法比全矩阵方法三维成像的缺陷对比度更高,1/4 矩阵方法的缺陷尺寸表征误差更小,误差不超过6%.与全矩阵成像相比,1/4矩阵成像信噪比提升范围为3.43～7.61 dB,有效提升了图像质量.

    分层缺陷全聚焦分割环形阵列1/4矩阵三维成像

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