仪器仪表学报杂志

仪器仪表学报杂志2021年第5期

• 激光三角法位移测量多项式拟合及误差修正

  王成武，陆惠宗，吴俊杰，孙爱西，屠明亮

  基于非接触高测量精度、便于使用等特点,激光三角法测距在科研和工业生产实践中已获得了广泛的应用。位移测量是通过激光斑在成像光敏面上的位移来决定的,在不同的应用中两者之间多项式拟合的参数选择也往往不同,选择合适的多项式,实现快速、高精度测量对不同的应用有很重要的意义。本文针对激光三角法位移测量被测面位移量y与成像光斑在光敏面上位移量x之间的非线性关系,系统分析了y作为x的函数用多项式拟合过程中的误差来源,实验搭建了一台小型激光三角位移传感器,根据实验测量数据,验证了搭建的激光三角位移测量装置满足Scheimflug条件,根据实验测量值和多项式拟合计算的位移值,定义了一个评判拟合质量的质量因子Q,通过计算Q,确定了最佳多项式拟合。

• 无限共轭距物镜的数值孔径全自动测量方法与系统

  张粹玲，张 蓓

  提出了一种针对无限共轭距显微物镜的数值孔径测量方法,采用载玻片与空气界面处的全反射效应以及其在物镜的后焦面产生的全反射圆作为数值孔径参考基准,根据阿贝正弦定理推导出物镜的数值孔径。完成了基于该原理的实验测试系统的研发,包括光学系统、控制系统和完整的后焦面算法流程。其中的图像处理算法采用了二维傅立叶相关分析和灰度统计。对若干实际的油浸物镜的数值孔径进行了测量,结果表明本方法相对误差低于1%,远低于本文对比的其它方法。本方法对应的实验测量装置简单,可快速、全自动化地对实际的油浸物镜的数值孔径进行测量,且测量结果具有高精度和高重复性的优势,能直接用于无限共轭距油浸物镜的数值孔径测量,解决当前制约我国高端镜头检测方面的困难,具有很好的应用前景。

• 激光 ICF 聚变靶丸轮廓测量系统标定方法

  卢孟爽，马仙仙，黄婧雯，刘子豪，邱丽荣

  针对激光惯性约束聚变靶丸轮廓高精度测量系统的溯源标定问题,提出一种基于激光差动共焦测量原理的标定溯源方法。该方法基于激光差动共焦靶丸测量系统轴向响应曲线过零点精确对应测量系统焦点的性质,首先利用激光差动共焦靶丸测量系统测量经中国计量科学研究院计量检定的标准椭圆块的圆度,其次通过比对测量值和标准椭圆块圆度计量值,得出该系统测量传递系数为1.03,最后通过多次检定验证测量的方法,完成系统的高精度标定。实验结果显示,利用标定完成的系统进行激光聚变靶金属球比对测量,其标准差为37nm,该标定方法的测量重复性为17nm,其为靶丸表面轮廓的高精度测量奠定了坚实基础。

• 一种改进型非交叉非对称 C-T 结构近红外 微型光谱仪设计

  周 颖，黄云彪，李东玲，温 泉

  针对基于固定光栅和阵列探测器的常规微型近红外光谱仪成本高、光谱范围窄等问题,提出了一种基于集成扫描光栅微镜的双探测器微型近红外光谱仪。该系统采用自制的集成扫描光栅微镜作为核心分光部件,可同时实现扫描与分光功能,光学系统设计利用两个聚焦镜和两个InGaAs单管探测器的空间布局避免不同光路之间的相互干扰,可实现双通道同时、独立工作,此外双通道探测器前内置不同截止波长的带通滤色片消除光谱重叠。采用光线追迹法建立了理论模型计算光学系统的初始结构参数;利用ZEMAX完成了光学系统的优化设计并给出优化结构参数。测试结果表明,该仪器工作波长范围:800~2532nm,分辨率:小于12nm(800~1600nm)、小于17nm(1600~2532nm),整体尺寸:145mm×135mm×75mm,具有宽光谱、小体积、低成本等优势。

• 基于偏最小二乘的数控机床热误差稳健建模算法

  魏新园，钱牧云，冯旭刚，苗恩铭，陈雨尘

  建立预测模型对热误差进行预测和补偿是解决机床热误差问题的常用方法,该方法中模型的预测精度和稳健性易受环境温度影响而明显下降,对此本文提出了基于偏最小二乘法的热误差稳健建模算法。首先使用相关系数法筛选温度敏感点,并建立热误差偏最小二乘回归预测模型。进而基于全年环境温度下的多批次热误差实验数据,分析最佳的温度敏感点个数。最后建立热误差偏最小二乘回归模型,并与普通多元线性回归模型的预测效果比对分析。结果表明本文所提算法平均预测精度为5.7μm,模型稳健性为0.56μm,相较于普通多元线性回归算法,预测精度和稳健性分别提高13.8%和49.5%。说明本文所提的热误差稳健建模算法能够在环境温度变化较大时保持高预测精度和高稳健性。

• 基于键合图的变压预紧力电主轴热误差建模研究

  戴 野，战士强，王建辉，宣立宇，王 刚

  高速电主轴工作过程中产生大量的热,导致主轴前端产生热变形,严重影响主轴加工精度。本文提出变压预紧力电主轴热误差预测模型,将传热学理论计算与键合图模型相结合,可实时且准确预测同类结构的电主轴热伸长。建立主轴的热-固耦合模型,通过有限元分析得到耦合作用下主轴温度场分布规律;根据温度场分布规律及热能流向,运用热力学理论将主轴整体模型划分节点,并计算出节点的热参数;搭配20-sim平台构建主轴热学键合图模型,将关键节点温度实时监测模块与热伸长模块关联,针对鼻端热伸长量,计算各关键点热变形并完成热误差建模。实验验证表明,所建立的键合图预测模型误差在0.5μm之内,研究成果可为不同工况下的智能电主轴实时热误差补偿提供理论基础。

• 基于误差来源的孔轴直线度检测的测点优化方法

  黄美发，刘廷伟，唐哲敏，刘振辉

  针对测量间距的选择难以兼顾准确及效率的问题,提出一种基于误差来源的孔轴直线度检测的测点优化方法。分析实际零件的误差来源,得到零件表面形状的尺寸误差;根据误差来源和直线度公差的工程语义,构建零件表面形状的模拟函数;基于误差理论的原理,在模拟函数的基础上分析测量间距与误差评定值的关系,构建测点集精度函数;对于给定的公差和加工方法,基于蒙特卡罗法仿真原理随机生成一系列模拟表面,用建立的测点集精度函数分析和统计各模拟表面的最佳测量间距,并进一步分析真实零件的最佳测量间距。最后,通过两个工程实例分别验证提出方法的准确性和有效性;实例结果表明,与理论方法相比,实例一(实例二)的轴向和径向的测点数分别减少1994(226)个和42(396)个,提出的方法在满足精度的条件下提高了测量效率。

• 圆光栅测角系统示值误差分析与补偿

  李尕丽，薛 梓，黄 垚，朱维斌，邹 伟

  首先针对引起圆光栅测角系统示值误差的主要来源(光栅盘的偏心及倾斜)进行理论研究,同时提出光栅盘与转动轴的同轴安装方法;利用中国计量科学研究院的全圆连续角度标准装置(测量不确定度为0.05″)对待测圆光栅测角系统直接进行溯源性测试,避免了圆光栅安装过程和间接溯源性测试(多面棱体和光电自准直仪配合校准)过程中引入的仪器误差;其次利用谐波理论分析偏心和倾斜以及其它阶次误差在频谱中的分布;最后针对安装偏心和倾斜造成的误差,进行谐波补偿。实验结果表明,测角系统的示值误差从补偿前的100″减小到了10″,有效消除了光栅盘安装偏心、倾斜造成的稳定可复现的误差谐波成分。

• 考虑热误差的双转台机床工艺误差谱预测方法

  吴 石，樊正东，刘献礼，李传东，王春风

  五轴数控机床的几何误差和热误差是影响工件加工精度的两个重要因素,对这些误差因素进行分析可以有效提高薄壁件工件的加工精度。本文首先基于齐次坐标变换法,建立了双转台五轴数控机床的旋转轴几何误差模型;然后基于对标准球进行在机接触测量,辩识得出两旋转轴的12项几何误差,这些误差考虑了两旋转轴之间的相互影响和其热误差的影响;最后分析五轴数控机床加工空间的几何误差场,在该加工空间内几何误差从中心到外侧逐渐增加,当A轴旋转角度增加时,误差的最大值也随之增加。与其它位置误差辨识方法相比,本方法的测量精度符合加工要求,测量时间只需要30min。

• 基于 Preisach 模型的磁致伸缩位移传感器迟滞补偿方法

  郑文轩，唐志峰，杨昌群，马 舜，吕福在

  迟滞是磁致伸缩位移传感器测量误差的主要来源之一,减小迟滞可以显著提高传感器的测量精度。根据铁磁材料的磁滞特性分析了位移迟滞的形成过程。针对磁致伸缩位移传感器在短行程中仍存在较大迟滞的问题,将传感器整体视为迟滞系统并通过Preisach模型描述其输入输出关系,然后在此基础上提出了一种软件层面上的迟滞补偿方法,将迟滞曲线分段线性化以计算迭代初始值并根据稳态误差确定收敛值的搜索范围。为解决理论模型在磁环转向后的一小段距离内与实际偏差较大的问题,在转向点附近对迭代过程中的收敛条件进行调整,有效提高了补偿方法在该区域内的准确性。实验结果表明,该方法所需的迭代次数较少,且经过补偿后,传感器的迟滞降低至原先的1/3左右,非线性度也得到了小幅度提升。在不改动现有传感器结构的前提下,该方法可快速、有效地降低传感器的位移迟滞,为磁致伸缩位移传感器的迟滞补偿提供了一种新的方案。

• 基于二次调制的高精度多圈绝对式时栅角位移传感器

  刘小康，柳 康，蒲红吉，于治成，彭 凯

  提出了一种基于二次调制的高精度多圈绝对式时栅角位移传感器,该传感器由单圈绝对式传感器与多圈计数模块组成。首先,采用两级单排式时栅角位移传感器构成单圈绝对式传感器,通过第一级传感器构建四路正交的行波信号,将差动的两路行波信号直接反射,作为精测信号;同时,利用第一级四路正交的行波信号作为第二级传感器的激励信号进行二次调制,获得整周单周期信号,作为粗测信号,精测信号结合粗测信号实现高精度单圈绝对式角位移测量。在此基础上,结合韦根多圈计数模块记录圈数信息,从而实现高精度多圈绝对式角位移测量。通过印制电路板技术制作了原理样机,搭建了实验平台,并进行了测试,实验结果表明:该传感器在整周范围原始精度可达±8″,并且在上电、断电情况下实现了圈数的准确记忆。

• 无轴承异步电机传感器故障容错控制

  杨泽斌，王 丁，孙晓东，孙 超，吴家杰

  为了避免转速和电流传感器故障对无轴承异步电机(BAM)矢量控制系统中转速环、电流环以及悬浮控制的影响,提出了一种无轴承异步电机传感器故障容错控制策略。首先,设计扩张观测器实现对无轴承异步电机转速及误差的观测,利用数据融合策略来实现故障时转速的平滑切换,再根据转速观测误差设计合理阈值实现速度传感器的故障诊断及容错。其次,根据状态方程实现电流的观测,同时利用扩张观测器补偿状态方程的观察扰动,再根据电流观测误差设计合理阈值实现电流传感器的故障诊断及容错。最后的仿真和实验结果表明,所提出的无轴承异步电机传感器故障容错控制系统能在0.025s内准确的实现转速和电流的故障诊断及容错控制,且其误差分别在±63r/min和58r/min以内,此外整个过程转子位移波动幅度在±38μm以内,这表明转子能实现良好悬浮。

• 基于脉冲磁化的阵列磁桥式位移传感器

  邓永乐，王荣彪，唐 健，汪圣涵，康宜华

  针对热轧钢管和在役油井管等铁磁性工件的表面无损检测的应用需求,提出一种阵列磁桥式位移传感方法和传感器,实现在一定空间分辨率下针对表面形貌缺陷的磁成像检测。其中传感器与被测工件共同组成磁回路,并采用特定的紧凑型阵列磁化结构,而具体参数设置较灵活可以获得较好性能。首先通过分时激励减小相邻测点间的互扰,并对阵列中单个位移测量磁路施加脉冲磁化;再间隔采样各个测量磁路中的磁场,计算得到对应位置的位移值。通过理论计算和仿真,本文还研究了传感器在不同基础提离下分辨出方槽状表面形变的分辨力性能,分析了在系统的扫查和采样参数影响下对被测表面成像的空间分辨率性能。相较于已有的H形磁桥式位移传感器位移测量量程为1~5mm,线性度约2%;实验验证了该阵列传感器的量程为0.2~7.0mm,B-y位移传感特性曲线拟合的线性度约为1%。

• 基于弹性支撑式体外凝血检测传感器 疲劳极限寿命评估方法

  王 哲，陈启梦，孟祥凯，赵梓朝，于源华

  针对体外凝血检测传感器结构核心元件弹性支撑易遭受变形而引起传感器失效的关键问题,建立一种基于传感器疲劳寿命和断裂方式的可靠性寿命评估方法。本文根据体外凝血检测传感器工作原理及结构特点,对传感器可靠性进行失效分析,通过建立可靠性理论分析力学模型,推导由弹性支撑应变传递系数引起的凝血检测传感器极限传感寿命判断准则表达式,采用有限元分析法对弹性支撑进行谐响应分析,以传感器疲劳寿命第15等级作为失效阈值,提出基于传感器弹性支撑的极限传感寿命测试方法。利用本方法对双通道体外凝血检测传感器进行了1.08亿次应力疲劳实验,弹性支撑的螺旋弹片满量程相对有效误差分别为3.89%、3.79%、4.75%,按照4.5%为满量程相对误差分界线,结果表明该弹片已经到了应力寿命极限,其余两片均未达到安全阈值水平,所以传感器的疲劳寿命可靠性约为1.08亿次,与仿真数据基本吻合,验证了建立的体外凝血检测传感器极限传感寿命评估方法可以满足传感器失效分析的要求,为提升此类传感器的研制工艺提供核心技术。

• 复杂场景机械交错拼接遥感相机在轨相对定标

  闫钧华，倪 越，姜 宇，范君杰，张 寅

  为了实现机械交错拼接型(TDICCD)遥感相机高频次、高精度相对辐射定标,本文提出一种面向复杂场景的在轨非均匀性校正方法。该方法在相机绕偏航轴旋转前后进行正交二次成像,利用所获取的偏航成像数据、常规成像数据分别对阵列内、阵列间探元进行相对定标;结合复杂场景宽辐射动态范围的特点,利用多点曲线拟合的方法实现相对定标参数解算,最终达到非均匀性校正的目的。利用仿真成像数据对均匀场景以及复杂场景进行相对辐射定标试验,结果表明,在非均匀场景中经复杂场景正交二次成像定标(OSICCS)后图像非均匀性NU系数相较于常用方法定标后图像非均匀性NU系数降低了0.4991%以上,条纹条带噪声以及残余条带噪声得到有效去除。

• 基于注意力机制的曲轴瓦盖上料机器人 视觉定位和检测方法

  朱 江，杜 瑞，李建奇，蔡慕尧，许海霞

  为了解决曲轴瓦盖人工上料效率低下、易出错的难题,研究了基于注意力机制的曲轴瓦盖上料机器人视觉定位和检测方法,实现自动上料。针对图像特征不明显,在FasterR-CNN的特征提取网络引入注意力机制,将曲轴瓦盖图像不同位置的权重映射到特征通道,使深度学习模型能够更多地关注曲轴瓦盖的边缘和中心语义信息。为进一步提高定位精度,本文还改进了候选框生成方法和损失函数。实验结果表明,与传统机器学习方法及经典深度学习目标检测模型相比,检测速度达0.419s,定位精度最优(IOU和GIOU分别为0.9413和0.9409)。该方法还具有良好的鲁棒性。现场测试表明,该方法引导上料机器人抓取和放置曲轴瓦盖组的成功率达95.14%,提升了发动机装配生产线的效率。

• 基于卷积变分自编码器的异常事件检测方法

  于晓升，许 茗，王 莹，王思齐，胡 楠

  针对传统的异常事件检测方法中手工提取的浅层特征无法统一表达不同场景的表观和运动信息问题,提出了一种基于卷积变分自编码器(ConVAE)的异常事件检测方法。首先构建了一个卷积变分自编码器网络,以视频帧序列作为网络输入,提取场景的深度特征;接着采用多变量高斯模型对在所有帧序列的深度特征图中位于同一位置的特征向量进行拟合,获得对应于原始输入中不同感受野的多变量高斯模型;对于测试样本的深度特征在其对应的高斯模型中的拟合程度,作为异常检测的判断标准。使用UCSD异常事件检测数据集对本文提出的方法进行实验验证,在帧级别与像素级别两种级别的度量标准中,本文算法分别取得了95.7%和69.9%的受试者工作特征曲线下面积值。

• 采用多边形质心的相关滤波跟踪位置校正方法

  高 赟，徐子钦，王 涛，周 浩

  为了解决多个尺度相关响应图最大值对应位置与目标真实位置存在偏差的问题,本文提出了一种采用多边形质心的相关滤波跟踪位置校正方法。首先,本文提出一种相关响应图评价指标对响应图的质量进行评价,并对当前帧跟踪结果进行可信判别;接着,对判别为不可信的跟踪结果采用多边形顶点的质心进行校正,以减少跟踪结果与目标正确位置的偏差。最后,在OTB50、OTB-2015和UAV20L三个基准视频集上对本文算法进行性能评估实验,本文算法在OTB50、OTB-2015和UAV20L的成功率曲线面积分别达到了0.625、0.668和0.429,跟踪精度分别达到了0.844、0.885和0.578。结果表明,与近年来主流的跟踪算法相比,本文算法在多种复杂场景下都取得了较优的成功率曲线面积和跟踪精度。

• 一种附着系数实时可调的汽车制动模拟试验台 设计、分析与实验研究

  王道明，董 涛，邵文彬，訾 斌，陈无畏

  为了实现车辆制动模拟试验中附着系数的准确模拟和实时可调,设计了一种汽车制动模拟试验台,通过控制磁粉离合器励磁电流,实时模拟不同路面附着系数;搭建了基于路面识别的单轮车辆制动系统仿真模型,进行了单一路面和跃变路面下的制动仿真;研制了车辆制动模拟实验系统,开展了单一路面下汽车制动模拟实验和跃变路面下附着系数跟踪控制实验。研究结果表明,在湿沥青路面上以120km/h初速度制动时,相比于基于固定目标滑移率,基于路面识别的最佳滑移率下的制动距离缩短了3.1%,且在低附着路面下更为明显;单一路面下制动时车速和轮速的实验值与仿真值基本吻合;跃变路面下附着系数最大跟踪误差仅为6.2%,跟踪控制效果良好。

• 绩效保障策略下多目标维修决策优化研究

  朱 曦，胡起伟，白永生，温 亮，李 娟

  基于绩效的保障作为一种新的保障策略,现已被广泛地应用在航空、国防和能源等领域。本文针对具有两阶段退化过程的单部件系统,在功能检测模型的基础上,将供应商的收益与可用度相关联,构建了收益率与利润率函数,并建立了基于绩效保障的维修决策模型。通过汽轮机叶片的算例分析对模型的有效性进行了验证,结果表明,本文采用的策略与费用最小化策略相比利润提高了2.19%,可用度上升了0.079%;与可用度最大化策略相比利润提高了26.61%,费用减少了13.35%,证明了绩效保障策略可以同时满足多个目标需求,以较低的费用实现利润最大化并改善系统的性能。最后,分别对故障后维修费用和停机时间进行了灵敏度分析,有助于最佳检测间隔期和最佳利润率的确定。

• 弓网接触力长短时记忆网络预测的 受电弓主动控制与仿真

  陈仁祥，王 帅，杨黎霞，杜子学，孙文杰

  针对列车高速行驶时弓网系统接触力波动剧烈影响受流质量的问题,充分利用长短时记忆网络对时序预测的优势,提出了弓网接触力长短时记忆网络预测的受电弓主动控制方法。首先以二元受电弓模型作为研究对象,建立其动力学方程,并对其模型进行仿真得到接触力波动数据。然后,将仿真得到的接触力数据作为训练样本输入长短时记忆网络中建立预测模型,以预测下一时刻接触力。最后,以接触力预测值和期望值的差值作为目标控制力输出至磁流变阻尼器,由磁流变阻尼器提供控制力作用到受电弓,从而抑制接触力的动态波动以提高提高列车受流质量。通过实验证明,所提方法对弓网接触力控制更加准确,且大幅降低弓网接触力波动标准差,降幅超过70.13%,且规避了弓网系统离线情况的发生,验证了所提方法在改善弓网受流质量上的稳定性和优越性。

• 自动驾驶电动汽车避障控制算法

  李 宁，魏 登，曹裕捷，田博文，李 洁

  电动汽车具有操作简单、可持续发展等优势,因此被广泛应用,而避障作为自动驾驶电动汽车在行驶过程中非常重要的部分,对发展自动驾驶车辆具有重要意义。本文提出一种基于遗传算法(GA)的自主避障控制算法,解决了传统算法只能在横向避障的缺陷。在集群行为规则的基础上,利用运动学和动力学设计对应的三种速度项,同时通过本文所设计的适应度函数来验证此算法的避障能力。最后通过Ubuntu进行了仿真验证,对应的自启动速度分别为4、6和8m/s时,最终适应度分别为0.92、0.87和0.8,其中6个适应度函数中的4个恰好为1(完全无碰撞),得出所提出的自主避障控制算法稳定性高、操作简单以及有较强的避障能力。

• 机载燃油泵复杂应力退化试验设计与应力影响分析

  孙宏达，景 博，焦晓璇，章 余，王光临

  针对机载燃油泵可靠性高、寿命长,实际工作环境复杂,而试验应力因素单一等特点,设计搭建了复杂应力条件下燃油泵退化试验平台,并对应力因素影响进行了分析。首先通过对燃油泵失效机理的分析,选取了影响轴承磨损的电应力和机械振动作为主要应力,开展其性能退化研究;然后基于以上选取的应力搭建了燃油泵退化试验平台和振动试验装置,并对压力传感器和流量传感器进行了选型,介绍了信号采集控制系统,设计了燃油泵夹持装置并对其动态性能进行了分析;最后基于正交试验思想设计了试验方案,并采用极差分析和方差分析2种方法对试验结果进行了分析。所提方法缩减了2/3的试验次数,节省了试验时间,并得出电压对燃油泵可靠性的影响更为显著,其置信度可达99%。

• 一种基于流形正则化随机配置网络的 化工过程故障识别方法

  潘承燕，徐进学，翁永鹏

  考虑到化工过程故障数据的复杂非线性特性和样本潜在的根本结构特征,提出了一种基于流形正则化随机配置网络的故障识别方法。该方法在经典随机配置网络的基础上,在嵌入流形约束的监督机制下随机选取隐含参数,逐个添加隐含节点,然后使用流形正则化最小二乘法计算隐含层的输出权值,保留了数据的重要几何特征,避免了信息冗余,有利于更好地识别出区别于不同类别的相关特征。在测试集上的实验表明,该方法对TE故障和半导体故障的识别准确率分别达到了87.72%和84.27%,均高于随机向量函数连接网络和随机配置网络方法。而且对于大部分故障类型,该方法的精确率和召回率较高,验证了所提方法进行故障识别的有效性和所建立模型的良好泛化能力。

• 一维深度子领域适配的不同转速下旋转机械 复合故障诊断

  陈仁祥，唐林林，孙 健，赵树恩，蔡东吟

  旋转机械复合故障与单一故障样本间相关性高易造成错分类,且旋转机械转速往往不同,进一步加剧了旋转机械复合故障诊断的难度。针对上述问题,提出一维深度子领域适配的不同转速下旋转机械复合故障诊断方法。首先,以旋转机械复合故障的频域信号作为网络的输入,最大程度保留信号特征;其次,搭建领域共享的一维卷积神经网络,对不同转速下旋转机械复合故障的频域信号特征进行学习;然后,添加局部最大均值差异形成子领域适配层,对齐每对子领域分布以避免单一故障和复合故障的特征混合,并通过最小化局部最大均值差异值缩小两域子领域特征分布差异,以减少不同转速所带来的干扰;最后,在子领域适配层后添加softmax分类层,实现对目标数据的故障状态识别。通过不同转速旋转机械复合故障诊断实验证明了所提方法的有效性。

• 基于高维空间聚类的集中供热末端数据异常检测

  孙文慧，张海伦，王 雷

  因集中供热建筑结构、住户行为习惯等差异,末端住户供暖数据具有特征差异大、非线性强、数据量大、响应时间长等特征,在原数据空间中利用聚类分析进行异常检测造成类间数据交叉,精确性无法保证。本文提出高维高斯混合聚类算法,将数据集映射到高维空间进行聚类,利用核函数映射、内积运算与高维特征空间分解等计算方法,提高精确度,规避维数灾难。搭建工业大数据分析平台,对比K-Means、高斯混合、恒虚警率、高维高斯混合算法聚类结果与异常检测精确度,本文所提算法将准确性提高到90.72%,误报率降低到5.92%,结合该算法完成4类异常用热数据集的解释与辨识。高维高斯混合聚类可以有效分析用户用热特征、检测异常数据,辅助降低采暖能耗,实现建筑节能。

• 基于材料参数的管道防腐层粘接状态识别研究

  吕瑞宏，杨佳怡，张昊宇，赵艺伟

  附着防腐层管道的粘接状态识别是管道状态预诊断的热门研究方向。将弯曲的管道划分为多个紧密相连的微体元平板结构,建立非线性超声导波在微体元结构中的传播模型,分析导波在微体元中以及相邻微体元之间传播的频散特性及能量传递特性,采用SPWVD时频分析与小波包分解算法对回波信号进行分析,以提取能够表征管道不同粘接状态的特征量。以与附着防腐层管道性能接近的有机玻璃-铝双层粘接结构为实验对象,分别采集其粘接完好状态、基于密度变化的弱粘接状态和基于厚度变化的部分脱粘状态下的超声回波信号,分析其材料参数与粘接状态之间的对应关系,并采用特征量间具有独立性的朴素贝叶斯分类器对其粘接状态进行识别分类,得到识别率为92.31%。

• 基于电磁超声换能器的兰姆波单一模态激励方法研究

  郭中会，李松松，何慧敏，杨 莹，张 琦

  针对电磁超声换能器(EMAT)激发的超声兰姆波存在多模态的问题,提出一种通过换能器结构优化来激励兰姆波单一模态的方法。首先根据毕奥萨伐尔定律和麦克斯韦方程组研究了永磁铁形状与磁场分布的关系,设计了一种新型可聚磁的“拱桥”式永磁铁结构。然后对优化前后的EMAT进行了仿真实验和实测实验对比,实验结果表明:优化后的EMAT激励出兰姆波的S0模态幅值均有所增加,仿真与实测增加的幅值分别为优化前的1.05倍和1.1倍;而优化后的A0模态幅值均明显下降,分别为优化前的0.22倍和0.12倍;优化后的S0模态与A0模态的比值,也分别由优化前的2.60倍和1.82倍增加到12.48倍和16.17倍。由此可见,优化后的EMAT相比于优化前的普通EMAT,能够很好地激励S0模态抑制A0模态,因此验证了新型EMAT可以有效激发兰姆波的单一S0模态。

• 基于三位置超声波检测的改进强跟踪 UKF-SLAM 方法研究

  袁 帅，吴 健，曹 阳，白岳岩，郭鹏程

  针对移动机器人使用超声波传感器检测环境时存在干扰与数据不确定性问题,在分析超声波传感器工作原理和相邻位置检测数据的关联特性后,提出了基于三位置超声波检测的环境轮廓构建方法,利用超声波对室内环境进行建图;再使用改进强跟踪UKF-SLAM将超声波测量数据和移动机器人驱动模型进行滤波融合,得到更准确的位姿信息与地图特征。搭建仿真环境,并通过搭载有超声波传感器的全向轮移动机器人在实验环境内验证。仿真结果表明改进方法与其他算法相比,定位和地图构建的误差降低58.058%。室内实验中,获取环境特征的平均误差降低了50.2863%,进一步验证了提出算法的可行性与有效性。该方法对机器人同步定位与地图构建有一定参考价值。

• 聚氨酯夹芯板发泡缺陷电磁超声导波快速检测

  屠泽熹，涂 君，袁 宁，张 旭，宋小春

  聚氨酯夹芯板在生产中因发泡不均容易在聚氨酯泡沫层形成空洞型缺陷,直接影响其保温效果,为此提出了一种从金属板外侧实施的电磁超声SH导波检测的快速检测方法。通过理论分析、解析推导、仿真计算和试验验证,建立了聚氨酯夹芯板中的SH导波透反射比系数与激励参数之间的关系,结果表明,当磁铁间距为4.5mm时,控制SH0导波入射角度为75°,能够得到最佳的检测效果。同时也进一步验证了SH0导波接收信号幅值与缺陷面积、缺陷深度均基本上呈线性关系。在此基础上,提出了一种可应用于实际检测的缺陷当量大小评价方法。通过评价公式进行修正,可消除因收、发探头之间距离变化引起的缺陷信号评价波动问题,这对于后期实现缺陷定位具有较好的指导作用。