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《仪器仪表学报》 CSCD 北大核心

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《仪器仪表学报》创刊于1980年，由中国科学技术协会主管、中国仪器仪表学会主办，是中国仪器仪表领域的顶级学术刊物，主要报道仪器仪表领域及其交叉学科具有创新性的基础理论研究、工程技术应用的优秀科研成果。...查看详情>>
  • 主办单位中国仪器仪表学会
  • 国际标准连续出版物号0254-3087
  • 国内统一连续出版物号11-2179/TH
  • 出版周期月刊
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面向复杂工业场景的人体姿态估计性能增强方法
1
作者 李帆雅 张泽辉 +2 位作者 陈博洋 徐晓滨 管聪 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第8期255-265,共11页
人体姿态估计是工业制造5.0的重要支撑技术之一,已经在行为识别、人机交互、数字孪生等多种场景展开了应用。然而,在复杂工业场景下,告示牌、管线、立柱等物品极易对作业人员形成局部或全局遮挡,导致人体姿态估计模型在关键点定位时出... 人体姿态估计是工业制造5.0的重要支撑技术之一,已经在行为识别、人机交互、数字孪生等多种场景展开了应用。然而,在复杂工业场景下,告示牌、管线、立柱等物品极易对作业人员形成局部或全局遮挡,导致人体姿态估计模型在关键点定位时出现偏差,造成模型对姿态估计的准确率降低。针对该问题,提出了一种面向复杂工业场景的人体姿态估计性能增强方法,该方法首先基于量子化自编码器对人体关键点进行结构化建模,将关节点特征映射到量子化隐空间,以提升人体部分遮挡时姿态估计的准确率。然后,针对工人遮挡数据集构建困难的问题,创新地提出了一种面向人体姿态遮挡的动态数据增强训练方法,在模型训练过程中,通过评估人体姿态估计模型在数据集上对各关键点的估计结果,使用工业场景真实遮挡物动态生成符合工业场景特征的工人遮挡图片用于下一次模型训练,进一步提升模型在人体姿态估计任务中的鲁棒性。实验结果证明,所提的方法在自建数据集上相比先进方法PCT平均准确率AP和平均召回率AR分别提升了3.8%和2.7%,其能够有效地应对复杂工业场景中的作业人员人体遮挡问题。 展开更多
关键词 人体姿态估计 工业遮挡 数据增强 计算机视觉
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面向神经血动力与电生理监测的一体化fNIRS-EEG成像系统 被引量：2
2
作者 王语珂 朱闻睿 +2 位作者 张丽敏 高峰 刘东远 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第4期184-192,共9页
近年来,功能性近红外光谱成像(fNIRS)和脑电图(EEG)已经广泛应用于建立自然和社会交互场景下的神经认知响应与精神状态的脑功能测量与分析。尽管已有一些fNIRS-EEG双模态研究,但多为分立设备实现,数据存在测量通道有限、灵敏度低、数据... 近年来,功能性近红外光谱成像(fNIRS)和脑电图(EEG)已经广泛应用于建立自然和社会交互场景下的神经认知响应与精神状态的脑功能测量与分析。尽管已有一些fNIRS-EEG双模态研究,但多为分立设备实现,数据存在测量通道有限、灵敏度低、数据不同步等诸多问题。为了更好地在日常情境下探索大脑的神经电生理变化过程,发展了一种轻量型fNIRS-EEG双模态成像系统,实现了覆盖全脑的fNIRS(80通道)和EEG(32通道)的同步采集、实时传输以及结果可视化。首先通过一系列的性能评估实验验证了系统的性能:就fNIRS测量而言,多源并行测量模式下系统波动程度<1%,线性度>0.99,可以准确探测10 mm深度下20%的波动变化;就EEG测量而言,系统输入参考噪声<1μV,信噪比可达52 dB(输入信号100μV),共模抑制比可达112 dB;就一体化测量而言,系统可实现20 Hz(fNIRS)和500 Hz(EEG)的高信效度全并行采样以及传输,并提供基于终端时钟的时间戳信息,以实现同步触发超扫描监测。进一步地,利用稳态视觉诱发实验验证了所发展系统的在体监测能力。综上,系统可以实现在同一时间标准下大脑神经电信息与血氧活动信息一体化动态采集,为日常情境脑感知和认知监测提供了新的仪器平台。 展开更多
关键词 功能性近红外光谱成像 脑电图 全并行采样
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一种改进的鸟瞰图视角下相机/激光雷达融合感知算法
3
作者 夏若炎 徐晓苏 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第5期170-182,共13页
在自动驾驶感知任务中,通过将不同模态的信息投影到统一的空间表示,实现基于鸟瞰图的相机和激光雷达特征多模态融合已成为主流研究范式。虽然BEVFusion等代表性框架能够实现较高的三维目标检测精度,但其在二维图像特征向BEV空间的视角... 在自动驾驶感知任务中,通过将不同模态的信息投影到统一的空间表示,实现基于鸟瞰图的相机和激光雷达特征多模态融合已成为主流研究范式。虽然BEVFusion等代表性框架能够实现较高的三维目标检测精度,但其在二维图像特征向BEV空间的视角转换过程中依赖深度预测,该模块不仅模型复杂、参数冗余,还存在推理效率低、内存消耗高等问题,对硬件资源提出了较高的要求,限制了模型在边缘设备或资源受限场景中的部署与应用。针对上述问题,在BEVFusion框架基础上,围绕视角转换过程的精度与效率瓶颈展开研究,提出了一种融合相机与激光雷达信息的BEV视觉特征优化算法。该算法利用激光雷达提供的深度信息替代图像深度预测,通过将其嵌入图像特征表达过程,实现对原有视角转换路径的结构性简化,并对BEV空间构建与池化模块进行了精简重构,有效降低了计算复杂度。实验结果表明,在保持三维物体检测精度不变的前提下,优化后方案将关键模块推理时间缩短至原方案的16%,端到端推理速度提升83%,峰值显存占用降低27%,同时显著减轻了对输入图像分辨率的限制,增强了模型对算力资源的适应能力,提升了其在实际部署中的可行性。 展开更多
关键词 激光雷达 相机 融合感知 鸟瞰图 模型优化
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用于焊缝缺陷检测的双弧V型EMAT设计与优化
4
作者 申鑫 涂君 +2 位作者 宋旖旎 张付春 宋小春 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第7期297-306,共10页
尽管无损检测技术在工业领域有较广泛的应用,在满足焊缝缺陷的高精度、高分辨率检测需求时仍面临巨大挑战。以核电、船舶等领域的板焊缝为例,其结构通常尺寸紧凑、分布位置复杂,常位于边角、加强筋交汇处或其他难以接近的区域,对检测探... 尽管无损检测技术在工业领域有较广泛的应用,在满足焊缝缺陷的高精度、高分辨率检测需求时仍面临巨大挑战。以核电、船舶等领域的板焊缝为例,其结构通常尺寸紧凑、分布位置复杂,常位于边角、加强筋交汇处或其他难以接近的区域,对检测探头的体积和布置方式提出了严格要求,往往只能在焊缝附近进行检测。现有超声检测多依赖接触式耦合或体积较大的换能器,难以兼顾狭小空间下的激励效率和缺陷识别灵敏度,且在面对小尺寸缺陷时信噪比较低。为此,设计了一种新型双弧V型点聚焦电磁超声换能器,采用双弧曲折线圈与V型对称布局,在限定激励超声能量区域的同时显著提升了激励波束的方向性与聚焦性能。通过建立有限元模型,系统分析了V型夹角、圆心角及近场区对换能器聚焦性能和缺陷响应幅值的影响,并优化了双弧线圈弧度和V型夹角等关键参数,从而增强了对表面及近表面微小缺陷的响应能力。随后搭建实验平台,对焊缝中的裂纹和气孔缺陷进行了检测。研究表明,传统换能器对微裂纹和孔状缺陷的检测效果有限,而所提出的新型换能器不仅能够获取清晰的反射信号,在检测尺寸为10 mm×0.5 mm×0.2 mm的裂纹及直径1 mm的气孔时,最低信噪比达到23.41 dB,显著提升了检测灵敏度,为复杂结构焊缝缺陷检测提供了一种高灵敏度、非接触式检测新方案。 展开更多
关键词 无损检测 电磁超声换能器 超声聚焦 焊缝缺陷检测
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基于Sampson距离参数估计的光纤水听器弱信号解调方法 被引量：1
5
作者 梁楸岷 王敏 +2 位作者 杨平 王文侠 郑慧峰 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第3期345-357,共13页
基于3×3耦合器的干涉型光纤水听器在海洋目标监测中已经进入工程化应用阶段,其相移信号解调通常采用基于最小二乘法的椭圆拟合对干涉信号进行参数估计,以消除非理想3×3耦合器引起的解调结果偏差问题。然而,当光纤水听器接收... 基于3×3耦合器的干涉型光纤水听器在海洋目标监测中已经进入工程化应用阶段,其相移信号解调通常采用基于最小二乘法的椭圆拟合对干涉信号进行参数估计,以消除非理想3×3耦合器引起的解调结果偏差问题。然而,当光纤水听器接收信号较弱,通过干涉仪产生的相移较小时,干涉信号形成的李萨如图椭圆不完整,最小二乘法的高曲率偏差问题会导致拟合解调的相移信号结果出现较大偏差。此外,尽管正交距离拟合方法可以有效拟合不完整椭圆,但其计算复杂且耗时较长,不利于实现实时解调。针对上述问题,提出了一种基于Sampson距离参数估计的光纤水听器弱信号解调方法。通过Sampson距离拟合3×3耦合器光纤水听器接收弱信号时形成的不完整李萨如图椭圆,能够准确拟合估计光纤水听器输出干涉信号参数,不仅提高了解调精度,还显著提升了计算效率,优于正交距离拟合方法。通过数值仿真对比分析了Sampson距离与最小二乘法、正交距离的解调结果。结果表明,所提Sampson距离解调方法在弱信号条件下的拟合解调误差小于最小二乘法,且解调耗时远低于正交距离。依托激光干涉法自由场校准系统和振动液柱法低频校准系统,分别在10~30 kHz、20 Hz~2 kHz频率范围内对光纤水听器解调方法进行了实验对比验证,证明了所提Sampson距离解调方法的有效性。 展开更多
关键词 干涉型光纤水听器 非理想3×3耦合器 Sampson距离 椭圆拟合 弱信号解调
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基于TV-KF的矿浆液位电阻抗成像方法研究
6
作者 李曦婷 高云鹏 +2 位作者 谢琴 杨唐胜 王俊霖 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第2期141-151,共11页
针对浮选过程矿浆液位难以准确检测、可视化程度低、现有电阻抗成像算法过于平滑的问题,提出了全变差正则化与卡尔曼滤波相结合的混合TV-KF矿浆液位电阻抗成像方法。首先,构建浮选矿浆液位测量场域模型获取场域边界电压,建立基于全变差... 针对浮选过程矿浆液位难以准确检测、可视化程度低、现有电阻抗成像算法过于平滑的问题,提出了全变差正则化与卡尔曼滤波相结合的混合TV-KF矿浆液位电阻抗成像方法。首先,构建浮选矿浆液位测量场域模型获取场域边界电压,建立基于全变差正则化的浮选过程误差函数计算矿浆液位初始电导率值;其次,基于全变差正则化算法计算电导率值作为卡尔曼滤波算法预测方程的先验信息,利用不同时刻的测量电压值对卡尔曼滤波算法的更新方程和预测方程进行迭代;最后,基于提出的TV-KF电阻抗成像算法求解矿浆液位电导率分布,获得准确的矿浆液位检测结果。仿真和实测结果表明:所提算法重建的矿浆与泡沫分界面清晰度更高、边缘特性更好,获取的矿浆液位信息全面准确,在不同矿浆液位仿真模型中PCC均达到85%以上,相比其他重建算法IRE值更低、重建效果更优;现场实验平台矿浆液位实测最大误差<2.4 cm,满足浮选工业现场液位准确检测需求;相较已有方法具有更强的泡沫层信息可视化能力及浆料适用性、对泡沫波动变化有更高的灵敏度,可持续稳定测量矿浆液位,对当前浮选现场有良好应用价值。 展开更多
关键词 浮选过程 电阻抗成像 全变差正则化 卡尔曼滤波 液位检测
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基于蚁群算法与人工势场法融合的移动机器人路径规划 被引量：10
7
作者 邓冬冬 许建民 +1 位作者 孟寒 杨炜 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第2期1-16,共16页
为解决移动机器人在复杂环境和动态障碍物条件下规划出的全局路径质量差以及局部路径易于陷入局部最优等问题,提出一种基于蚁群算法与人工势场法的融合算法。首先,针对传统蚁群算法全局搜索能力差,收敛速度慢等问题,优化了其搜索方式,... 为解决移动机器人在复杂环境和动态障碍物条件下规划出的全局路径质量差以及局部路径易于陷入局部最优等问题,提出一种基于蚁群算法与人工势场法的融合算法。首先,针对传统蚁群算法全局搜索能力差,收敛速度慢等问题,优化了其搜索方式,构建了新的信息素更新规则,引入了修正后的启发式信息,设计了路径节点优化策略以提高其路径质量和搜索效率;其次,通过将移动机器人到目标点的相对距离加入到斥力势场函数中以及设置子目标点来解决传统人工势场法存在目标不可达和局部极小值的问题;最后,融合改进后的蚁群算法和改进后的人工势场法来提高融合算法在复杂动态和静态环境下的路径规划性能。通过仿真分析选取改进人工势场法的参数组合。仿真结果表明:改进蚁群算法较传统蚁群算法最优路径缩短26.23%,路径转折点减少60.00%,搜索效率提升73.75%;改进人工势场法有效地解决了传统人工势场法的局限性同时提高了其局部避障能力;融合算法在保持贴合全局最优路径的前提下能够规划出无碰撞平滑路径。实验结果表明:在实际场景中,与现有传统算法相比,改进蚁群算法规划出的路径更短;在Gazebo物理仿真平台中,融合算法能够对静态障碍物进行有效避障,验证了其理论可行性。 展开更多
关键词 移动机器人 路径规划 蚁群算法 人工势场法 融合算法
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面向道路病害检测的步进频率雷达高分辨成像方法
8
作者 晋良念 罗盛耀 熊思宇 《仪器仪表学报》 2025年第10期384-395,共12页
步进频率探地雷达作为道路结构层病害无损检测的关键技术,其成像分辨率直接影响了对病害检测识别的可靠性和精度。针对现有的步进频率探地雷达用于道路病害检测时成像分辨率低,而采用压缩感知方法又面临着正则化参数选择困难、依赖人工... 步进频率探地雷达作为道路结构层病害无损检测的关键技术,其成像分辨率直接影响了对病害检测识别的可靠性和精度。针对现有的步进频率探地雷达用于道路病害检测时成像分辨率低,而采用压缩感知方法又面临着正则化参数选择困难、依赖人工经验等问题,提出了一种基于交替方向乘子网络的一维高分辨成像方法。所提方法通过将交替方向乘子算法(ADMM)的迭代过程展开为具有物理意义的深度网络结构,构建了包含重构层、非线性变换层和乘子更新层的端到端学习框架。重构层负责实现信号的反向传播计算,非线性变换层通过软阈值函数施加稀疏约束,乘子更新层则完成拉格朗日乘子的迭代更新,3个层级的协同工作使得网络能够通过训练自适应地学习最优参数组合。在获得网络输出的最优反射系数序列后,将其与雷克子波进行褶积运算,最终生成高分辨一维像。为了验证方法的可行性,通过gprMax电磁传播仿真软件,采集了3种病害场景仿真数据,并且用团队自主开发的步进频率雷达样机采集实测数据。仿真与实测结果表明,所提方法在保持高分辨率的同时具有优异的抗噪声性能,与改进的正交匹配追踪算法(OMP)相比,精度提升约2%,分辨率提高近2倍;与ADMM算法相比,分辨率提升约1%,这充分说明了方法的可行性。 展开更多
关键词 探地雷达 步进频率信号 一维高分辨成像 交替方向乘子网络
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SAM2融合RGB-D坐标转换的工件几何参数测量
9
作者 宋涛 王泓竣 +2 位作者 简圣前 汤斌 邹政 《仪器仪表学报》 2025年第10期331-344,共14页
尺寸测量是工业产品外观质检的重要环节,传统接触式测量效率低、受主观因素影响大。而视觉测量需针对不同对象设计对应的尺寸边界提取方案,高精度三维测量更是开发难度大,适用性不足。针对以上问题,故提出一种基于零样本分割大模型(SAM2... 尺寸测量是工业产品外观质检的重要环节,传统接触式测量效率低、受主观因素影响大。而视觉测量需针对不同对象设计对应的尺寸边界提取方案,高精度三维测量更是开发难度大,适用性不足。针对以上问题,故提出一种基于零样本分割大模型(SAM2)融合RGB-D坐标转换的非接触式工件主体参数测量方法。首先,评估阈值分割、边缘分割、颜色空间分割、GrabCut分割这4类传统图像分割算法的掩膜分割效果,选取其中最优者GrabCut分割,与主流深度学习分割算法及SAM2进行对比,以证明SAM2的优越性;然后,搭建双目立体视觉实验平台,采集工件高精度点云,并对点云进行滤波、平滑、空洞填补等处理,然后采集目标工件深度图和RGB图,利用SAM2的零样本泛化分割能力,通过正负点交互引导,在RGB图上实现高精度目标分割,得到初始掩膜;接着采用形态学优化和连通域分析生成拓扑闭合的平滑掩膜,并通过主成分分析(PCA)提取其特征骨架;最后沿骨架生成垂线段并融合对齐的深度图三维坐标计算几何参数。通过对比数显游标卡尺和点云的测量结果,对所提方法测量结果进行分析。实验结果表明,在套筒、钳具和电机这3类工件测量中,套筒直径测量平均绝对误差为0.0175 mm,钳具与电机参数测量平均绝对误差分别为0.0283和0.0237 mm,均满足精度要求。 展开更多
关键词 工件几何参数测量 SAM2 RGB-D图 非接触测量
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基于异构传感器双重滤波融合的掘进机位姿感知系统
10
作者 殷壮 张坤 +2 位作者 亓玉浩 田胜利 刘治翔 《仪器仪表学报》 2025年第10期267-281,共15页
针对综掘工作面空间受限、单一传感器难以实现掘进机位姿长周期高精度的监测难题,提出了一种基于异构传感器双重滤波融合的掘进机位姿感知方法。首先,建立了基于改进自适应Canny算子的激光视觉掘进机位姿解算子系统,识别并解析激光落点... 针对综掘工作面空间受限、单一传感器难以实现掘进机位姿长周期高精度的监测难题,提出了一种基于异构传感器双重滤波融合的掘进机位姿感知方法。首先,建立了基于改进自适应Canny算子的激光视觉掘进机位姿解算子系统,识别并解析激光落点光斑几何信息,进而获取机身横向偏移、垂直偏移及三轴姿态;其次,构建了基于改进加权Chan-Taylor混合定位方法的超宽带位姿感知子系统,有效弥补传统超宽带定位解算的非视距误差及初值依赖问题,同时建立掘进机机身姿态解算补偿模型以降低环境信号反射对定位精度的影响;在此基础上,构建完整的双重滤波组合位姿融合架构,采用改进自适应扩展卡尔曼滤波算法分别对激光视觉和超宽带定位子系统位姿输出进行一重滤波降噪,再利用自适应加权算法对滤波后的冗余位姿参数进行二次融合滤波,既补偿了超宽带定位的不稳定解算误差,又克服了激光视觉系统因短时丢靶导致的数据丢失问题,实现多源传感器优势互补。最后,基于EBZ200型掘进机等比例缩小样机,搭建了掘进机多源传感器组合位姿感知实验平台并开展评估实验,结果表明,该多源异构传感器滤波融合位姿感知系统机身位置检测误差<13 mm,姿态检测误差<0.8°,为综掘流程中掘进机连续精准定位提供了有效技术方案。 展开更多
关键词 位姿感知 掘进机 视觉 超宽带 滤波融合
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结合几何误差模型和神经网络的三坐标测量机全面误差补偿方法
11
作者 梁健 封善斋 +2 位作者 甄明吉 宫鹏飞 吴斌 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第7期150-159,共10页
三坐标测量机作为精密测量与高端制造领域的核心设备,其测量精度受到几何误差和非几何误差的制约。传统基于激光干涉仪的误差补偿方法存在效率低下及补偿模型不完善的问题,难以满足日益提升的测量精度需求。针对上述挑战,提出了一种结... 三坐标测量机作为精密测量与高端制造领域的核心设备,其测量精度受到几何误差和非几何误差的制约。传统基于激光干涉仪的误差补偿方法存在效率低下及补偿模型不完善的问题,难以满足日益提升的测量精度需求。针对上述挑战,提出了一种结合几何误差模型与神经网络的综合误差补偿方法,实现对复杂误差的高效精准补偿。针对几何误差,基于刚体运动学构建误差模型,并采用自适应差分演化算法实现高精度的误差参数辨识;针对非几何误差,设计了一种基于邻域误差特征的新型神经网络,利用多头自注意力机制深入捕捉邻域测量空间中的误差分布特性,相较于传统仅以目标点位置为输入的网络方法显著提升了预测效果。实验结果表明,采用所提方法补偿后,标称精度为2.8+L/400μm的三坐标测量机最大探测误差降至0.35μm,长度测量误差为0.5+L/400μm,较原厂标称数据有明显提升,充分验证了其适用性和实用价值。此外,与传统误差补偿方法相比,所提方法在几何误差和非几何误差上均展现了显著优势,实现了高鲁棒性,高效且准确的全面误差补偿。该方法为三坐标测量机等精密测量设备的误差控制与性能优化提供了切实可行的新途径,具有重要的工程推广意义和广阔的应用前景。 展开更多
关键词 三坐标测量机 误差补偿 几何误差 非几何误差 神经网络
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基于改进RRT算法的双臂服务机器人运动规划研究 被引量：5
12
作者 郭俊锋 袁俊平 朱红霞 《仪器仪表学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期210-220,共11页
针对双臂服务机器人末端导航效率、实时性、鲁棒性以及路径全局最优等问题,提出了一种基于改进快速随机探索树算法的双臂服务机器人末端路径规划方法。该方法利用两棵随机树父节点连线随机采样,结合目标偏差角和随机值来改变固定步长搜... 针对双臂服务机器人末端导航效率、实时性、鲁棒性以及路径全局最优等问题,提出了一种基于改进快速随机探索树算法的双臂服务机器人末端路径规划方法。该方法利用两棵随机树父节点连线随机采样,结合目标偏差角和随机值来改变固定步长搜索策略,并引入人工势场法对随机采样进行局部优化,有效平衡原始算法的随机性和盲目性,从而提高路径质量并缩短规划时间。之后去除路径冗余点并采用3次B样条曲线平滑路径,优化双臂末端运动,减少抖动。采用主从规划法,先进行主臂的避障规划,从臂再依据主臂路径规划避障和避碰路径。通过MATLAB仿真和真实实验平台验证了该算法在复杂度相同环境下的迭代次数、规划时间和最终路径长度方面均优于传统RRT及其他改进算法,显著提升了双臂服务机器人的路径规划效率和质量。 展开更多
关键词 快速随机探索树 双臂服务机器人 主从规划 路径规划
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面向工件自动化装配的空间位姿柔性接触式测量方法研究 被引量：2
13
作者 郭文婷 陈东生 +1 位作者 程思博 孙若依 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期75-83,共9页
自动化装配精度极其依赖于自动化位姿测量精度。目前常用的位姿测量方法基于非接触式测量方法,该方法随光照、畸变等影响鲁棒性不高。为提高位姿测量柔性和鲁棒性,本文提出一种基于接触式位姿测量方法,该方法基于多测针接触式测量系统,... 自动化装配精度极其依赖于自动化位姿测量精度。目前常用的位姿测量方法基于非接触式测量方法,该方法随光照、畸变等影响鲁棒性不高。为提高位姿测量柔性和鲁棒性,本文提出一种基于接触式位姿测量方法,该方法基于多测针接触式测量系统,通过解耦将位姿调节量转化为姿态、圆心、相位相互独立的测算量。首先采用视觉引导方式构建视觉坐标系实现点位测量路径自更新实现柔性测量,然后通过测量工件平面、圆周、孔位圆周获取坐标点位,最后采用最小二乘法拟合平面并将圆周点位进行投影拟合圆心,求解定位孔圆心构成的向量空间夹角得到姿态、相位及圆心的调整量。本文所述方法可以提高测量效率,解耦调整方式大大降低了位姿联调的相互影响,提高了位姿测量的柔性和鲁棒性。通过实验对本文所提方法的有效性进行验证,实验结果表明:采用空间位姿柔性接触式测量方法进行测量后调整,其工件相对位置偏差在0.075 mm以下,姿态角度偏差在0.02°以下,相位角度偏差在0.055°以下。 展开更多
关键词 接触测量 最小二乘法 位姿检测 工业机器人
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基于谱特征自适应估计的激光相干语音探测信号增强方法 被引量：4
14
作者 芮小博 孔欣玥 +2 位作者 伍洲 张文喜 曾周末 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期326-335,共10页
针对激光相干语音探测引入的缓变宽带背景噪声和测振目标造成的信道作用,本文提出了基于分析-重合成框架,针对特定说话人的语音增强方法。该方法首先提取观测语音特征:基音频率、浊音概率、MCEP系数,其中,MCEP系数是能够表示谱包络形状... 针对激光相干语音探测引入的缓变宽带背景噪声和测振目标造成的信道作用,本文提出了基于分析-重合成框架,针对特定说话人的语音增强方法。该方法首先提取观测语音特征:基音频率、浊音概率、MCEP系数,其中,MCEP系数是能够表示谱包络形状的谱包络特征。通过观测语音的谱包络特征和预训练的对应说话人语音谱包络特征GMM,估计对应的纯净语音谱包络特征,再与观测语音的基音频率和浊音概率一起重新合成语音信号,实现语音增强。噪声和信道参数的估计通过最大化观测语音谱包络特征后验概率的自适应估计实现,然后通过MMSE估计得到纯净语音谱包络特征的估计值。合成信号实验和实际信号采集实验检验了本文提出算法在激光相干语音探测场景下的去噪和均衡能力。 展开更多
关键词 激光相干语音探测 语音增强 混合高斯模型 矢量泰勒级数
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GIS缺陷检测用低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器 被引量：2
15
作者 史天一 张昭宇 +2 位作者 张轩瑞 韩旭涛 李军浩 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期61-71,共11页
针对气体绝缘组合电器(GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知,本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证,使用蓝牙低功耗(BLE)实现传感器与客户端通信。首次将伪随机M序列应用于压电传... 针对气体绝缘组合电器(GIS)机械和绝缘缺陷的同时同地感知,本文提出一种低功耗智能无线振动加速度-声发射融合传感器。进行了传感器融合结构设计和仿真验证,使用蓝牙低功耗(BLE)实现传感器与客户端通信。首次将伪随机M序列应用于压电传感器的阻抗响应自校准,单次校准仅需数毫秒和数毫瓦。测试结果表明,传感器100 Hz~2 kHz内平均振动灵敏度为511 mV/g, 20~100 kHz内超声灵敏度稳定在70~90 dB之间,相对不确定度小于2%;工作距离小于8 m时,数据传输速率在1 Mbps以上。在设置金属颗粒缺陷的实际GIS设备上开展机械振动-局部放电联合试验,结果表明传感器可实现设备机械振动和超声波信号的同时同地测量,为电力设备运行状态的分布式检测提供了新型有效的方法和手段。 展开更多
关键词 GIS缺陷检测 低功耗 智能 无线 振动加速度-声发射融合传感器
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面向高能效电热除冰的冰结合状态感知方法研究 被引量：1
16
作者 周翼 郭玉东 +2 位作者 桂康 葛俊锋 叶林 《仪器仪表学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期24-35,共12页
针对飞机电热除冰过程中冰结合状态的感知难题,提出了基于弛豫极化效应的原位在体探测方法,首先,揭示了相态和分子热运动对冰粘附作用的影响机制,阐明了基于复阻抗测量的4种冰结合状态的检测机理。然后,设计了一种探除冰一体化功能薄膜... 针对飞机电热除冰过程中冰结合状态的感知难题,提出了基于弛豫极化效应的原位在体探测方法,首先,揭示了相态和分子热运动对冰粘附作用的影响机制,阐明了基于复阻抗测量的4种冰结合状态的检测机理。然后,设计了一种探除冰一体化功能薄膜,并在融冰实验中对界面相态的动态变化过程进行了表征,确定了冰结合状态感知的核心特征,进而建立了覆冰结合状态弱化的判断准则。在预应力脱冰实验中,该准则可有效确定覆冰脱落的时间范围,有望显著提升电热除冰过程中冰结合状态感知的准确率,并为航空器高能效电热除冰提供关键技术支撑。 展开更多
关键词 结冰探测 复阻抗结冰感知 冰结合状态 探除冰一体化
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基于双通道Residual-LSTM的SINS/GNSS组合导航算法 被引量：1
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作者 奔粤阳 王奕霏 +2 位作者 李倩 魏廷枭 周一帆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期325-333,共9页
针对全球导航卫星系统信号中断情况下SINS/GNSS组合导航系统无法持续进行误差校正的问题,提出一种基于双通道Residual-LSTM的SINS/GNSS组合导航算法。首先,考虑到SINS经度、纬度误差传播特性不同所导致的模型输入、输出信息之间的非线... 针对全球导航卫星系统信号中断情况下SINS/GNSS组合导航系统无法持续进行误差校正的问题,提出一种基于双通道Residual-LSTM的SINS/GNSS组合导航算法。首先,考虑到SINS经度、纬度误差传播特性不同所导致的模型输入、输出信息之间的非线性相关性差异化,构建具有不同权重系数的双通道长短期记忆神经网络模型结构,并引入遗忘信息共享机制自适应地利用历史导航数据对经度、纬度信息进行拟合预测。其次,针对深层神经网络存在的模型退化和梯度消失问题,在多层双通道LSTM网络之间建立残差高速通道形成Residual-LSTM模型结构,以增加不同网络层次之间的信息传播路径。最后,通过实船数据验证本文所提算法的有效性。实验结果表明,与基于常规智能方法的SINS/GNSS组合导航算法相比,所提组合导航算法在GNSS信号中断期间经度误差降低了51.97%,纬度误差降低了31.45%。 展开更多
关键词 SINS/GNSS组合导航 GNSS中断 双通道结构 残差长短期记忆神经网络 深度神经网络
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表面波相控变频电磁声传感器的研制
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作者 何存富 王永慷 +2 位作者 高杰 张义政 吕炎 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期90-98,共9页
电磁声传感器(EMAT)因其具有非接触、可设计性强等优势,在无损检测领域得到了广泛的应用。目前,大多数EMAT只能在固定频率下激发超声波,限制了传感器的应用范围,为此,提出了一种新型相控变频电磁超声传感器(PC-FC-EMAT),通过调控传感器... 电磁声传感器(EMAT)因其具有非接触、可设计性强等优势,在无损检测领域得到了广泛的应用。目前,大多数EMAT只能在固定频率下激发超声波,限制了传感器的应用范围,为此,提出了一种新型相控变频电磁超声传感器(PC-FC-EMAT),通过调控传感器激励信号的相控时延,可达到变频激励的目的。首先,提出了PC-FC-EMAT的设计方案,建立了PC-FC-EMAT的频域响应模型,揭示了洛伦兹力空间响应下相控时延对频域响应的作用机理;其次,建立了PC-FC-EMAT多物理场耦合仿真模型,研究了相控时延对PC-FC-EMAT时域及频域响应的作用规律,仿真验证了相控时延对PC-FC-EMAT频率响应的调控作用;最后,研制了PC-FC-EMAT,并开展实验研究。实验结果表明,所研制的的PC-FC-EMAT可实现4~12 mm的波长调控,频带范围覆盖252~687 kHz,满足设计要求。 展开更多
关键词 电磁声传感器 相控变频 表面波 时间延迟
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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 被引量：3
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作者 孙宏军 徐浩文 +1 位作者 丁红兵 刘雨航 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期111-119,共9页
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... 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N_(2)、CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)测量介质的均方根误差为0.05%。 展开更多
关键词 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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基于局部能量密度的中介轴承故障特征提取与诊断方法 被引量：3
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作者 栾孝驰 郝冠丞 +2 位作者 沙云东 张振鹏 赵奉同 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期239-250,共12页
针对航空发动机中介轴承振动信号在复杂传递路径和强背景噪声条件下的故障特征提取难题,本文提出了一种基于局部能量密度(LED)的中介轴承故障特征提取与诊断方法。首先,采用奇异谱分析对故障信号进行初步的降噪处理,并通过基于余弦值的... 针对航空发动机中介轴承振动信号在复杂传递路径和强背景噪声条件下的故障特征提取难题,本文提出了一种基于局部能量密度(LED)的中介轴承故障特征提取与诊断方法。首先,采用奇异谱分析对故障信号进行初步的降噪处理,并通过基于余弦值的方法确定最优的重构阶次,以保留信号中的关键故障信息。接着,引入新指标LED,用于量化故障特征频率及其谐波在局部频率范围内的能量比例。该指标不仅能有效提取微弱的故障特征,而且对于实际故障频率与理论故障频率之间可能存在的偏差表现出较强的鲁棒性。以LED作为适应度函数,通过人工蜂鸟算法优化的最大相关峭度解卷积(MCKD)增强奇异谱分析降噪后信号中的故障特征。最后,通过包络谱分析完成故障诊断。本文通过中介轴承故障模拟实验和加噪实验验证了所提方法的有效性,实验结果表明,与现有的故障诊断技术相比,本文所提出的方法的故障特征系数(FFC)和LED分别增加20.7%~218%和22.9%~134%。在0 dB,-4 dB和-10 dB噪声条件下,该方法仍准确地识别到外圈故障的特征频率及倍频,表明所提出的SSA_MCKD能有效降低信号噪声并提取滚动轴承的故障特征。 展开更多
关键词 中介轴承 奇异谱分析 最大相关峭度解卷积 局部能量密度 人工蜂鸟算法 故障诊断
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