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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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    基于声发射Ib值分析的渗铝321钢损伤特性研究

    廖力达向旭宏舒王咏黄斌...
    211-220页
    查看更多>>摘要：太阳能热发电换热管主要材料渗铝 321 钢的损伤会导致换热管的寿命缩短甚至断裂,因此必须进行损伤检测.采用声发射方法对渗铝 321 钢的损伤特性进行分析,实现对换热管性能的在线动态监测.通过采用声发射 Ib值特征来表征渗铝 321 钢的损伤程度,并运用自组织映射(SOM)神经网络算法进行声发射特征参数聚类,以分析材料的损伤模式.结果表明,力学塑性阶段的声发射事件数量剧增,能量和振铃计数的峰值标志着试件的断裂.此外,在试件失效前,Ib值显著降低且密度变密集,表明Ib值的变化特征可以作为材料临界失效的预警信号.通过SOM算法对特征参数进行聚类分析得到 4 个簇及其对应的特征频率,并使用扫描电子显微镜(SEM)观察试件的断口形貌,得出 4 个簇分别对应于孔洞生长与汇合、微裂纹成核、宏观裂纹扩展和纤维状断裂 4 类损伤模式.这项研究旨在探索金属管材的损伤演化行为,并为管材的损伤分析和健康监测提供依据.

    渗铝321钢声发射Ib值SOM神经网络损伤演化

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    基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法研究

    常琦徐勇赵恒
    221-229页
    查看更多>>摘要：本文提出了一种基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法,在结构中央布置环形压电传感器阵列实现对结构的全方位扫描监测,消除了主动Lamb波空间滤波器监测方法中盲区及远场对监测效果的影响.环形阵列由直径方向不同角度的 4 个线阵组成,每个线阵采用主动Lamb波空间滤波监测方法对结构损伤进行监测、成像,各阵列成像结果通过PCA-小波变换进行融合对损伤位置进行判别,从而实现结构全方位损伤扫描监测,消除单个阵列损伤监测的盲区、远场及虚假成像等影响,进而获得更加准确的损伤监测结果.通过实验研究,验证了该方法的有效性和实用性.

    Lamb波空间滤波器损伤扫描监测多阵列成像融合

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    空调冷凝器管道激光超声导波跨能量层级映射迁移检测方法

    洪晓斌黄刘伟
    230-238页
    查看更多>>摘要：空调冷凝器是空调设备的关键部件,其弯管连接部位由于损伤类型多和几何形状复杂等原因造成传统接触式损伤检测手段难以应用,本文提出一种基于能量映射迁移网络的非接触式激光超声导波无损检测方法.首先,通过小波分解提取烧蚀信号和热弹信号的概貌波形,设计自编码能量映射函数将热弹信号特征空间映射到烧蚀信号特征空间,获得更接近烧蚀信号特征的映射热弹信号.其次,通过能量映射迁移网络对齐映射热弹信号和烧蚀信号特征空间,将网络模型中的域转换误差和样本标签误差之和用作特征空间对齐误差值.最后,对空调冷凝器泄漏、分层和裂纹等损伤进行检测实验验证所提新方法性能,结果表明其损伤识别精度为 93.09%,比传统激光热弹激励检测方法提高了 7.23%.

    空调冷凝器管道损伤激光超声导波深度迁移学习能量映射

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    基于FRL-Net的高鲁棒性多尺度小样本轨道入侵异物检测方法研究

    赵宗扬康杰虎吴斌叶涛...
    239-249页
    查看更多>>摘要：针对轨道入侵异物严重威胁行车安全,而基于广义深度学习的目标检测方法无法打破大数据驱动的训练壁垒、小样本目标检测方法在复杂轨道环境中对多尺度入侵异物检测能力差、鲁棒性低等问题,本文提出了一种高鲁棒性多尺度小样本轨道入侵异物检测模型.该模型采用元学习策略,通过多尺度小样本入侵异物特征提取模块增强模型对于不同尺度小样本异物特征的表达能力.使用轨道入侵异物元特征精准重加权模块对小样本异物的元特征进行精准优化.提出小样本轨道入侵异物检测优化模块进一步提升模型的检测性能.实验结果表明,该模型在 7-way 30-shot的小样本轨道异物检测任务中的平均检测精度为 81.8%,比FSRW高 3.2%,更适合在实际轨道环境中检测多尺度小样本入侵异物.

    轨道入侵异物元学习小样本目标检测多尺度深度学习

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    直线型倾转多旋翼植保无人机建模与控制

    沈跃储金城沈亚运施志翔...
    250-258页
    查看更多>>摘要：针对直线型倾转多旋翼植保无人机模型耦合复杂、作业时易受施药执行器干扰等问题,提出了一种模型补偿-线性自抗扰控制算法.首先建立无人机运动学和动力学模型,并分析作业时离心喷头产生的力矩作用影响;然后将作业模型中的固定部分作为已知扰动,引入模型补偿-扩张状态观测器估计内外未知总扰动并动态补偿控制系统,完成位姿控制器设计.仿真结果表明,所提出的算法在作业场景下偏航角度误差小于 0.2°,恢复时间小于 0.55 s,相比于PID算法和线性自抗扰算法最大角度偏差分别降低 3.4°和 0.9°,恢复时间减少 3.1 和 0.99 s,具有较强的鲁棒性.飞行实验表明,该无人机可以很好地跟踪植保作业轨迹,最大位置稳态误差小于 15 cm,满足植保作业需求.

    植保无人机可倾转旋翼离心喷头模型自抗扰控制器

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    基于双耳麦克风实现机器人骨铣削状态自动控制

    孙健文王瑞夏光明代煜...
    259-268页
    查看更多>>摘要：为了提升骨铣削手术机器人的手术质量,要求机器人对于手术中的铣削状态(主要包括铣削深度和铣削角度)能够实时感知并控制.针对此问题,本文提出一种利用双耳麦克风系统来辅助完成铣削状态控制的方法.首先对铣削状态与声信号的关系进行建模,之后完成铣削深度与铣削角度的标定实验获得所提模型的相关系数,最后利用PD控制器结合所建立的模型函数来实时分析并控制机器人的铣削状态.实验结果表明,铣削期望深度为 0.5 mm时,加入角度控制相较于未加角度控制的实验效果在铣削深度与期望值偏差的方面提升了 7.0%,铣削稳定性方面提升了 34.1%.并且证明在期望深度为0.8 mm的极端情况下引入角度控制同样有着提升铣削效果的积极作用.经过实验验证所提方法能够有效的提升骨铣削手术机器人的工作质量.

    手术机器人骨铣削信号处理深度控制角度控制

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    一种稳健的窄带反馈型主动噪声控制系统

    马亚平胡计昶吴定会毕勤胜...
    269-277页
    查看更多>>摘要：传统窄带反馈型主动噪声控制系统采用并型自适应滤波器结构,用于合成参考信号时,仍存在参考信号合成质量较差、滤波器权值的初值设置难度高、应对非平稳窄带噪声的能力不足等问题.为解决以上问题,通过引入高效的串并型自适应滤波器结构来合成参考信号,提出新型的窄带反馈型主动噪声控制系统,改善参考信号合成质量,进而提升系统的整体降噪性能.新型系统不仅有效解决了传统系统存在的参考信号合成质量较差的问题,还降低了滤波器权值的初值设置复杂度,同时还提升了系统应对非平稳窄带噪声的能力.实验结果表明,新型系统较传统系统的前后两部分的降噪量分别提升了 7.89 和 9.18 dB.仿真和实验结果共同验证了提出的系统较传统系统具有更强的稳健性和降噪性能.

    反馈型主动噪声控制自适应滤波器窄带噪声滤波-X最小均方算法降噪性能

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    基于IESPSO的舵机倾转矢量动力系统建模与参数辨识

    沈跃王佳俊储金城刘铭晖...
    278-287页
    查看更多>>摘要：针对在旋翼动态时产生的外力矩影响下,倾转矢量动力系统中的舵机系统模型辨识精度低、实际响应难以估计的问题,本文将舵机外力矩作为扰动噪声纳入辨识环节,构建系统模型,并提出了一种基于改进生态系统粒子群优化(IESPSO)的倾转旋翼舵机系统参数辨识方法.为确保试验稳定安全进行,本文设计了倾转矢量动力系统辨识平台,进行参数辨识试验.试验结果表明,在旋翼动态时产生的外力矩噪声影响下,IESPSO相对于粒子群优化法、生态系统粒子群优化法与递推最小二乘法,均方根误差降低了 1.46%,1.79%与 56.37%,辨识精度有明显提升,并具备更快的寻优收敛速度.在修改搜索空间后,IESPSO仍具有较高的寻优精度,避免了在宽搜索空间下无法快速搜索至较优可行解的问题.

    系统辨识生态系统粒子群舵机系统模型倾转矢量动力系统

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    基于毫米波深度传感的抗伴生干扰的眨眼检测

    荆楠刘冠男张楠王林...
    288-300页
    查看更多>>摘要：眨眼检测在多种实际应用场景中起着关键作用,如眼病检测、人机交互、疲劳驾驶预防等.针对来自人体的伴生干扰会严重影响眨眼信号的特征提取问题,本文提出一种非线性独立分量分析框架的自监督深度对比学习方法来分离眨眼和伴生干扰.本文设计一个基于时间相关性的分离网络ES-Net1,该网络将具有时间相关和时间不相关的两个正负样本序列作为网络的输入,通过ES-Net1 内部的特征提取器恢复眨眼和伴生干扰信号的时间结构,从而实现非线性混合信号的分离.本文基于TI公司的AWR1642 毫米波雷达平台实现mmBlinkSEN原型系统,通过14 000 组数据验证mmBlinkSEN的有效性.实验结果表明,在存在人体伴生干扰情况下,mmBlinkSEN对眨眼频率的检测精度高达 88%.

    眨眼检测伴生干扰深度对比学习毫米波雷达非线性独立分析

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    融合A*与DWA算法的水面船艇动态路径规划

    孙岩霆王荣杰蒋德松
    301-310页
    查看更多>>摘要：为解决水面船艇路径规划同时要求全局最优、实时避障和航迹安全可靠的问题,提出了一种基于融合A*算法与动态窗口算法(DWA)的水面船艇路径规划方法.首先通过引入启发函数动态加权策略,提高A*算法的搜索效率;然后综合考虑水面船艇的运动特性,采用一种路径转角节点角度削弱策略,减少转角,缩短全局路径长度;最后,基于全局因素影响与航迹安全约束对DWA算法的轨迹评价函数进行改进,并以全局路径提供子目标点引导DWA算法进行局部规划的方式完成算法融合.实验结果表明,融合算法相比于现有算法的总转向角度分别减少了 45.6%、46.0%,验证了融合算法的有效性与可行性,并且相较于其他传统算法更具优越性.

    路径规划水面船艇全局最优实时避障航行安全A*算法动态窗口法融合算法

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