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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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    直流电子式电压互感器阶跃响应特性现场试验方法及装置

    朱梦梦翟少磊朱全聪何兆磊...
    193-200页
    查看更多>>摘要：直流电压互感器的暂态阶跃特性对直流系统控保装置至关重要,首先研究了影响直流电子式电压互感器暂态传变特性的因素,分析了阶跃响应技术参数及其试验装置性能指标要求.基于此,提出一种直流电压互感器阶跃响应特性现场试验方法,研制出基于固态开关的阶跃电压源及试验装置,实现了陡上升、长脉宽方波电压输出和暂态信号的同步测量.试验结果表明,提出的直流电子式电压互感器阶跃响应特性现场试验方法及装置满足标准规定要求,并在实际±500 kV直流工程换流站开展了阶跃响应现场试验,为直流电压互感器的暂态性能测试和评估提供了技术依据.

    阶跃响应方波电压固态开关现场试验低通滤波器

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    基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器

    杨继森庹万章张静冯济琴...
    201-213页
    查看更多>>摘要：针对目前光刻机、超精密数控机床等高端超精密装备对于精准平面定位的要求,提出了一种基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器.传感器组成为定尺和动尺,其中定尺由导磁基体和X、Y方向励磁线圈构成,动尺由导磁基体和X、Y方向感应线圈构成.通过对X、Y方向励磁线圈通入正余弦励磁信号,在定尺上构建出多频磁场耦合的二维均匀磁场阵列,动尺感应出带有位移信息的电信号,经过理论推导和电磁仿真验证了多频磁场直接解耦差动结构和幅值调制解算方法的可行性,并对仿真误差进行分析,并优化了传感器结构.最后采用PCB工艺制作传感器样机并开展相关实验研究,实验结果表明:传感器在150 mm×150 mm的测量范围可对二维位移进行精确测量,其中X方向测量精度为±33.08 µm,Y方向测量精度为±36.95 μm,优化后的传感器样机X、Y方向原始对极内位移误差峰峰值在原有基础上降低了 49.1％和50.7％.

    二维位移传感器平面二维位移测量多频磁场耦合

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    深度与形貌检测的仿生磁致伸缩触觉传感器设计及实验测试

    孙英郭腾蛟李笑
    214-223页
    查看更多>>摘要：物体表面形貌深度信息对于智能机器人检测物体表面特征、人机交互具有重要意义.受动物毛发感知机理启发,设计了一种新型仿生磁致伸缩触觉传感器单元及阵列;基于逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁理论和胡克定律,推导了深度检测的输出电压模型.仿真研究确定了最佳偏置磁场和阵列间距,实验测试了传感器单元在静态和动态下的输出特性,在0.05～4.8 mm深度检测范围内,灵敏度为185.72 mV/mm,响应时间和恢复时间分别为31 ms和43 ms,且具有良好的重复性,传感器阵列中单元之间输出电压的耦合影响不超过2.4％.将传感器单元及阵列安装在机械手上,选择合适的滑动速度滑过不同物体表面时,根据输出电压波形精确测量各种深度和形貌,结果表明该传感器单元和阵列可为深度与形貌检测提供参考.

    深度检测形貌检测逆磁致伸缩触觉传感器

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    基于微纳光纤谐振环的温度传感器研究

    夏凤杨乃凡林倩如杨力凝...
    224-232页
    查看更多>>摘要：该项工作制作并验证了基于微纳光纤结型谐振环的高灵敏度且扩大测量范围的温度传感器.在微纳光纤谐振环中产生多个模式并参与谐振,多个模式谐振的光谱相互叠加,形成带包络的游标光谱.通过提取游标光谱的包络线,实现高灵敏度的温度测量,灵敏度高达-10 nm/℃.但计算得到利用游标光谱时的温度测量范围仅约为4℃.为解决测量范围过小的问题,将包络光谱与单一频率组分对应的谐振光谱相结合,使测量范围扩大至约20℃.相比于单一频率组分对应的谐振光谱,利用游标包络光谱实现了灵敏度约1 600倍的放大.该方案利用游标效应提高温度测量灵敏度的同时,利用单一频率组分对应的谐振光谱扩大了游标光谱的温度测量范围,提高了传感器的性能和实用性.

    光纤传感器微纳光纤谐振环游标光谱温度测量高灵敏度测量范围扩展

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    故障修复增强的抗差滤波PDR/GNSS行人导航方法

    李圣英孟骞姜颖颖王立辉...
    233-242页
    查看更多>>摘要：针对复杂环境下智能手机卫星信号容易受到干扰而引起组合导航精度降低的问题,提出一种基于故障修复的抗差滤波行人导航方法.该法首先利用等价权因子实时调整观测权值,以有效地减少观测粗差对组合导航精度的影响.其次,针对松组合系统没有观测冗余的模型局限性,将抗差扩展卡尔曼滤波检测区间分为无故障、偏离和异常3段.无故障时,不做处理;出现偏离时,对观测值进行降权处理;异常情况下,利用预测新息对故障进行幅值修复,进而修正观测值.实际实验结果表明,当GNSS出现单历元故障时,经典的抗差滤波方法能够有效提高智能手机PDR/GNSS组合导航定位精度,其北向最大误差由7.27 m减小为3.20 m,东向最大位置误差由24.01 m减小为6.60 m;在GNSS出现多历元连续故障时,所提出的故障修复增强的抗差滤波方法相比经典的抗差滤波方法的平均定位误差下降了 50％以上.

    行人导航PDR/GNSS松组合抗差滤波故障修复智能手机

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    无源无线应变传感器中压电材料接触力学模型研究

    李子帆邹希岳梁晓瑜胡斌...
    243-251页
    查看更多>>摘要：针对现有无源无线传感器存在稳定性差,抗干扰能力不强,传输距离过短的问题,提出一种新型无源无线应变传感器.该传感器由两个线圈和一个体声波传感器组成,体声波传感器包括传力结构和石英晶片,其可将被测表面的应变转化为可检测的石英谐振频率偏移.首先,建立了半椭圆接触模型,研究接触力、激励电压、接触元件形状对石英的影响,以提高传感器性能;其次,设计了石英加载装置,实现石英表面微力加载研究;最后,搭建了无源无线应变传感系统,传输距离可达5 cm,分辨率约为4.2 Hz/με,应变测量范围为600 με,重复性实验显示RSD为5.47％.实验结果表明,该传感系统具有良好性能,在未来将与无人机结合为大型结构应变测量提供有效的解决方案.

    体声波无源无线传感器应变测量接触力学

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    基于鲁棒马氏距离统计量的多源融合抗差估计方法

    姜颖颖潘树国孟骞高旺...
    252-262页
    查看更多>>摘要：为了有效抵御复杂多变城市环境下的全球卫星导航系统(GNSS)信号干扰、增强多源融合定位可靠性,提出一种基于鲁棒马氏距离的多源融合抗差估计方法.该方法在分析观测值故障传播特点以及典型方差膨胀抗差估计模型基础上,基于相邻新息序列构造鲁棒马氏距离检验统计量.历史新息的引入能够提高系统观测冗余,同时不同观测量间的新息交互增强了异常检验统计量的鲁棒性.根据鲁棒马氏距离的统计特性,给出抗差关键门限取值规则并分别结合两种典型加权策略自适应调节观测值噪声矩阵.利用典型城市峡谷环境下惯性导航系统(INS)/GNSS/激光雷达(LiDAR)/VINS多源融合车载数据进行相关实验,与现有方法相较,所提方法能够将三维均方根定位误差最低限制在3.37 m.通过对比不同组显著性水平下的定位结果,进一步说明所提方法在城市峡谷环境下定位的优越性.

    多源融合城市环境马氏距离自适应权因子可靠性

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    基于加窗随机解调架构的电网超谐波信号检测方法

    唐求陈张青梁林滕召胜...
    263-271页
    查看更多>>摘要：针对电网超谐波检测采样压力大、数据处理困难等问题,提出一种基于加窗随机解调架构的超谐波信号检测方法.该方法首先利用模拟信息转换技术结合加窗思想,在采样端对超谐波信号进行加窗压缩采样,得到压缩采样后的数据;随后,在重构端采用逐级二分的思想,将残差的一阶微分作为收敛阈值,改进稀疏度自适应匹配追踪(SAMP)算法,实现对采样数据的快速重构.大量的仿真实验和测试结果表明,方法可以在减少90％数据量的情况下实现超谐波信号的频率幅值精确检测,其中频幅值检测的相对误差≤2％,频率检测误差≤3 Hz,为更准确测量超谐波提供了新思路.

    超谐波随机解调压缩采样改进重构算法

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    基于点线特征的通风管道建模与管内定位方法

    季宇航宋爱国
    272-279页
    查看更多>>摘要：为解决在通风管道环境下场景构型单一、传统视觉特征点稀疏的问题,利用前后两个单目相机和左右两个线阵激光雷达作为主要传感设备,提出一种基于点线特征的管道建模与管内定位方法.首先,利用LaneNet网络和改进的随机抽样一致算法提取四条管壁边线特征,再利用图像中的几何和空间约束筛选局部直线分割算法的检测结果,得到管道连接处的两条竖直线特征.接着利用线阵激光雷达计算管道宽度和机器人偏航角,恢复了管道连接处线特征的深度信息并求解得到管道高度.最后建立管道地图坐标系并推算机器人的二维坐标位置和管道长度.实验结果表明,定位的相对误差在9.8 cm以内,管道建模的相对误差在2.9 cm以内,能够满足机器人在管道内巡检作业时的建模与定位需求.

    点线特征相机投影RANSAC视觉定位尺寸估计

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    复杂裂纹涡流检测与评估方法研究

    靳建辉张卿韩博杨世品...
    280-288页
    查看更多>>摘要：钢轨表面及上表面产生的滚动接触疲劳裂纹通常以斜裂纹或多角度复杂裂纹的形态存在,对其检测和评估是个难题.基于此,采用基于无线能量传输的涡流检测方法(WPT-ECT),设计新的探头结构并结合神经网络算法对裂纹进行检测和评估.首先,有别于现有WPT-ECT方法,采用增大激励频率,而非串并联电容的方式,构造谐振电路;其次,根据复杂裂纹的特点,设计由两个八字形激励线圈和两个矩形接收线圈组成的方向性探头结构;最后,充分提取检测信号的特征,并运用径向基神经网络算法对裂纹进行识别.仿真和实验结果表明,所提出的探头结构对任何角度的缺陷均敏感.同时,RBF算法对斜裂纹、T裂纹、Y裂纹和1.2 mm提离下的T裂纹的识别准确率分别为92.00％、95.27％、96.64％和89.50％.

    滚动接触疲劳裂纹无线能量传输涡流检测特征量提取径向基神经网络

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