仪器仪表学报杂志

仪器仪表学报杂志2023年第12期

• 智能化带式输送机健康监测技术研究综述

  周 坪，马国庆，周公博，马天兵，李远博

  作为各类离散物料连续化、长距离、大运量运输的关键装备,智能化带式输送机近年来受到高度重视,对其健康监测技术的研究对促进带式输送机深度智能化、确保稳定高效运行、实现全面智能保护和安全生产有着重要意义。本文首先将带式输送机的输送带、托辊、滚筒、减速器等关键部件作为研究对象,从信息感知与处理、故障诊断、状态评估与预测3个方面分析了相关健康监测技术的研究进展。然后,总结了现有智能化带式输送机健康监测技术的优缺点,分析了现存问题及其可能遇到的挑战。最后,从多源状态感知与预处理技术、早期故障诊断技术、健康评估与预测技术、全状态网络化监测技术、数字孪生监测技术等方面,提出了未来具有研究价值的潜在方向。

• 锂离子电池膨胀特性检测方法研究进展

  秦亚莉，杨续来

  锂离子电池凭借其高能量密度和长循环寿命等优势被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、储能系统等领域。然而在锂离子电池的反复充放电使用过程中,会出现可逆的嵌锂膨胀和过充过放等原因导致的不可逆的膨胀,且后者是影响锂离子电池循环寿命等性能的重要因素。因此,研究锂离子电池的膨胀特性,有助于进一步了解电池老化机理,进而指导电池系统的安全设计,在新能源汽车及储能领域有巨大的应用价值。本文基于此,结合应用场景总结了外置传感器、内置传感器以及数字成像技术等检测方法应用于锂离子电池膨胀特性研究的现状与进展,同时讨论分析了各类方法的主要优缺点,并展望了锂离子电池膨胀特性检测技术的发展趋势和未来前景。

• 综合考虑“电磁-热-流”多场耦合的直驱式进给轴热误差建模方法

  陈茂雷，项四通，杨建国

  直线电机驱动的进给轴具有速度快、加速度大和响应时间短等优点,但其初级线圈发热量大易引起外部组件热变形,从而影响进给轴的定位精度。为解决这一问题,提出一种综合考虑“电磁-热-流”多物理场耦合下直驱进给轴的热误差建模方法。通过分析直驱进给轴工作时的电磁场、热场和流场,建立了多物理场耦合下温度场的控制方程。提出了一种简化的控制方程求解法,将方程分离为产热、稳态热对流和热传导3个阶段再重新耦合,可求得温度场与变形场的显式解析模型。实验结果表明,本模型揭示了直驱进给轴热误差的形成机理,其可准确预测热误差,并能自动调整线性和非线性区间,对于提高直驱机床的运动精度具有重要意义。

• 基于贝塔分布与滤波降噪算法的滚动轴承故障预警方法

  田 晶，高晓岚，陈仁桢，张凤玲，王 志

  针对机械系统中轴承故障信号具有非线性、非平稳且伴随较强背景噪声的特点,造成实现轴承故障早期预警困难的问题,提出了一种基于贝塔分布与滤波降噪算法结合的滚动轴承智能预警方法。首先,该方法采用基于贝塔分布的阈值确定方法计算出监测数据的预警阈值区间。然后,采用滑动平均滤波算法对采集的数据进行降噪处理以消除数据监测噪声,同时,对比分析了滑动平均滤波、H-P滤波和形态滤波的降噪效果。最后,将计算出的预警阈值区间与滤波后的数据进行对比,根据监测数据是否超出阈值区间做出预警。本文采用XJTU-SY数据集和轴承实验数据验证算法准确性。结果表明,本文所提出方法能够准确地计算出平稳运行中的滚动轴承的预警阈值区间,并有效地对发生早期故障的轴承做出预警,其中最快的预警反应时间为56.76s,最慢的预警反应时间为778.20s。同时对比分析结果表明,在对原始数据进行滤波降噪处理时,滑动平均滤波降噪效果优于H-P滤波和形态学滤波。

• 基于荷电状态差异的退役电池健康状态快速估计研究

  汪宇航，黄海宏，王海欣，武 旭

  随着新能源产业的迅速发展,大量动力电池面临退役回收后如何处理的问题。退役电池的二次利用场景需要根据健康状态(SOH)确定,然而不同退役电池的荷电状态不同,这使得快速估计SOH十分困难。为此,提出了一种基于荷电状态差异的退役电池的SOH快速获取策略。在本策略中,不同SOH退役电池的荷电状态差异被用于产生多种健康特征。同时,为了选取随机森林算法合适的超参数,遗传优化随机森林回归算法被提出应用于SOH的估计。通过验证,本文策略大幅降低了退役电池SOH的估计时间。并且通过多种避免测量时接触电阻和导线电阻策略,使得10节退役电池的健康状态估计误差低于3%。

• ALC-PFL: 基于个性化联邦学习的轴承寿命预测方法

  陈 曦，王 辉，陆思良，严如强

  现有数据驱动下的轴承寿命预测方法往往使用特定工况的数据训练相应工况的模型,忽略了其他工况数据所蕴含的有益退化特征,导致模型预测精度受限。为了充分挖掘和利用不同工况下的轴承退化特征,本文提出基于个性化联邦学习的轴承寿命预测方法(ALC-PFL)。在该方法中,不同工况轴承的监测数据被存储于多个客户端,一个中心服务器与多个客户端协同工作,以模型传输、融合和本地更新的方式,为客户端建立个性化预测模型。提出自适应本地融合算法,将中心服务器聚合的全局模型与客户端本地模型有效融合,保留有助于客户端初始化模型的退化特征,以提升预测性能。用两个轴承数据集对所提方法进行验证,结果表明其能为不同工况的轴承搭建高性能寿命预测模型,与本地训练方法相比,该方法所得均方根误差降低了至少13%。关键词:联邦学习;轴承;剩余寿命预测;卷积神经网络

• 基于能量熵 VMD 最优分解与 GRU 循环神经网络的潮汐预测精度提升方法研究

  赵 杰，解则晓，刘世萱

  为进一步提升潮汐预测精度,提高预测模型的多适应性,针对低频潮汐分潮智能化自适应提取困难、动态化处理分潮信息能力弱、单一预测模型对潮汐整体预测的局限性等问题,提出了一种基于能量熵的自适应最优变分模态分解VMD与门控循环单元神经网络GRU相结合的潮汐预测提升方法。首先,将潮汐数据归一化预处理,通过VMD对潮汐数据完成自适应变分模态分解,并根据不同分解层模态分量的能量熵判定最优分解层数,最后将最优分量标准化后经GRU单独预测合成,通过反归一化形成最终预测数据。经验证分析,在潮汐预测方面,GRU模型比LSTM、BiLSTM模型性能更优,均方根误差分别提升了53%和96.8%,而本文方法与单一GRU模型相比,均方根误差再次提升了81.3%,预测精度提升效果更加明显,对于潮汐分析与预测具有较高的推广应用价值。

• 我国海洋观测仪器设备体系化发展研究

  彭 伟，厉运周，高艳波，薛彩霞，王军成

  海洋观测仪器设备是国家海洋综合实力的重要体现,是确保业务化海洋观测网有效运行的重要手段。虽然近年来我国海洋观测仪器设备在海洋观测网建设中发挥了重要作用,但与世界先进海洋国家相比仍存在一定差距。本文以海洋发展需求为牵引,建立了天空基、岸基、海基、海底基的多层级海洋观测仪器设备体系框架;梳理了我国各类海洋观测仪器设备的发展现状,阐述了我国海洋观测仪器设备发展在体系建设、传感器建设、测试验证平台、标准等方面存在的问题,提出了加大装备国产化研发力度、建立评价标准和方法、开展现场比测及加强高技术成果应用建议,为我国业务化海洋观测网建设发展提供参考和借鉴。

• 基于激光灯塔的合作航天器位姿测量方法及其精度分析

  陈汉瑜，武俊峰，康国华，吴佳奇，李 旭

  针对现有合作航天器相对位姿测量手段存在不能较好兼顾视场范围和精度、缺乏简单有效的精度评价指标的问题,提出一种基于激光灯塔的合作航天器相对位姿测量方法,能够兼顾视场与精度,并提出了该方法的精度评价指标。激光灯塔系统通过激光发射站和若干光电传感器测角实现相对位姿测量。根据激光灯塔测角原理,给出了该方法的PnP位姿解算算法;针对位姿测量精度分析问题,建立PnP问题测角误差传播模型,提出了位姿测量精度因子作为精度评估指标。实验表明,激光灯塔系统的姿态、位置测量精度量级分别为0.1°、毫米级;精度因子模型估计结果与测量精度实测结果存在一致性规律,可快速评估测量精度,指导传感器布局优化。此外,建立的测角误差传播模型也适用于视觉等涉及PnP问题的测量系统。

• 数据机理驱动的机床主轴热精度建模方法研究

  魏新园，钱自强，吴秋源，钱牧云，周京欢

  主轴热精度问题是造成精密数控机床精度下降的主要原因,传统数据驱动的热精度建模方法强调建模算法的优化,忽略了热精度特性分析,导致鲁棒性低、解释性差和模型结构复杂等问题。对此,从数据机理的角度出发分析主轴热精度特性,针对性的提出热精度建模方法。热精度建模前需要选择温度敏感点(TSPs),利用LASSO算法实现TSPs自适应选择;基于分位数回归分析证明TSPs存在双重变动性,利用复合分位数回归算法提高建模精度;工况条件变动易造成模型泛化能力下降,利用L2正则化算法提高模型稳健性。最终提出基于复合分位数回归结合弹性网络正则化的主轴热精度建模方法。实验表明,利用所提建模方法补偿后机床热误差波动在±2μm以内,相比补偿前精度提升93.3%,所提建模方法具有预测精度和稳健性高、自适应性强和解释性好的优势。

• 在机测量坐标系转换及齿面误差解算技术与实现

  金雨生，丁建军，张天伟，胡炳旭，卢光超

  面齿轮采用交叉轴或相交轴间的传动形式,在航空发动机和直升机装备中得到广泛的应用。但其独特的面型结构,使其加工难、效率低,离线检测导致微米量级加工精度难以快速收敛。针对该问题,开发了面齿轮在机测量系统。针对在机测量系统中齿面重构精度低和测量坐标系构建难、坐标系求解速度慢的问题,建立了基于插齿加工原理的齿面数学模型,提出了分割逼近的齿面误差评价方法和法向距离约束的测量坐标系快速求解方法。实现了齿面误差的精确解算和测量坐标系的快速求解。最后,在YK7280数控磨床上完成面齿轮的在机测量,验证所提算法的精度以及与克林贝格齿轮测量中心进行系统精度验证。实验表明所研发的在机测量系统测量齿形误差为6μm,满足5级面齿轮的加工检测要求。

• 水下单线电能传输机理分析及实验研究

  庞 水，徐佳毅，李洪宇，李醒飞，李荣飞

  为了实现缆系水下感知平台挂载传感器的低成本、非接触全天候供电,提出了一种以系泊缆和开放海水构成电能传输链路的水下单线电能传输系统。首先从电磁波在系泊缆和海水中的传播机理进行了分析,建立了麦克斯韦方程组并通过分析得到了电磁波束缚在系泊缆表面传播的结论;然后使用Ansys/HFSS软件建立了系泊缆在海水中的模型,仿真得到了电磁场分布情况以及坡印廷矢量分布情况,验证了理论分析的正确性;最后搭建了50m单线电能传输实验样机,在海水中进行了电能传输实验。实验结果表明,提出的水下单线电能传输系统最高可以实现187W的电能传输,系统最大效率可达49.2%,证明水下单线电能传输系统具有为缆系水下感知平台挂载传感器非接触供电的可行性。

• 一种双 ADC 垂直同步采样结构及其误差校正

  卫洋斌，李 浩，孙晓平，曹佳伟，王志刚

  航空航天、机械、声学、装备制造等领域对检测仪表的观测动态指标要求极高,甚至超出现有商用高分辨力数模转换器件的极限,因此,本文拟建立一种双ADC垂直同步采样的机制,通过数据流拼合的方式达到总动态范围扩展的目的。在双ADC硬件平台中,针对不同采样支路差异化所导致的量化数据延时误差,提出了一种基于拉格朗日插值Farrow结构滤波器的误差校正方法。仿真及硬件实验表明,本文提出的双ADC垂直同步采样架构将实验对象的动态范围提高了13.318dB,同时本文提出的误差校正方法可以有效降低垂直同步采样通道之间的延时误差,进而使双ADC的动态范围扩展具备实用价值。

• 柔性非接触心电阵列电极设计与压力影响分析

  吴 刚，冯宝亮，刘 箴，左国坤，施长城

  非接触式心电传感技术在长期睡眠心电监测领域展现了优异的应用前景,其中阵列式非接触心电传感技术取得了较好的发展,然而,该技术所用电极多为刚性的印制电路板(PCB),舒适性较差。同时,人体压力分布对该技术所获心电信号质量的影响规律尚未可知。针对这些不足,本研究设计了一种基于柔性印刷电路(FPC)的阵列式非接触睡眠心电监测系统。通过系统验证,证明了该系统所获取心电信号一致性较高且平均信噪比>38dB。随后通过人体试验分析了人体压力对心电信号质量的影响。结果表明,当心电检测输入端所受压力<9mmHg时,获得低信噪比心电信号的概率P高于54.17%;反之,则P低于5.94%,证明人体压力是影响电容耦合心电信号质量的关键因素之一。

• 网格型螺线管线圈单管逆变无线电能传输系统研究与设计

  杨 奕，郭 科，郭 强，王雩语，谢诗云

  无线电能传输系统磁耦合机构发生偏移和偏转时,存在耦合系数和效率急剧下降的问题。该文面向中小功率无线充电应用,设计了一种单磁通回路网格型螺线管(GFSP)磁耦合机构,磁场均匀分布兼具抗偏移和抗偏转性能。此外针对补偿拓扑构建了一种单管逆变P#LCC-S谐振网络拓扑结构,在保留传统LCC-S补偿网络性能的同时有效简化电路结构。首先,建立磁动势模型,揭示机构不同空间位置磁场分布规律,并对机构参数进行优化;其次,建立双路P#LCC-S谐振网络电路等效模型,推导出在发射线圈激励电流恒定及输出电压恒定状态下的谐振元件参数配置条件;最后,搭建一台300W实验样机,分别在XOY平面偏移±120mm,Z轴偏移50~100mm,绕Z轴偏转0°~90°范围内,样机的耦合系数保持率始终高于50%,传输效率大于80%,从而验证了所提出系统的有效性与可行性。

• 多视角雷达点云融合的移动机器人集群跟踪

  武 星，汤 凯，李兴达，彭立军，陈俊哲

  针对移动机器人集群,地面端激光雷达定位系统虽然能减小传感器的需求数量,但存在特征缺失严重、目标分割困难等问题。为此,提出一种多视角雷达点云层次分割聚类的集群目标跟踪方法。首先,采用动态阈值分割法将多源激光雷达点云转化为点云簇,提出基于表面积启发的层次包围盒方法划分点云空间,并按递归方法构建空间层次树。其次,改进距离交并比损失函数,提出基于无向图的关联性点云簇聚类方法,生成每个移动机器人的目标点云。再次,采用卡尔曼滤波器跟踪移动机器人的目标点云,提出基于空间层次树的深度优先搜索方法进行点云跟踪。最后,开发了多视角地面端激光雷达跟踪系统,完成了移动机器人编组跟踪实验,验证了所提方法的有效性和实时性。

• 面向畸形矫治的可重构线位移变刚度关节设计与特性研究

  周 杰，吴小勇，汪从哲，王玉金

  为满足肢体矫形机器人在矫治过程中对跨区间刚度动态调整的迫切需要,借鉴凸轮和斜劈滑块变刚度原理,创新地提出了一种基于斜劈凸轮的新型可重构线位移变刚度关节。阐明了通过调整斜劈凸轮机构组数、弹簧刚度、斜劈下降距离,实现关节刚度重构的工作原理,并以此开展关节系统设计。揭示了关节主、被动变刚度机制,构建了关节等效刚度模型。借助数值分析软件,建立了关节变刚度理论数学模型,研究了关节等效输出刚度和输出力的分布特性。建立了关节虚拟样机模型,开展了关节性能仿真,验证了关节刚度理论模型的正确性。将所设计变刚度关节应用于肢体矫形机器人,关节等效输出刚度在34.08~2762.64N·mm-1间调整时,矫形机器人刚度可在689.94~6250.41N·mm-1间调控,满足畸形矫治作业需求。

• 基于前馈隐马尔可夫模型的机器人演示轨迹精准重构方法研究

  苏永彬，洪瑞康，刘暾东

  针对隐马尔可夫模型在机器人演示轨迹编码过程中存在的参数估计效率低,轨迹重构精度差的问题,提出了一种基于前馈隐马尔可夫模型的机器人演示学习方法。该方法通过林德-布佐-格雷(LBG)算法对采集的多条演示轨迹进行关键点识别,利用最小失真准则选取合适的轨迹计算模型初始化参数,结合鲍姆-韦尔奇算法完成模型参数估计。在此基础上,通过维特比算法计算每个样本点最可能的归属状态,并采用极大似然估计对归属每个状态的样本点重新计算状态参数,最后通过高斯混合回归获得重构轨迹。为验证算法的有效性,设计了手写字母轨迹数据集和晶圆机械臂自动上料轨迹的演示学习实验,并引入平均弗雷歇距离定量评估轨迹重构精度。实验结果表明:采用本文所提方法的重构轨迹在晶圆机械臂自动上料轨迹中的平均弗雷歇距离为5.49,较传统方法提升了15.15%的轨迹重构精度,具有良好的应用前景。

• 基于级联优化和强度特征的地下退化环境机器人自主精准定位

  崔玉明，刘送永，吕振礼，李洪盛，王崧全

  随着国家深地能源战略和地下基础工程的部署展开,自主移动机器人在地下矿山、工程隧道和地下管道等领域的需求快速增长。地下自主作业机器人所处环境复杂,普遍面临卫星定位信号拒止和场景退化特征,导致机器人位姿状态估计误差漂移严重、环境地图构建扭曲变形。针对地下退化环境机器人状态估计不完备的问题,提出一种精准、鲁棒的激光雷达-惯性同时定位与建图(SLAM)框架和方法,组合惯性里程计和激光雷达-惯性里程计级联优化过程,并在激光雷达点云特征匹配中引入强度特征降低点云几何特征稀疏引起的匹配误差,并通过退化检测引入正确的约束方向,保证位姿估计信息的鲁棒性和准确性。公开数据集和现场巷道实验结果表明,所提方法在精度、鲁棒性方面均有出色表现,在地下巷道退化环境的定位精度可达0.03m,可为地下退化环境机器人提供可靠的状态估计和环境描述。

• 基于多目标优化的工业机器人位置与姿态精度提升方法

  乔贵方，蒋欣怡，高春晖，刘 娣，宋爱国，宋光明

  高端制造领域对工业机器人的精度性能要求越来越高。为提升工业机器人末端的位姿精度性能,本文首先构建了基于改进DH(M-DH)的全位姿运动学误差模型,该模型能较好地描述工业机器人的误差特性。其次,本文分别构建了位置和姿态的误差适应度函数,并结合多目标粒子群优化(MOPSO)算法实现运动学参数的精确辨识,解决了位置误差和姿态误差的量纲不同和量级相差较大的问题。最后通过实验验证了基于MOPSO算法的有效性。实验结果表明StaubliTX60工业机器人的平均位置误差和平均姿态误差分别降低了81.04%和66.64%,并且与最小二乘(LM)算法、天牛须搜索群优化(BSO)算法以及粒子群优化(PSO)算法等单目标优化算法相比,本文的MOPSO优化算法在运动学参数辨识的泛化能力和在最大位姿误差的优化效果均最好。

• 用于动脉血压监测的柔性超声换能器阵列

  刘 畅，孙 贺，任佳豪，程寰宇，谢梦莹，刘 洋

  作为重要的生命体征之一,血压是心血管疾病风险评价指标。中心动脉压与靶器官损害和心血管疾病有很强的病理生理联系,动脉血压监测对心脑血管事件有较高的预测价值,可为人体心脏机能、动脉弹性表征等临床诊断提供依据。本文提出的超声压电换能器阵列相比于传统的刚性超声探头,具有柔性、可以贴合人体颈部的特点。制作并对比了低频(2.5MHz)和高频(4.5MHz)的1×16线性超声换能器阵列,两个阵列均在仿组织超声体模上进行了成像,穿透深度分别为90和40mm。换能器阵列在相控阵聚焦发射模式下已实现对颈动脉的连续血压重复检测。与医用中心动脉压检测仪的测量结果对比表明,在静息状态下柔性阵列与医用检测仪所测血压波形的平均相对误差为3.83%,剧烈运动后平均相对误差为5.47%,动脉血压波形测量结果准确,医用价值丰富。

• 基于正交相敏解调的浊度传感器设计及性能研究

  阮嘉明，唐 波，陈 伟

  针对传统非调制浊度检测技术在低浊度检测中存在最低检出性能较差和精度较低的问题,提出一种基于正交相敏解调的浊度检测技术。基于浊度检测原理,分析水体中散射光的传播机理,建立了浊度与散射光强的响应特性关系;为实现微弱光电信号提取,采用一种由双通道模拟开关构成的正交相敏解调电路,详细推导正交相敏解调原理的选频鉴相特性,通过信号频谱选定和相位偏差影响修正,实现了非同频非同相噪声抑制,进而提高该系统的信噪比;研制一款浊度传感器,搭建了相应的测试装置,并对该传感器性能进行评估。实验结果表明,在0~5NTU测量范围内,该浊度传感器具有良好的线性度、准确性和稳定性,最低检出限可达0.0049NTU。该方法大大提高了最低检出性能和测量精度,并且从方法上避免了在低信噪比时直流漂移噪声和宽带噪声对浊度测量的影响。

• 一种数字水准标尺的新型编码规则及识读方法

  黄秋红，潘莎莎，刘 超，朱凌建，赵 敏

  为满足高精度、大视距的数字水准测量需求,提出了一种新型二维复合编码的数字水准标尺编码规则,标尺条码由绝对编码和相对编码两列组成。绝对编码由不同宽度的黑白条码组成,沿标尺长度方向上若干个条码组合形成一个码段,采用二-十进制的编码规则唯一确定该码段在标尺上的绝对位置;相对编码由等宽度,相对大尺寸的黑白条码组成,通过同时存在于相对编码和绝对编码中的参考码表示标尺上的位置。针对所提出的编码规则,设计了视线位置的精确识读方法。对所设计水准标尺进行高差、重复性以及远视距实验,结果表明,该二维复合编码的水准测量在30m以内的测量时间小于1.57s,条码识别率为100%,最大偏差小于0.09mm,具有解码快速、识别精确、稳定等优点。

• 基于光纤光栅的紧凑型高频振动传感器的设计与应用

  蒋宇飞，陶传义，李梦影，王靖霆，陈 悦

  设计了一种六边形的紧凑型光纤光栅振动传感器,其结构包括弹性体、质量块、光纤光栅和外壳。首先对六边形弹性体结构进行理论分析和仿真,通过设计发夹弯结构改变灵敏度和频率测量范围,使设计的光纤光栅振动传感器能够满足不同机械设备的振动监测需求。在激振台上测试了传感器的性能,并在真空泵振动监测中应用。实验结果表明,设计的光纤光栅振动传感器具有良好的响应,普通六边形弹性体结构传感器的1阶固有频率高达1481Hz,在100Hz振动时的灵敏度为4.93pm/g;含发夹弯的六边形弹性体结构传感器的1阶固有频率为185Hz,在100Hz振动时的灵敏度为105.73pm/g,两种传感器的横向干扰均小于5%,具有很好的抗横向干扰能力。

• 基于 BFO-FPA 参数寻优无人直升机轨迹跟踪自抗扰控制

  卢艳军，王柏森，张晓东

  为解决小型无人直升机轨迹跟踪控制受系统数学模型精度、自身低成本微机电系统(MEMS)姿态测量误差及飞行环境干扰的内外扰动影响问题,设计了一种基于线性/非线性混合自抗扰控制(ADRC-LADRC)的无人直升机轨迹跟踪控制器,并提出了一种基于细菌觅食优化-花授粉算法(BFO-FPA)的控制器参数整定方法,提高了BFO算法的收敛速度,增强了FPA算法的全局搜索能力。最后,通过ALIGN无人直升机锁尾螺旋爬升飞行试验,验证了BFO-FPA算法参数寻优后自抗扰轨迹跟踪控制器能有效克服无人直升机受内外扰动的影响,提高了控制器轨迹跟踪精度和鲁棒性。

• 采用无源磁传感标签的交流电流无线监测:测量及标定

  林其伟，文玉梅，邵 壮，李 平

  本文所采用的传感标签利用无源无线传感技术传递数据和能量,再通过内置的传感模块检测电缆线周围的磁场强度,可实现免电池维护、无线缆连接的电缆电流测量。但受射频供电微瓦量级功率的限制,传感标签采样点数少、采样频率低和磁场敏感元件的非线性使得传感数据和电缆电流间映射关系复杂,导致传感标签标定、测量困难。针对该问题,本文提出先通过粒子群与内点法结合的优化算法对传感数据进行傅里叶级数拟合提取特征值(频率和有效值)再标定的方法。在测量时对传感数据分组进行傅里叶级数拟合获取特征值,再将特征值代入标定时建立的传感模型,实现频率为47~60Hz、有效值为5~45A内的等振幅电流测量,电流频率和有效值的相对误差分别低于0.4%和1.9%。实验结果表明,采用该方法搭载传感标签的测量系统不仅可实现电缆电流的无源无线测量,也能实现国内电力系统标准所允许的最大电流波动测量。

• 高炉铁水温度检测方法的研究进展

  潘 冬，蒋朝辉，许 川，桂卫华

  高炉铁水温度是分析铁水质量、判断炉温状态及评估高炉能耗水平的重要指标,铁水温度检测是钢铁行业的强制性需求。本文根据测温仪表的工作原理,将现有铁水测温技术进行分类分析,结合高炉出铁场环境特点和铁水特点,从测温原理、测温位置、技术特点等方面论述了现有测温技术的优缺点。为实现高炉铁水温度的实时在线准确检测,重点介绍了红外视觉测温方法的研究进展和应用潜力。在总结现有铁水测温技术的基础上,分析了红外视觉测温方法存在的主要问题及未来研究方向,旨在为学术界和工业界研究人员提供铁水测温技术方面的一些参考和借鉴。

• 基于 Transformer 的融合信息增强 3D 目标检测算法

  金宇锋，陶重犇

  针对当前3D目标检测算法将不同模态数据融合时会产生错位现象,从而破坏数据之间的关联性并造成数据损失的问题,提出了一种基于Transformer的融合信息增强3D目标检测算法。首先设计了Transformer双域融合特征区域建议模块,利用变形注意力机制,将提取到的雷达点云特征和图像特征进行双域特征融合,用于生成3D预选框;其次,通过设计的深度补全机制的特征信息增强模块,补全密集的深度和特征语义信息来完成框的细化;最后,设计了多模态特征交叉注意力模块,采用动态交叉注意力机制来获得不同模态间的相关性,从而将特征信息有效对齐融合。在Kitti、Nuscences和Waymo数据集上的实验结果证明了该算法的有效性和通用性。大量的消融实验证明了该算法各个模块的有效性。在实车平台上的实验结果表明,该算法在复杂的实际环境中具有优秀的鲁棒性。

• 面向非规则界面双层介质超声全聚焦成像

  康亚轩，陈俊超，龚真珍，陈 尧

  为解决盲测工况下双层介质全聚焦成像困难的问题,提出了一种基于虚拟源(VS)的全聚焦(TFM)成像技术。首先,利用全矩阵数据集中的对角线信号一次界面回波飞行时间,在非规则双层介质界面建立一系列虚拟源点。通过对虚拟源点插值或拟合处理得到实现非规则介质界面的重建。最后,通过重构的界面寻找可能的折射点,以满足盲测条件下非规则界面双层介质TFM的成像条件。盲测条件下的结果表明,VS-TFM图像中的非规则界面和缺陷位置与实际吻合。与基于虚拟源的合成孔径聚焦技术(SAFT)相比,对于凸面试块,VS-TFM图像的信噪比提升了4.66~13.31dB;对于凹面试块,VS-TFM图像的信噪比提升了4.74~12.8dB,且API值基本相同,成像时间几乎不增加。因此,本文所提方法将全聚焦成像的应用对象拓展至盲测工况下非规则双层介质。