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仪器仪表学报
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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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    齿轮线激光三维测量仪的研制

    石照耀李美川孙衍强于渤...
    95-103页
    查看更多>>摘要：快速获取齿轮全部齿面的三维误差信息,是表征复杂齿面质量的关键和前提.本文基于激光三角测量原理,建立了齿轮线激光三维测量模型,研制出齿轮线激光三维测量仪,可用于生产现场快速获取被测齿轮的三维齿面误差信息并进行质量评定.仪器采用立式结构,主要由基座、精密主轴、圆光栅传感器、控制系统、软件系统等部分组成.精密主轴采用密珠轴系实现高精度回转,保证了被测齿轮的高精度定位与回转.在精密主轴周向布置两个高精度线激光传感器,并根据被测齿轮参数调整其位姿状态;圆光栅实时获取精密主轴的回转角度,并触发采集器实时采集并记录被测齿轮左右齿面的几何信息.开发了齿轮线激光三维测量与评价软件,可实现齿轮齿廓偏差、齿距偏差、拓扑偏差等项目的测量与评定,能够满足 5 级精度齿轮的检测要求.

    齿轮齿轮测量齿轮测量仪器线激光传感器线激光测量

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    基于信号重采样频移处理的宽带ADCP分层校准方法

    随超楼王敏何龙标杨平...
    104-112页
    查看更多>>摘要：针对宽带声学多普勒流速剖面仪(ADCP)现有校准方法无法有效实现流速分层校准的问题,提出基于信号重采样频移处理的声波应答校准方法,通过应答换能器组分别接收ADCP各波束换能器发射信号,经分段重采样、时间窗补偿等处理,产生包含多普勒频移信息的模拟回波信号,实现对宽带ADCP流速分层校准.为更符合真实水体散射情况,基于主动声呐方程建立了回波信号幅度计算模型.搭建了可适用于陆上和水下的宽带ADCP分层快速校准装置,对两个ADCP样机开展了校准实验,流速范围在 0.01～10 m/s,测量不确定度优于 0.3%v+5 mm/s(v为流速测量值)(k=2),并与水槽拖车法进行了对比验证.

    声波应答法校准信号重采样处理流速分层时间窗补偿不确定度评定

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    基于CBAM-CNN和压电悬臂梁的温度解耦质量感知方法

    闫宇楠刘智康徐佳文严如强...
    113-126页
    查看更多>>摘要：悬臂梁结构广泛用于微小质量测量,而温度变化会引起测量结果漂移.传统测量方法需要在温度稳定的环境中进行,但实际应用中通常难以满足此要求,且温度漂移对测量的影响难以直接解耦.本文提出了一种基于数据驱动,CBAM-CNN和压电悬臂梁的自适应温度解耦质量感知方法.首先,搭建谐振式压电悬臂梁温控测量平台采集不同质量负载下的阻抗响应信号,设计自适应加权预处理方法以增强结构特征并突出有限样本中的关键信息;其次,设计基于混合领域注意力机制的CBAM-CNN网络来评估信号中多个谐振峰的相对关系,实现温度解耦和质量感知.实验结果表明,该方法在 25℃至55℃的温度范围内的对 0.1～1 g的质量感知准确率高达 99.70%,无需进行温度补偿即可实现大跨度温度下的精确质量感知.

    压电悬臂梁深度学习CNNCBAM质量感知温度解耦

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    三芯电缆非侵入式多导体电流测量研究

    高干文玉梅李平
    127-135页
    查看更多>>摘要：针对当前的三芯电缆电流测量直接使用传感信号进行多导体位置和电流的测量,传感器数量未确定,使用数量多不仅使多导体电流测量系统没有确定的传感器使用策略,而且导致测量误差大的问题,本文分析给出了非侵入测量三芯电缆电流所需的最少且最优的磁传感器数量,提出了非侵入式多导体电流测量原理.根据三芯电缆电流传导环电缆磁场分布关系,使用6 个磁传感器环绕电缆分布,由每个传感信号获取 2 个特征值的最优估计,建立 12 个独立方程,实现电缆中导体位置的检测和导体电流的测量.搭建了三芯电缆电流测量平台,进行了测试验证.测试结果表明,该方法测量 15～100 A的三相电流的振幅最大误差小于 1.00%,相角误差小于 2°,导体位置误差小于 0.2 mm.提出的测量原理极大减小了多芯电缆电流的在线测量误差,且测量系统拥有更简单的结构和精准的位置及电流波形测量结果.

    多导体电流测量隧道磁阻传感器传感器阵列相关检测

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    基于Transformer的三维人体姿态估计及其动作达成度评估

    杨傲雷周应宏杨帮华徐昱琳...
    136-144页
    查看更多>>摘要：针对人机交互、医疗康复等领域存在的人体姿态分析与评估问题,本文提出了一种基于Transformer的三维人体姿态估计及其动作达成度评估方法.首先,本文定义了人体姿态的关键点及关节角,并在深度位姿估计网络(DPEN)的基础上,提出并构建了一个基于Transformer的三维人体姿态估计模型(TPEM),Transformer的引入能够更好的提取人体姿态的长时序特征;其次,利用TPEM模型对三维人体姿态估计结果,设计了基于加权3D关节角的动态时间规整算法,在时序上对不同人物同一动作的姿态进行姿态关键帧的规整匹配,并据此提出了动作达成度评估方法,用于给出动作的达成度分数;最后,通过在不同数据集上进行实验验证,TPEM在Human3.6 M数据集上实现了平均关节点误差为 37.3 mm,而基于加权 3D关节角的动态时间规整算法在Fit3D数据集上的平均误差帧数为 5.08,展现了本文所提方法在三维人体姿态估计与动作达成度评估方面的可行性和有效性.

    三维人体姿态估计深度学习动态时间规整动作评估

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    基于纹理图像和用户动作信息的纹理触觉再现方法研究

    陈大鹏陈庚刘佳方映平...
    145-154页
    查看更多>>摘要：近年来,对虚拟表面纹理进行工具介导的振动触觉再现已经成为触觉领域的一个研究热点.针对已有的纹理触觉渲染方法还存在适用范围窄、泛化能力弱、交互真实感低等问题,以改进后的MelGAN为基本网络,构建了一种新的纹理触觉渲染模型.该模型以纹理图像和用户的实时动作信息为输入,在能够高保真地生成振动触觉信号的同时,对常见纹理图像拥有更好的泛化能力.此外,设计了一款具有动作信息实时采集和振动触觉表达功能的笔式装置.在采集了数据库之外的真实纹理表面的振动触觉信号后,比较了提出的模型与已有方法在信号生成方面的性能差异.结果表明,模型实现了最低的均方根误差(0.173),验证了其对未建模纹理进行触觉渲染的能力.最后,使用笔式装置进行了两项用户实验.平均 6.01 的主观相似度评分说明,即使是数据库之外的新纹理,模型也能为用户提供较高的纹理交互真实感.

    纹理触觉渲染深度学习动作信息笔式交互振动触觉反馈

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    用于超声散斑跟踪血流测速的多角度平面波局部运动补偿

    杜吉媛何冰冰郎恂吕闻冰...
    155-164页
    查看更多>>摘要：血流速度剖面用于计算壁面剪切率等血流动力学指标,与动脉粥样硬化病程发展密切相关.超快超声散斑跟踪广泛用于血流速度剖面估计,然而多角度平面波复合成像存在血流散射体的运动伪影,不利于流速估计.提出了一种多角度平面波复合成像的局部运动补偿法,对射频信号时间序列的相邻帧进行局部运动补偿来消除不同径向位置的运动伪影,从而提高流速测量准确性.相比直接相干复合,B-MoCo 法将仿真、仿体实验中流速测量结果的归一化均方根误差平均减小了 10.37%、37.82%,说明了B-MoCo法的有效性.基于兔骼动脉的实测实验进一步证明了B-MoCo法的临床可行性.综上,B-MoCo法能够有效提高血流速度剖面的测量精度,有助于相关心血管疾病的早期诊断与病程监测.

    超声多角度平面波复合局部运动补偿血流速度剖面散斑跟踪

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    基于sEMG的下肢连续运动切换态实时识别方法

    石欣敖钰民范智瑞余可祺...
    165-174页
    查看更多>>摘要：在外骨骼与人进行自然人机交互(HRI)过程中,准确快速地识别下肢连续运动中的切换态至关重要.切换态sEMG信号即包含切换前后运动信息,又包含切换的瞬态信息,难以直接用于识别.为了快速准确地识别切换态,本文提出了FMICMD-LACNN的实时识别方法.提出了自适应多分量瞬时频率估计方法来提升多元本征线性调频模态分解(MICMD)计算效率,提出了分量能量惩罚因子提高MICMD分解精度,从而形成了快速多元本征调频模态分解(FMICMD)算法.针对FMICMD分解后sEMG信号,构建了LACNN识别模型,实现了快速且准确的切换态识别.本研究采集了 10 名受试者 8 种常见下肢连续运动切换态下的sEMG信号进行实验验证.结果表明,对于这 8 种切换态,该方法平均识别准确率为 98.35%,平均识别时间仅约8 ms,均优于CNN-LSTM、E2CNN以及CNN-BiLSTM方法.该方法具有较高的准确率和实时性,能够满足外骨骼与人体快速自然交互的需求.

    运动意图识别表面肌电信号MICMDCNN

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    基于改进EfficientNet的红外图像光伏组件故障识别研究

    吕游郑茜齐欣宇房方...
    175-184页
    查看更多>>摘要：光伏组件的故障会影响光伏阵列的输出性能,从而降低电站的发电效率,严重时甚至会危害电站的安全运行.传统的方法无法满足目前光伏组件故障检测快速性和正确率需求.因此,本文提出了一种基于改进EfficientNet的光伏组件故障识别方法.首先,利用采集到的光伏组件红外图像建立故障数据集,并利用图像分割和数据增强对数据集进行预处理;其次,基于EfficientNet网络构建故障识别模型,同时在模型中引入双通道注意力模块(CBAM),该模块能够抑制不必要特征的识别,增强模型对空间特征信息的提取能力,进而提高模型的识别准确率;最后,通过对比仿真实验证明模型的有效性和先进性.实验结果表明,该模型的故障识别准确率达到了 90.83%,相较于原始的EfficientNet模型提高了 2.83%,且模型大小仅为 20.3 M,具有良好的实用性,能够满足光伏电站实际应用的需求.

    光伏组件红外图像故障识别CBAM注意力机制

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    基于平面靶标的交叉结构光标定方法

    刘建鑫纪超洋李艳文陈子明...
    185-193页
    查看更多>>摘要：为实现线结构光高精度标定,提出一种基于平面靶标的交叉结构光标定方法.根据Blinn-Phong光照模型可知,当激光条纹投射在平面靶标上特征点边缘处时光截面不再服从高斯分布,常用的中心提取算法无法准确提取目标.首先,基于形态学操作剔除在平面靶标上特征点边缘处的中心点,使得直线拟合的误差由 0.060 8 pixel提升到 0.035 8 pixel,有效减少因算法提取误差对标定结果造成的影响;然后,基于高斯曲线拟合方法对所提取的线结构光与辅助结构光交点位置进行修正,基于Ransac算法进行直线拟合,结果同样也有效剔除因光照不均、材质变化造成误差较大的点.实验结果表明,两种方法结合后标定精度提高 25%,中心点三维坐标与标定板平面方程相差仅 4 μm,有效提高线结构光标定精度.

    机器视觉Steger算法线结构光标定视觉测量

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