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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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    基于静电与声发射传感器的气送颗粒截面分布测量

    钱相臣鲁云龙孙林锋
    99-109页
    查看更多>>摘要：通过气力管道输送固相物料颗粒的方式广泛存在于工业生产过程中。在大尺度气力输送管道中，颗粒流动状态复杂且分布不均，为精确表征管道内颗粒的流动状态，提出一种融合静电传感器和声发射传感器信息的气送颗粒参数分布测量方法。为了获得颗粒在管道横截面上局部参数信息，将边长为 200 mm的方形管道横截面均分为 16 个静电测量区域和 4 个声发射测量区域。在 30 组不同的输送速度和质量流量条件下开展实验研究。结果表明，大尺度方形管道横截面上固相颗粒参数分布不均匀，速度分布情况符合渐扩管道流动规律。结合局部颗粒速度分析质量流量分布的测量结果，发现静电信号与声发射信号的均方根值所表征的颗粒相对质量流量分布变化趋势相同。

    气固两相流颗粒分布静电传感器声发射传感器方形管道

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    基于L型轮辐结构膜片的窄频光纤F-P声波传感器研究

    王巧云闻妲王纪龙严重越...
    110-117页
    查看更多>>摘要：光纤声传感器被广泛应用在工业、医疗等领域。为了提高光纤F-P声传感器的性能，本文提出了一种L型轮辐结构的F-P传感膜片。膜片的厚度为 15 μm、梁宽度为 0。5 mm、中心膜片的半径为 1 mm。膜片由激光加工技术在 304 不锈钢上刻蚀而成。实验对 1 000 Hz下的传感器灵敏度进行研究，将传感器应用于光声池共振频率为 1 600 Hz的光声光谱气体检测系统中，并实现对50～100×10-6 的乙炔(C2 H2)气体浓度测量。实验结果表明，该传感器在1 000 Hz下的声压灵敏度为25。4 nm/Pa，传感器可实现的最小可探测声压(MDP)为 38。2 μPa/Hz1/2@1 kHz，声压信噪比为 76。8 dB。实验所得到的光声光谱二次谐波信号的峰值与乙炔浓度呈现良好的线性关系，乙炔浓度的响应度为 1。8 pm/10-6。该传感器在光声光谱等单频声信号检测领域具有广泛的应用前景。

    光纤声传感器F-P干涉L型轮辐结构光声光谱

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    锂离子电池的等效时变内阻模型及应用

    张思而李旦张建秋刘钢...
    118-128页
    查看更多>>摘要：针对锂(离子)电池在恒流、恒压和/或恒功率等工况下，Thevenin等效电路模型无法在线辨识其模型参数，进而无法描述锂电池特性的问题，提出了一种新的等效时变内阻模型。分析表明，通过将锂电池的开路电压和内阻，描述成未知的时变电压和内阻，并利用安时积分和随机漫步模型，分别表示其未知时变电压和内阻的进化，就可为锂电池建立一种以状态空间进行描述的等效时变内阻模型。分析也表明，因电池充放电而产生的暂态极化电压，可由电池端电流与时变内阻的乘积，以及电池端电压观测噪声分布的组合进行描述。本文模型相比传统模型，在恒流恒压以及恒功率的工况下，SoC估计的均方根误差平均降低了 48%。公开充放电测试数据集和实验的SoC估计，均验证了本文模型及分析结果的正确性和有效性。

    锂电池等效时变内阻模型参数辨识SoC估计

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    基于机载相控阵海浪波谱仪的海浪谱测量

    江柏森韩倩倩曹蕾张晰...
    129-137页
    查看更多>>摘要：提出一种机载相控阵海浪波谱仪，是Ku频段、线极化二维相控阵列雷达，发射宽带线性调频信号，在小入射角下照射海面，接收被海面准镜面散射调制的回波功率，获取海面后向散射系数，反演得到一维海浪谱。通过二维相控阵实现 0～360°方位向的圆锥扫描，获取二维海浪方向谱，进而计算波高、波向、波长等海浪参数产品。一方面，采用基于二维相控阵的动态波位驻留时序设计，将均匀扫描改为非均匀扫描，增加沿航向的观测时间，提高沿航向斑点噪声抑制水平，改善了中法海洋卫星SWIM载荷的"沿航向信斑比不足"的问题，使观测效能得到提升;另一方面，采用电子扫描，无旋转机构，可大幅度提升波谱仪设备的紧凑性、适装性和可靠性，提高机载平台适应能力。在秦皇岛附近的渤海海域开展了相控阵海浪波谱仪飞行试验，与同步波浪浮标观测数据进行对比，结果表明相控阵海浪波谱仪波向测量精度优于 15°，波长测量精度优于 10%，有效波高测量精度优于 0。3 m，验证了动态波位驻留对沿航向斑点噪声的抑制能力，以及相控圆锥扫描体制获取海面回波、反演海浪谱的性能。

    相控阵海浪波谱仪海浪谱机载雷达

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    基于多频段拼接的高分辨率太赫兹成像技术

    周子悦年夫顺孙超张婷...
    138-146页
    查看更多>>摘要：为解决带宽限制导致的太赫兹调频连续波成像纵向分辨率低的问题，提出一种适用于线性调频体制的多频段拼接的方法。该方法基于参考信号的非线性补偿算法，改进传统宽带时域合成算法，在非线性校正的同时实现各频段信号频率和相位上的连续性，无需再进行频移和相位补偿。搭建 0。11～0。75 THz 5 个频段线性调频成像系统进行实验验证，结果表明，该方法显著提高太赫兹成像纵向分辨率，同时提高材料介电常数测试精度，未来可应用于材料测试领域。此外，设计了表面台阶型样品和多层胶粘的内部缺陷样品进行成像，证明融合信号的图像包含更多的细节，样品的每一层分离得更为明显，高度差仅 0。2 mm也能清晰地分辨，能够满足高精度无损检测的需求。

    太赫兹成像线性调频连续波多频段拼接无损检测材料介电常数

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    基于带宽交织采样架构的80GSps超宽带实时采集系统

    赵禹叶芃孟婕黄武煌...
    147-156页
    查看更多>>摘要：利用 8 片 10 GSps的模数转换器(ADC)芯片，基于带宽交织采样架构设计并且实现了具有 80 GSps，20 GHz带宽的超宽带实时数据采集系统。对带宽交织采集系统中的子带分解、多子带间采集同步、交叠带以及全频带拼合等一系列问题展开了研究，并基于分治法的思想提出了相应的校准以及补偿方法，补偿前后的时域以及频域分析对比证明了提出补偿方法的有效性。实验结果表明，系统实现了具有 80 GSps采样率、20 GHz带宽指标，其中有效位数(ENOB)以及无杂散动态范围(SFDR)在 20 GHz处可以达到6 bit以及40 dB，并给出了系统ENOB随频率变化的曲线，采集系统上升时间为22 ps，实验数据表明系统各项指标处于国内领先水平。

    超宽带数据采集带宽交织并行同步采样频响补偿

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    用于变频电机绝缘测试的高频高压脉冲发生器设计

    师洋王鹏吴冬桃朱英伟...
    157-165页
    查看更多>>摘要：高频高压脉冲是变频电机绝缘评估的关键技术之一，其产生、控制、保护与传统高压直流、正弦条件下的相应技术具有较大差异，已成为高频高压脉冲技术的关键难题。为此，采用时钟可达纳秒级的现场可编程逻辑门阵列，研制了一套边沿时间40～500 ns可调的高频高压脉冲发生器。基于半桥结构的脉冲发生器，提出测试容量达 1 600 pF、电压峰峰值可达 24 kV的全桥拓扑结构。通过设计多级电压突降保护算法、电流脉宽实时检测、纳秒级脉冲控制技术以及多种抗干扰措施，保障了脉冲发生器在高频电磁干扰环境下安全稳定运行。实验结果表明，该脉冲发生器产生电压的脉宽和死区时间最小1 μs，最大重复频率100 kHz，为变频电机全参数绝缘测试提供了新平台。

    变频电机绝缘测试现场可编程逻辑门阵列局部放电耐电晕

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    卫星电源系统的数字伴飞建模方法

    王盟赵光权刘大同彭喜元...
    166-178页
    查看更多>>摘要：电源系统是卫星的重要部件，为在轨卫星提供连续稳定的能源。建立卫星电源系统数字伴飞模型，对于其在轨状态的监测、模拟、控制、预测等具有重要的意义。针对现有模型保真度较低、虚实同步困难的问题，本文提出一种卫星电源系统的数字伴飞建模方法。首先，通过电路等效法、数学等效法，状态空间平均的小信号建模等方法建立卫星电源系统高保真机理模型。其次，使用遥测数据动态参数辨识和参数提取的方法获取模型的动态输入输出，驱动机理模型动态更新。最后，利用高轨遥感卫星开展模型的数字伴飞实验验证。实验结果表明，本文提出的卫星电源伴飞模型典型输出参数的准确率高于95%，且可与在轨卫星实现 0。5 s/次的虚实同步映射与数字伴飞。

    卫星电源系统数字伴飞机理模型数学等效动态参数辨识

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    基于辅助阻抗匹配支路的超声波时差测量系统

    刘权赵俊奎曹建元邹明伟...
    179-187页
    查看更多>>摘要：为了抑制超声波时差测量系统的静态时间差，本文提出了一种基于辅助阻抗匹配支路的新型拓扑结构，并最终基于该拓扑结构成功研制出了一台超声波时差测量系统样机。基于样机和自制的换能器，分别进行了不同驱动频率、不同匹配电阻以及高温工况下(200℃、230℃和 260℃)的静态时间差的测试，并通过实流标定实验验证了整套系统的精度和可行性。结果表明，通过辅助阻抗匹配支路的加入能够有效的抑制系统静态时差的均值及其波动范围，且在 200℃、230℃和 260℃的高温环境下实现了最低-0。279 ns的静态时差。最终，系统在低流量 440 m3/h处精度等级可达 0。15%，中、高流量 1 503～4 397 m3/h范围内精度可达 0。05%，验证了辅助阻抗匹配支路的可行性，为超声波时差测量提供了一种高精度和低静态时差的解决方案。

    超声波流量计换能器辅助阻抗匹配静态时差

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    基于准直激光的跟踪合作目标小范围二维姿态测量方法研究

    邱启帆程智高豆豆董登峰...
    188-196页
    查看更多>>摘要：为了解决远距离激光跟踪合作目标的高精度二维姿态测量问题，提出了一种基于准直激光的跟踪合作目标小范围二维姿态高精度测量方法。首先，详细阐述了角锥棱镜的光学特性与基于角锥棱镜的激光跟踪原理;其次提出了一种利用开孔角锥棱镜和光电探测器的二维姿态测量方法，并分析了激光光束向量、开孔角锥棱镜、光电探测器与合作目标的数学关系，建立了姿态解算模型，并设计了一款合作目标靶标;最后构建了高精度姿态测量系统，进行了实验数据采集与参数模型标定，并通过验证实验进行了精度分析与评价。实验结果表明，本文所提出的测量装置精巧实用，在±5°的工作范围内测角误差不超过 0。011°，满足高精度的工程应用需求。

    姿态测量准直激光束激光跟踪

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