摘要:接触网几何状态是决定高铁供电安全与弓网受流质量的关键因素。 根据接触网静/ 动态属性,明确接触网静/ 动态几何 参数与静/ 动态检测涵义。 针对接触网动态检测时车辆姿态变化、轨面弹性变形、接触线动态抬升与环境扰动问题,开展动力激 扰下接触网几何动态检测复合误差形成机理与补偿方法研究。 通过轨道、车辆、接触网系统动力耦合及环境扰动作用下复合误 差分解、溯源与辨识,分析车辆姿态误差特性及其表征模型,结合轨面弹性变形、接触线动态抬升、风载动态响应,阐述轮轨、弓 网、风场多重耦合下接触网几何动态检测误差补偿方法。 旨在揭示动力激扰作用下接触网几何动态检测误差产生、传播、复合 与演变过程,形成面向高速接触网几何动态检测的复合误差控制基础理论方法,为提高我国接触网检测水平和保障接触网高品 质维修起到科学有效的促进作用。

摘要:接触网几何状态是决定高铁供电安全与弓网受流质量的关键因素。根据接触网静/动态属性，明确接触网静/动态几何参数与静/动态检测涵义。针对接触网动态检测时车辆姿态变化、轨面弹性变形、接触线动态抬升与环境扰动问题，开展动力激扰下接触网几何动态检测复合误差形成机理与补偿方法研究。通过轨道、车辆、接触网系统动力耦合及环境扰动作用下复合误差分解、溯源与辨识，分析车辆姿态误差特性及其表征模型，结合轨面弹性变形、接触线动态抬升、风载动态响应，阐述轮轨、弓网、风场多重耦合下接触网几何动态检测误差补偿方法。旨在揭示动力激扰作用下接触网几何动态检测误差产生、传播、复合与演变过程，形成面向高速接触网几何动态检测的复合误差控制基础理论方法，为提高我国接触网检测水平和保障接触网高品质维修起到科学有效的促进作用。

摘要:飞控传感器数据的异常检测对保证飞行器安全稳定运行有重要意义。然而，现有的异常检测方法大多仅从传感器数据之间的关联性或不同传感器间数据的相关性变化角度出发，当飞行器运行工况动态变化时，可能会由于对传感器数据的特征提取不充分而导致异常检测结果的准确率偏低且虚警率偏高。对此，本文提出一种基于时空关联的飞控传感器数据异常检测方法，实现对传感器数据时间与空间2个维度变化规律的融合建模。首先，同时构建时序演化与空间相关性特征提取模块来对传感器数据进行时间与空间两个维度特征的并行提取。其次，对2个模块的预测输出进行时空关联融合，得到时空关联的预测飞控传感器数据。最后，基于预测数据与实际数据残差的统计量进行阈值选取并对传感器数据进行异常检测。在无人机惯性测量单元仿真与实测数据集上对本文方法进行验证，结果表明相较于相关向量机等典型的异常检测方法，本文方法的异常检测准确率至少提高0.4%且虚警率至少降低1.8%。

摘要:飞控传感器数据的异常检测对保证飞行器安全稳定运行有重要意义。 然而,现有的异常检测方法大多仅从传感器数据 之间的关联性或不同传感器间数据的相关性变化角度出发,当飞行器运行工况动态变化时,可能会由于对传感器数据的特征提 取不充分而导致异常检测结果的准确率偏低且虚警率偏高。 对此,本文提出一种基于时空关联的飞控传感器数据异常检测方 法,实现对传感器数据时间与空间 2 个维度变化规律的融合建模。 首先,同时构建时序演化与空间相关性特征提取模块来对传 感器数据进行时间与空间两个维度特征的并行提取。 其次,对 2 个模块的预测输出进行时空关联融合,得到时空关联的预测飞 控传感器数据。 最后,基于预测数据与实际数据残差的统计量进行阈值选取并对传感器数据进行异常检测。 在无人机惯性测 量单元仿真与实测数据集上对本文方法进行验证,结果表明相较于相关向量机等典型的异常检测方法,本文方法的异常检测准 确率至少提高 0. 4% 且虚警率至少降低 1. 8% 。

摘要:迁移学习作为一种解决领域间分布差异的有效技术,近年来在故障诊断领域得到了越来越多的关注。 然而,现有的旋 转机械故障诊断方法在迁移学习过程中,通常未能充分考虑不同样本对诊断结果的影响。 此外,传统的边缘分布对齐方法在减 小源域与目标域数据之间分布差异方面的效果也不够理想,在很大程度上限制了迁移学习方法在实际应用中的有效性。 针对 以上问题,提出一种基于动态校准与联合分布对齐的旋转机械跨工况故障诊断方法。 首先,该方法构建动态校准残差网络 (DCRN)作为特征提取层,该层通过设计动态校准结构,根据不同样本的权重进行调整,增强网络的特征表达能力;其次,设计 域自适应层并提出一种新的联合分布对齐机制(JDAM),该机制在进行特征对齐时,充分考虑了源域与目标域数据之间的边缘 分布差异和条件分布差异,使得网络模型在源域上学习到的知识可以有效迁移到目标域上,从而显著提升目标任务的性能;最 后使用 I-Softmax 函数优化分类器,使网络能够更好地识别不同状态的故障。 使用美国凯斯西储大学轴承数据集、MFS 轴承数 据集与滚轴齿轮数据集进行实验验证,在跨工况与变噪声条件下,所提方法的平均准确率分别为 96. 50% 、96. 87% 和 94. 72% , 表明所提方法具有较高的故障诊断准确率和良好的泛化能力。

摘要:迁移学习作为一种解决领域间分布差异的有效技术，近年来在故障诊断领域得到了越来越多的关注。然而，现有的旋转机械故障诊断方法在迁移学习过程中，通常未能充分考虑不同样本对诊断结果的影响。此外，传统的边缘分布对齐方法在减小源域与目标域数据之间分布差异方面的效果也不够理想，在很大程度上限制了迁移学习方法在实际应用中的有效性。针对以上问题，提出一种基于动态校准与联合分布对齐的旋转机械跨工况故障诊断方法。首先，该方法构建动态校准残差网络(DCRN)作为特征提取层，该层通过设计动态校准结构，根据不同样本的权重进行调整，增强网络的特征表达能力；其次，设计域自适应层并提出一种新的联合分布对齐机制(JDAM)，该机制在进行特征对齐时，充分考虑了源域与目标域数据之间的边缘分布差异和条件分布差异，使得网络模型在源域上学习到的知识可以有效迁移到目标域上，从而显著提升目标任务的性能；最后使用I-Softmax函数优化分类器，使网络能够更好地识别不同状态的故障。使用美国凯斯西储大学轴承数据集、MFS轴承数据集与滚轴齿轮数据集进行实验验证，在跨工况与变噪声条件下，所提方法的平均准确率分别为96.50%、96.87%和94.72%，表明所提方法具有较高的故障诊断准确率和良好的泛化能力。

摘要:工况波动、噪声干扰等因素造成滚动轴承高频振动信号信息冗杂,使退化过程建模结果难以准确反映实际退化趋势,导 致轴承剩余寿命预测准确性不高。 为此,本文提出一种基于信号分解网络的轴承剩余寿命长程时序相关预测方法。 运用时间 序列分解算法将振动信号分解为趋势、周期及余项 3 种分量,去除冗杂信息;针对快速退化到失效阶段,建立基于长短期记忆网 络的自编码器特征提取模型,获得单调性和趋势性强的健康指标;最后,建立深度时序自回归神经网络模型对健康指标进行趋 势预测,输出剩余寿命预测值的概率分布。 实验结果表明,本文所构建的健康指标具有良好的趋势性和单调性,相比其他相关 方法,所提剩余寿命预测方法具有更高准确率。

摘要:工况波动、噪声干扰等因素造成滚动轴承高频振动信号信息冗杂,使退化过程建模结果难以准确反映实际退化趋势,导致轴承剩余寿命预测准确性不高。为此,本文提出一种基于信号分解网络的轴承剩余寿命长程时序相关预测方法。运用时间序列分解算法将振动信号分解为趋势、周期及余项3种分量,去除冗杂信息;针对快速退化到失效阶段,建立基于长短期记忆网络的自编码器特征提取模型,获得单调性和趋势性强的健康指标;最后,建立深度时序自回归神经网络模型对健康指标进行趋势预测,输出剩余寿命预测值的概率分布。实验结果表明,本文所构建的健康指标具有良好的趋势性和单调性,相比其他相关方法,所提剩余寿命预测方法具有更高准确率。

摘要:针对两级行星一级平行齿轮箱不同位置受损导致的复合故障，提出一种声音信号耦合调制模型，以辅助专家进行故障诊断。当风电齿轮箱发生复合故障时，其特征频率会以调幅和调频的形式影响不同轮系的啮合频率，为此，本文提出了复合故障下风电齿轮箱声音信号幅值耦合调制模型；利用模型参数辨识思路，确定所提耦合调制模型中不同轮系的调幅系数，并通过构建边带能量比指标，用于评价辨识效果；最后，利用声音信号耦合调制模型的重构谱，确定复合故障位置，实现具有辅助性质的故障诊断。实验与现场数据分析表明：用于评价辨识结果的边带能量比指标分别为0.948，0.972，0.977和0.964 3，有效说明了模型辨识的有效性，为齿轮箱复合故障自动诊断奠定了基础。

摘要:针对两级行星一级平行齿轮箱不同位置受损导致的复合故障,提出一种声音信号耦合调制模型,以辅助专家进行故障 诊断。 当风电齿轮箱发生复合故障时,其特征频率会以调幅和调频的形式影响不同轮系的啮合频率,为此,本文提出了复合故 障下风电齿轮箱声音信号幅值耦合调制模型;利用模型参数辨识思路,确定所提耦合调制模型中不同轮系的调幅系数,并通过 构建边带能量比指标,用于评价辨识效果;最后,利用声音信号耦合调制模型的重构谱,确定复合故障位置,实现具有辅助性质 的故障诊断。 实验与现场数据分析表明:用于评价辨识结果的边带能量比指标分别为 0. 948,0. 972,0. 977 和 0. 964 3,有效说 明了模型辨识的有效性,为齿轮箱复合故障自动诊断奠定了基础。

摘要:高效监测城市供水管道漏损对于节约水资源和保障居民用水安全具有重要意义。 现有泄漏检测方法主要依赖于单一 信号,单一信号因其自身局限性或对小泄漏引起的微小波动不敏感或易受管道正常运行行为干扰,无法通过识别方法层面解 决。 研究基于声学信号和压力信号各自优势,建立基于声-压信号融合的泄漏监测策略,有效解决了声信号误报率高与压力信 号漏报率高的问题,提高了检测系统精度。 在某长距离在役供水管道进行泄漏模拟原位测试验证泄漏监测策略的识别效果并 讨论两类流体内参数信号的可识别距离。 经验证,所提策略使误报率降低 6. 02% ,漏报率降低 4. 57% 。

摘要:高效监测城市供水管道漏损对于节约水资源和保障居民用水安全具有重要意义。现有泄漏检测方法主要依赖于单一信号，单一信号因其自身局限性或对小泄漏引起的微小波动不敏感或易受管道正常运行行为干扰，无法通过识别方法层面解决。研究基于声学信号和压力信号各自优势，建立基于声-压信号融合的泄漏监测策略，有效解决了声信号误报率高与压力信号漏报率高的问题，提高了检测系统精度。在某长距离在役供水管道进行泄漏模拟原位测试验证泄漏监测策略的识别效果并讨论两类流体内参数信号的可识别距离。经验证，所提策略使误报率降低6.02%，漏报率降低4.57%。

摘要:管道应力集中区的应力量化对管道寿命评估及安全预防具有重要作用。 弱磁检测技术是一种有效的应力集中检测方 法,但是管道的硬点也会产生类似的缺陷信号对应力量化分析产生干扰。 本文建立了管道非体积损伤的磁信号检测解析模型, 分析了硬点及应力对管材磁特性参数的影响,对硬点及应力集中区在不同励磁强度下的信号特征进行了研究,提出利用强弱励 磁的双磁场应力检测方法用以排除硬点对应力弱磁信号的干扰,对理论研究进行了试验验证。 研究结果表明:弱励磁下,磁化 强度随应力及硬度增大而减弱。 磁化强度的衰减梯度随应力增大而增大,随硬度增大而减小;强磁激励下,磁化强度随硬度增 大呈近线性减小趋势且不受应力变化影响。 引入信号特征磁敏系数表征不同励磁强度下非体积缺陷的检测能力,10 kA/ m 励 磁下,随着应力增大,磁信号的切向磁敏系数从 1. 54 增强到 25. 87,随着硬度的增大,磁信号的切向磁敏系数从 7. 46 增强到 33. 87,应力及硬点均有较好的识别能力;30 kA/ m 励磁下,随着应力增大,磁信号的切向磁敏系数从 0. 07 增强到 0. 54,随着硬 度的增大,磁信号的切向磁敏系数从 0. 49 增大到 4,硬点仍有较好的识别能力,应力识别能力低,因此利用强弱磁双场检测方 法可以排除硬点对应力检测的干扰。

摘要:管道应力集中区的应力量化对管道寿命评估及安全预防具有重要作用。弱磁检测技术是一种有效的应力集中检测方法，但是管道的硬点也会产生类似的缺陷信号对应力量化分析产生干扰。本文建立了管道非体积损伤的磁信号检测解析模型，分析了硬点及应力对管材磁特性参数的影响，对硬点及应力集中区在不同励磁强度下的信号特征进行了研究，提出利用强弱励磁的双磁场应力检测方法用以排除硬点对应力弱磁信号的干扰，对理论研究进行了试验验证。研究结果表明：弱励磁下，磁化强度随应力及硬度增大而减弱。磁化强度的衰减梯度随应力增大而增大，随硬度增大而减小；强磁激励下，磁化强度随硬度增大呈近线性减小趋势且不受应力变化影响。引入信号特征磁敏系数表征不同励磁强度下非体积缺陷的检测能力，10 kA/m励磁下，随着应力增大，磁信号的切向磁敏系数从1.54增强到25.87，随着硬度的增大，磁信号的切向磁敏系数从7.46增强到33.87，应力及硬点均有较好的识别能力；30 kA/m励磁下，随着应力增大，磁信号的切向磁敏系数从0.07增强到0.54，随着硬度的增大，磁信号的切向磁敏系数从0.49增大到4，硬点仍有较好的识别能力，应力识别能力低，因此利用强弱磁双场检测方法可以排除硬点对应力检测的干扰。

摘要:针对单探头电磁超声全向导波检测斜向裂纹时因缺陷位置误判致使难以准确定位的问题，提出了一种基于切线逼近法的双探头圆拟合裂纹定位检测方法，以电磁超声换能器检测位置点为圆心，裂纹回波信号的声程为半径，圆拟合获取多个不同位置处的一组圆集合，得到缺陷位置判别的真、伪两条切线；采用双探头数据补偿法得到不同位置处的两组圆集合，通过判别两组圆集合共同的切线为真，从而去除伪切线，实现裂纹的准确定位检测。研究结果表明：双探头圆拟合裂纹定位方法相较于单探头，能有效去除伪切线，裂纹定位最大误差为2.3%，为斜裂纹检测准确定位提供依据。

摘要:针对单探头电磁超声全向导波检测斜向裂纹时因缺陷位置误判致使难以准确定位的问题,提出了一种基于切线逼近法 的双探头圆拟合裂纹定位检测方法,以电磁超声换能器检测位置点为圆心,裂纹回波信号的声程为半径,圆拟合获取多个不同 位置处的一组圆集合,得到缺陷位置判别的真、伪两条切线;采用双探头数据补偿法得到不同位置处的两组圆集合,通过判别两 组圆集合共同的切线为真,从而去除伪切线,实现裂纹的准确定位检测。 研究结果表明:双探头圆拟合裂纹定位方法相较于单 探头,能有效去除伪切线,裂纹定位最大误差为 2. 3% ,为斜裂纹检测准确定位提供依据。

摘要:本文提出一种利用立体五元水听器阵列对水下泄漏气泡进行三维定向的方法。 首先,通过理论分析和仿真研究了四元 平面阵、五元平面阵和五元立体阵定向误差与时延、声速和声源位置的关系,对比了 3 种阵列的定向误差,结果表明五元立体阵 不受声速误差影响,受到时延误差和声源位置影响较小,定向效果最好。 搭建阵列半径 20 cm 的水听器阵列在水箱中进行实 验,使用四元平面阵和五元立体阵采集 4 个位置的气泡声信号,以声信号第一个波峰作为声音首次到达时间参考点来计算时 延,对每个位置进行 10 次方向估计,实验结果显示两种阵列方位角估计精度相近,五元立体阵俯仰角估计效果优于四元平面 阵,方位角和俯仰角的平均定向误差在 4°以下,与理论分析相符。 因此,五元立体水听器阵列能够估计不同位置泄漏点的方位 角和俯仰角,在水下环境中可以实现基于气泡声信号漏点定向。

摘要:本文提出一种利用立体五元水听器阵列对水下泄漏气泡进行三维定向的方法。首先,通过理论分析和仿真研究了四元平面阵、五元平面阵和五元立体阵定向误差与时延、声速和声源位置的关系,对比了3种阵列的定向误差,结果表明五元立体阵不受声速误差影响,受到时延误差和声源位置影响较小,定向效果最好。搭建阵列半径20 cm的水听器阵列在水箱中进行实验,使用四元平面阵和五元立体阵采集4个位置的气泡声信号,以声信号第一个波峰作为声音首次到达时间参考点来计算时延,对每个位置进行10次方向估计,实验结果显示两种阵列方位角估计精度相近,五元立体阵俯仰角估计效果优于四元平面阵,方位角和俯仰角的平均定向误差在4°以下,与理论分析相符。因此,五元立体水听器阵列能够估计不同位置泄漏点的方位角和俯仰角,在水下环境中可以实现基于气泡声信号漏点定向。

摘要:本研究针对薄板变形的畸变问题,提出了基于面积坐标形函数的重构方法。 不同于传统的基于雅克比矩阵的等参转换 方法,该方法引入面积坐标作为等参坐标与笛卡尔坐标之间的过渡,确保线性转换关系和形函数的二阶完备性。 消除了等参转 换中因单元畸变造成的精度下降隐患,增强了复杂结构变形重构模型的普适性。 并考虑到工程实际中的传感器粘贴限制,基于 经典 Kirchhoff 板的一阶剪切变形理论,提出了单面应变的重构方法。 通过建立多目标粒子群优化模型,得到传感器单面布置 的最优方案。 在天线结构模型的仿真和实验验证中,最大变形 60 mm 时,均方根误差 RMSE 为 0. 72 mm,百分比误差 PD 为 2. 89% 。 该方法实现了天线结构变形的高精度重构,有望应用于可变形天线结构的设计制造中。

摘要:本研究针对薄板变形的畸变问题，提出了基于面积坐标形函数的重构方法。不同于传统的基于雅克比矩阵的等参转换方法，该方法引入面积坐标作为等参坐标与笛卡尔坐标之间的过渡，确保线性转换关系和形函数的二阶完备性。消除了等参转换中因单元畸变造成的精度下降隐患，增强了复杂结构变形重构模型的普适性。并考虑到工程实际中的传感器粘贴限制，基于经典Kirchhoff板的一阶剪切变形理论，提出了单面应变的重构方法。通过建立多目标粒子群优化模型，得到传感器单面布置的最优方案。在天线结构模型的仿真和实验验证中，最大变形60 mm时，均方根误差RMSE为0.72 mm，百分比误差PD为2.89%。该方法实现了天线结构变形的高精度重构，有望应用于可变形天线结构的设计制造中。

摘要:具有人体关节弯曲状态和空间位置感知相结合的柔性应变-磁场双模传感器可提供一种响应迅速、界面友好和应用灵活的人机交互方法。受传感结构制约、小型化可穿戴平台算力及功耗的限制，这类器件目前难以实现人体姿态、位置等多信息的同时感知，以及多信息交互所需复杂模型的部署。为了实现高灵敏度和快速响应的力-磁双感知，提出了一种由CoFe薄膜和平面磁场传感线圈组成的磁致伸缩柔性传感器。在10~65 mm的弯曲半径ρ作用下，传感器的最大灵敏度为22 mV/mm。在1~11 kA/m的磁场H作用下，传感器的最大灵敏度为1.78 mV/(kA/m)。在1~4 Hz的不同ρ和H下，传感器灵敏度变化均小于1.6%，具有较好的动态输出稳定性。通过分析双感知传感器的输入/输出信号特征，构建了支持传感器信号处理和传输的传感系统，实现了双感知数据的采集。利用自适应模糊神经网络分析手势和位置信息用于手势识别，对传统应力或弯曲传感器易混淆的12种手势进行分类识别，准确率达到90.1%。此外，结合触觉反馈方法增强系统的信息交互能力，通过产生不同幅度和持续时间的振动反馈，帮助用户更好地掌握虚拟环境中的动作效果和相对位置。传感系统推理用户的手势动作和指令，并触觉反馈设备的响应结果，实现了人与设备之间的双向信息交互。

摘要:具有人体关节弯曲状态和空间位置感知相结合的柔性应变-磁场双模传感器可提供一种响应迅速、界面友好和应用灵 活的人机交互方法。 受传感结构制约、小型化可穿戴平台算力及功耗的限制,这类器件目前难以实现人体姿态、位置等多信息 的同时感知,以及多信息交互所需复杂模型的部署。 为了实现高灵敏度和快速响应的力-磁双感知,提出了一种由 Co-Fe 薄膜 和平面磁场传感线圈组成的磁致伸缩柔性传感器。 在 10~ 65 mm 的弯曲半径 ρ 作用下,传感器的最大灵敏度为 22 mV/ mm。 在 1~ 11 kA/ m 的磁场 H 作用下,传感器的最大灵敏度为 1. 78 mV/ (kA/ m)。 在 1~ 4 Hz 的不同 ρ 和 H 下,传感器灵敏度变化均小 于 1. 6% ,具有较好的动态输出稳定性。 通过分析双感知传感器的输入/ 输出信号特征,构建了支持传感器信号处理和传输的传 感系统,实现了双感知数据的采集。 利用自适应模糊神经网络分析手势和位置信息用于手势识别,对传统应力或弯曲传感器易 混淆的 12 种手势进行分类识别,准确率达到 90. 1% 。 此外,结合触觉反馈方法增强系统的信息交互能力,通过产生不同幅度和 持续时间的振动反馈,帮助用户更好地掌握虚拟环境中的动作效果和相对位置。 传感系统推理用户的手势动作和指令,并触觉 反馈设备的响应结果,实现了人与设备之间的双向信息交互。

摘要:针对服役状态下油污降低位移传感器精度和可靠性的问题,本文基于绝对式纳米时栅传感器,开展了栅尺油污污染误 差分析与抑制方法研究。 首先阐述了绝对式纳米时栅传感器测量原理;其次建立了栅尺油污污染的数学理论模型和电场仿真 模型。 通过理论和仿真分析表明:均匀油污污染对传感器没有影响,非均匀油污污染主要引入一次谐波误差,并且误差随着污 染油污的厚度和宽度的增加而增加;最后搭建实验平台验证了以上理论分析的正确性。 同时提出差动结构,有效抑制了一次谐 波误差,提高了传感器抗污能力。 研究油污造成的误差影响对提高传感器环境适应性有重要意义,同时也为提高传感器长期可 靠性和增强环境适应性提供了理论基础。

摘要:针对服役状态下油污降低位移传感器精度和可靠性的问题，本文基于绝对式纳米时栅传感器，开展了栅尺油污污染误差分析与抑制方法研究。首先阐述了绝对式纳米时栅传感器测量原理；其次建立了栅尺油污污染的数学理论模型和电场仿真模型。通过理论和仿真分析表明：均匀油污污染对传感器没有影响，非均匀油污污染主要引入一次谐波误差，并且误差随着污染油污的厚度和宽度的增加而增加；最后搭建实验平台验证了以上理论分析的正确性。同时提出差动结构，有效抑制了一次谐波误差，提高了传感器抗污能力。研究油污造成的误差影响对提高传感器环境适应性有重要意义，同时也为提高传感器长期可靠性和增强环境适应性提供了理论基础。

摘要:针对特征点对应关系未知的姿态估计问题,提出了 1 种基于惯性辅助跟踪的未知对应姿态估计方法。 与利用惯性信息 在数据处理层面优化先验位姿选取的方法不同,该方法在数据采集层面融合图像信息和惯性信息,从而提高了姿态估计和特征 点匹配的准确性和稳健性。 本文提出了 1 种融合特征点跟踪和运动矢量约束跟踪的混合跟踪新方法,构建了二维和三维点集 的初始匹配权重矩阵。 基于该匹配权重矩阵建立优化目标函数,并利用改进软分配算法交替优化姿态估计和二维/ 三维点集匹 配关系。 利用二维精密转台搭载合作立体靶标进行算法性能测试,结果表明:在方位角/ 俯仰角为±50°内,该方法的成功率为 99% ,姿态估计精度优于 0. 15°,单次测量耗时约 17 ms,并且在视觉遮挡情况下仍可保持较高的成功率。

摘要:针对特征点对应关系未知的姿态估计问题，提出了1种基于惯性辅助跟踪的未知对应姿态估计方法。与利用惯性信息在数据处理层面优化先验位姿选取的方法不同，该方法在数据采集层面融合图像信息和惯性信息，从而提高了姿态估计和特征点匹配的准确性和稳健性。本文提出了1种融合特征点跟踪和运动矢量约束跟踪的混合跟踪新方法，构建了二维和三维点集的初始匹配权重矩阵。基于该匹配权重矩阵建立优化目标函数，并利用改进软分配算法交替优化姿态估计和二维/三维点集匹配关系。利用二维精密转台搭载合作立体靶标进行算法性能测试，结果表明：在方位角/俯仰角为±50°内，该方法的成功率为99%，姿态估计精度优于0.15°，单次测量耗时约17 ms，并且在视觉遮挡情况下仍可保持较高的成功率。

摘要:矿浆浮选液位测量作为选冶生产的关键环节,其测量系统中恒流源的准确性和稳定性直接影响最终产品质量。 针对现 有恒流源电路输出精度低、高频特性及带负载能力差等缺点,设计了一种新型高精度差分恒流源电路,通过在反馈回路和负载 两端引入补偿电容,优化电路的高频特性,减小输出信号相移,并采用浮地接入负载,优化电路的负载特性,据此提高电路输出 阻抗和带负载能力,最后完成对电路的仿真和实际测试。 实际测量结果表明,所设计的新型恒流源在 0 ~ 4 kΩ 范围内实现 100 Hz~ 50 kHz 可调、0~ 20 mA 恒流的效果更好,电路频率特性和负载特性显著提高,最大相对误差分别为 0. 513% 和 0. 378% , 满足矿浆浮选工业现场液位高准确测量的实际需求。

摘要:矿浆浮选液位测量作为选冶生产的关键环节，其测量系统中恒流源的准确性和稳定性直接影响最终产品质量。针对现有恒流源电路输出精度低、高频特性及带负载能力差等缺点，设计了一种新型高精度差分恒流源电路，通过在反馈回路和负载两端引入补偿电容，优化电路的高频特性，减小输出信号相移，并采用浮地接入负载，优化电路的负载特性，据此提高电路输出阻抗和带负载能力，最后完成对电路的仿真和实际测试。实际测量结果表明，所设计的新型恒流源在0~4 kΩ范围内实现100 Hz~50 kHz可调、0~20 mA恒流的效果更好，电路频率特性和负载特性显著提高，最大相对误差分别为0513%和0378%，满足矿浆浮选工业现场液位高准确测量的实际需求。

摘要:多维无线电力传输是胃肠道胶囊机器人发展的关键。为了解决新型胶囊机器人功能不断增加，而传统三维接收线圈占用内部空间过大的问题，本文提出了一种三维组合式发射线圈，能够通过调制通过各维线圈的电流来产生动态的三维磁场。本文首先介绍了无线供能系统的工作原理，然后对发射系统产生的空间磁场进行了有限元分析。最后利用搭建的实验平台进行实验，验证了仿真结果的准确性并确定了接收线圈感应最大接受电压的姿态。试验结果表明，当发射系统在中心点处产生相等的三维磁场分量时，负载接收能量超过630 mW。此外，发射系统附近边缘区域的位置稳定性超过80%，确保胶囊机器人能够平稳的运行。

摘要:多维无线电力传输是胃肠道胶囊机器人发展的关键。 为了解决新型胶囊机器人功能不断增加,而传统三维接收线圈占 用内部空间过大的问题,本文提出了一种三维组合式发射线圈,能够通过调制通过各维线圈的电流来产生动态的三维磁场。 本 文首先介绍了无线供能系统的工作原理,然后对发射系统产生的空间磁场进行了有限元分析。 最后利用搭建的实验平台进行 实验,验证了仿真结果的准确性并确定了接收线圈感应最大接受电压的姿态。 试验结果表明,当发射系统在中心点处产生相等 的三维磁场分量时,负载接收能量超过 630 mW。 此外,发射系统附近边缘区域的位置稳定性超过 80% ,确保胶囊机器人能够平 稳的运行。

摘要:微型发光二极管(Mini / Micro-LED)是下一代显示技术。 随着 Mini / Micro-LED 芯片物理尺寸的微小化,制造良品率下 降、集成度激增,Mini / Micro LED 芯片的快速、精确检测成为工业生产的关键。 然而由于芯片尺寸小、分布密集,单个目标的特 征信息占比不足,且工业检测要求检测算法速度快、易部署,Mini / Micro-LED 芯片缺陷检测仍面临巨大挑战。 针对这些问题,设 计了一种压缩注意力细节-语义互补卷积神经网络(CADSC-CNN)。 在特征融合网络加入基于自注意力机制的编码器结构,更 容易获取全局信息,对小目标的特征信息进行补充;同时对自注意力进行压缩操作减少模型的参数量,提高检测速率。 此外,通 过工业相机采集的 Mini / Micro-LED 数据集验证该方法的有效性。 实验表明,该方法的平均精度均值(mAP)达到了 95. 6% ,速 度为 100. 6 fps 关键词 。

摘要:微型发光二极管（Mini/Micro-LED）是下一代显示技术。随着Mini/Micro-LED芯片物理尺寸的微小化,制造良品率下降、集成度激增,Mini/Micro LED芯片的快速、精确检测成为工业生产的关键。然而由于芯片尺寸小、分布密集,单个目标的特征信息占比不足,且工业检测要求检测算法速度快、易部署,Mini/Micro-LED芯片缺陷检测仍面临巨大挑战。针对这些问题,设计了一种压缩注意力细节-语义互补卷积神经网络(CADSC-CNN)。在特征融合网络加入基于自注意力机制的编码器结构,更容易获取全局信息,对小目标的特征信息进行补充;同时对自注意力进行压缩操作减少模型的参数量,提高检测速率。此外,通过工业相机采集的Mini/Micro-LED数据集验证该方法的有效性。实验表明,该方法的平均精度均值（mAP）达到了95.6%,速度为100.6 fps。

摘要:能量天平是我国自主研制的千克量子化复现装置，千克重新定义后如何实现基于能量天平的质量量值传递就显得尤为重要。然而，能量天平在质量量值传递过程中存在标准砝码暴露于空气环境中影响量值传递准确性的问题。为了解决该问题，基于能量天平结构特点，设计提出一种组合式砝码传递方案，并研制出对应的砝码真空传递装置，能够实现标准砝码在真空环境下从能量天平传递至真空容器，确保质量量值传递的准确性。然后，根据能量天平悬挂系统建立了传递装置传递准确性模型，并基于该模型得到了砝码传递x、y轴的传递误差分别为0.011 6 μm、0.009 2 μm，论证了砝码传递过程的准确性。最后通过实验验证了砝码真空传递装置给能量天平引入小于10-9量级的准直误差，不会影响能量天平精密准直状态。

摘要:能量天平是我国自主研制的千克量子化复现装置,千克重新定义后如何实现基于能量天平的质量量值传递就显得 尤为重要。 然而,能量天平在质量量值传递过程中存在标准砝码暴露于空气环境中影响量值传递准确性的问题。 为了解决 该问题,基于能量天平结构特点,设计提出一种组合式砝码传递方案,并研制出对应的砝码真空传递装置,能够实现标准 砝码在真空环境下从能量天平传递至真空容器,确保质量量值传递的准确性。 然后,根据能量天平悬挂系统建立了传递装 置传递准确性模型,并基于该模型得到了砝码传递 x、y 轴的传递误差分别为 0. 011 6 μm、0. 009 2 μm,论证了砝码传递过程 的准确性。 最后通过实验验证了砝码真空传递装置给能量天平引入小于 10 -9 量级的准直误差,不会影响能量天平精密准直 状态。

摘要:为了解决无线电能传输系统耦合机构偏移偏转致使耦合系数和传输能效骤降的问题,提出了一种基于旋转磁场耦合的 非对称式 WPT 系统。 所提出的双层正交 DD 发射机构用以激发旋转耦合磁场,交叉偶极式接收机构可实现旋转磁场的充分拾 取。 围绕 DQDD-CD 非对称耦合机构,分析了发射线圈激发磁场的旋转分布特性以及接收线圈偏移偏转位置下拾取磁通的耦 合路径;构建了双能道谐振拓扑并推导了谐振元件参数配置条件以及系统传输能效表达式;给出了获得最高耦合系数的线圈绕 制、位置和尺寸 3 类特征参数的配置方法,分析了偏移偏转位置下 DQDD-CD 耦合机构的互感及耦合系数变化规律,分析结果 表明 DQDD-CD 机构相比于现有 6 种典型耦合机构具有更全方位和更宽范围的抗偏移偏转性能。 最后,在水平偏移 50% 和垂 直偏转 90°范围内的情况下,建立了 500 W 实验样机,传输间距为 130 mm,验证了 DQDD-CD 磁耦合机构的抗偏移偏转性能和 系统传输能效性。

摘要:为了解决无线电能传输系统耦合机构偏移偏转致使耦合系数和传输能效骤降的问题，提出了一种基于旋转磁场耦合的非对称式WPT系统。所提出的双层正交DD发射机构用以激发旋转耦合磁场，交叉偶极式接收机构可实现旋转磁场的充分拾取。围绕DQDD-CD非对称耦合机构，分析了发射线圈激发磁场的旋转分布特性以及接收线圈偏移偏转位置下拾取磁通的耦合路径；构建了双能道谐振拓扑并推导了谐振元件参数配置条件以及系统传输能效表达式；给出了获得最高耦合系数的线圈绕制、位置和尺寸3类特征参数的配置方法，分析了偏移偏转位置下DQDD-CD耦合机构的互感及耦合系数变化规律，分析结果表明DQDD-CD机构相比于现有6种典型耦合机构具有更全方位和更宽范围的抗偏移偏转性能。最后，在水平偏移50%和垂直偏转90°范围内的情况下，建立了500 W实验样机，传输间距为130 mm，验证了DQDD-CD磁耦合机构的抗偏移偏转性能和系统传输能效性。

摘要:针对空间调制型全偏振成像系统在不同目标场景下成像效果不稳定的问题,使其在多目标场景均能保持最佳性能,提 出了一种基于仿真干涉水印条纹的滤波器带宽优化计算方法,实现了对系统成像透镜的选型理论指导。 通过在强度图像上叠 加不同稀疏程度仿真干涉水印条纹的二维正弦函数得到仿真干涉图像,应用快速傅里叶变换和频域低通滤波算法对仿真干涉 图解调得到全偏振图像,再对与强度图像结构相似度最高的偏振图像进行求解。 提出了基于改进粒子群优化算法的最优滤波 器带宽计算方法,通过引入疫苗提取选择策略和模拟退火机制实现了最优滤波器带宽的自适应选取,再结合不同目标场景下选 定的图像分辨率、入射光波长及 Savart 偏光镜单束光偏移量等系统参数,计算得到成像透镜最优焦距,从而完成理论选型。 实 验部分对比分析了基于最优滤波器带宽选型与传统的自行经验选型的空间调制型全偏振成像系统稳定性,实验结果表明,基于 最优滤波器带宽搭建的空间调制型全偏振成像系统性能较好,所提出的基于最优滤波器带宽选型相比于自行经验选型的频谱 图反演面积增大 4. 16 倍、图像结构相似度提高了 63% ,显著提高了系统的偏振成像质量。

摘要:针对空间调制型全偏振成像系统在不同目标场景下成像效果不稳定的问题，使其在多目标场景均能保持最佳性能，提出了一种基于仿真干涉水印条纹的滤波器带宽优化计算方法，实现了对系统成像透镜的选型理论指导。通过在强度图像上叠加不同稀疏程度仿真干涉水印条纹的二维正弦函数得到仿真干涉图像，应用快速傅里叶变换和频域低通滤波算法对仿真干涉图解调得到全偏振图像，再对与强度图像结构相似度最高的偏振图像进行求解。提出了基于改进粒子群优化算法的最优滤波器带宽计算方法，通过引入疫苗提取选择策略和模拟退火机制实现了最优滤波器带宽的自适应选取，再结合不同目标场景下选定的图像分辨率、入射光波长及Savart偏光镜单束光偏移量等系统参数，计算得到成像透镜最优焦距，从而完成理论选型。实验部分对比分析了基于最优滤波器带宽选型与传统的自行经验选型的空间调制型全偏振成像系统稳定性，实验结果表明，基于最优滤波器带宽搭建的空间调制型全偏振成像系统性能较好，所提出的基于最优滤波器带宽选型相比于自行经验选型的频谱图反演面积增大4.16倍、图像结构相似度提高了63%，显著提高了系统的偏振成像质量。

摘要:为了满足折返式光学系统在空间环境中的应用,本文以某空间燃烧光学实验设备中的纹影光学系统为例,针对传统反 射镜粘接工艺易受温度变化而影响光学系统成像质量的问题,提出了一种反射镜组件胶层粘接设计与量化分析方法,并对其空 间姿态的精密测量进行了研究。 采用环氧树脂胶作为反射镜组件的主要粘接剂,并以无热化作为约束条件,对粘接胶层理论计 算方程进行改进优化;通过多目标仿真分析及数据拟合,选取合适的胶层厚度,并利用中心偏差测量仪及工装测量法实现反射 镜与镜框共轴装配。 在此基础上,采用坐标转换法建立基于经纬仪测量的反射镜组件装调坐标系,推导出平面反射镜组件俯仰 及方位偏差与经纬仪测量值的对应关系,并通过经纬仪及五棱镜构建测量基准面实现反射镜组件空间姿态的精密测量。 最终 环境试验结果表明,应用该方法可实现燃烧光学实验纹影光学系统在空间复杂环境条件下的工作,其平面反射镜粘接后面型精 度 RMS 为 0. 023λ,平面反射镜组件与光学系统光轴夹角均优于 10″,光学设备在温度范围为-5℃ ~ +45℃ 时成像清晰。 该方法 目前也应用于其他在研项中。

摘要:为了满足折返式光学系统在空间环境中的应用，本文以某空间燃烧光学实验设备中的纹影光学系统为例，针对传统反射镜粘接工艺易受温度变化而影响光学系统成像质量的问题，提出了一种反射镜组件胶层粘接设计与量化分析方法，并对其空间姿态的精密测量进行了研究。采用环氧树脂胶作为反射镜组件的主要粘接剂，并以无热化作为约束条件，对粘接胶层理论计算方程进行改进优化；通过多目标仿真分析及数据拟合，选取合适的胶层厚度，并利用中心偏差测量仪及工装测量法实现反射镜与镜框共轴装配。在此基础上，采用坐标转换法建立基于经纬仪测量的反射镜组件装调坐标系，推导出平面反射镜组件俯仰及方位偏差与经纬仪测量值的对应关系，并通过经纬仪及五棱镜构建测量基准面实现反射镜组件空间姿态的精密测量。最终环境试验结果表明，应用该方法可实现燃烧光学实验纹影光学系统在空间复杂环境条件下的工作，其平面反射镜粘接后面型精度RMS为0.023λ，平面反射镜组件与光学系统光轴夹角均优于10″，光学设备在温度范围为-5℃~+45℃时成像清晰。该方法目前也应用于其他在研项中。

摘要:数据驱动方法广泛用于热误差建模，然而缺乏机理支撑的开环串行结构难以保证模型在新工况中的鲁棒性，模型预测性能无法保障。对此，本文提出了一种基于数据集重构的主轴热误差半闭环建模方法，以被预测批次及建模批次的环境温度为参考对原始建模批次排序筛选，重构建模数据集并建立半闭环热误差模型。方法应用于车床主轴热误差的预测过程，所提重构数据集的热误差模型在3组测试中预测结果的均方根误差分别为1.7 μm、1.7 μm、0.9 μm，相比常规模型精度提高29.2%、39.3%、64.0%，提升效果显著。方法为现有热误差串行开环建模模式提供闭环反馈环节，对于进一步提升热误差模型性能具有一定意义。

摘要:数据驱动方法广泛用于热误差建模,然而缺乏机理支撑的开环串行结构难以保证模型在新工况中的鲁棒性,模型预测 性能无法保障。 对此,本文提出了一种基于数据集重构的主轴热误差半闭环建模方法,以被预测批次及建模批次的环境温度为 参考对原始建模批次排序筛选,重构建模数据集并建立半闭环热误差模型。 方法应用于车床主轴热误差的预测过程,所提重构 数据集的热误差模型在 3 组测试中预测结果的均方根误差分别为 1. 7 μm、1. 7 μm、0. 9 μm,相比常规模型精度提高 29. 2% 、 39. 3% 、64. 0% ,提升效果显著。 方法为现有热误差串行开环建模模式提供闭环反馈环节,对于进一步提升热误差模型性能具 有一定意义。

摘要:针对螺尖丝锥生产过程中几何参数测量稳定性差、测量信息不全和测量效率低等问题,提出一种基于线激光扫描的快 速非接触测量方法。 首先,根据齐次坐标变换理论建立了螺尖丝锥非接触测量运动学模型,并在对测量数据进行预处理后,基 于多视角拼接实现了螺尖丝锥的全信息曲面重构;然后,提出了考虑螺尖丝锥曲面特征的点云分割方法和刃部刃线提取算法, 并在此基础上实现了丝锥前角、刃倾角、芯径、刃背宽度等几何参数的全面高效计算;最后,在数控机床上针对生产过程中的螺 尖丝锥开展了测量重复性实验和对比实验。 结果表明,该方法平均测量效率提升了 3. 88 倍且最大相对误差不超过 2% ,验证了 测量系统的可行性以及具有良好的测量稳定性、测量效率和准确性。

摘要:针对螺尖丝锥生产过程中几何参数测量稳定性差、测量信息不全和测量效率低等问题，提出一种基于线激光扫描的快速非接触测量方法。首先，根据齐次坐标变换理论建立了螺尖丝锥非接触测量运动学模型，并在对测量数据进行预处理后，基于多视角拼接实现了螺尖丝锥的全信息曲面重构；然后，提出了考虑螺尖丝锥曲面特征的点云分割方法和刃部刃线提取算法，并在此基础上实现了丝锥前角、刃倾角、芯径、刃背宽度等几何参数的全面高效计算；最后，在数控机床上针对生产过程中的螺尖丝锥开展了测量重复性实验和对比实验。结果表明，该方法平均测量效率提升了3.88倍且最大相对误差不超过2%，验证了测量系统的可行性以及具有良好的测量稳定性、测量效率和准确性。

摘要:在机测量可在加工过程中实时测量，有效提高面齿轮的加工质量及测量效率。考虑面齿轮在机测量预行程误差对齿面精度的影响和齿面匹配精度低的问题，制定了基于蜗杆砂轮磨齿机的在机测量策略，将多种误差影响因素作为输入，测头综合预行程误差作为输出，构建基于PSO-CNN神经网络的综合预行程误差预测模型完成误差补偿。提出齿面精匹配方法，构建六参数优化模型使测量齿面与理论齿面进行匹配得到齿面误差。最后，测量实验结果显示，左齿面精度提高61.33%，右齿面精度提高71.15%，在机测量与克林贝格测量仪测量结果基本一致，满足面齿轮在机测量精度要求。

摘要:在机测量可在加工过程中实时测量,有效提高面齿轮的加工质量及测量效率。 考虑面齿轮在机测量预行程误差对齿面 精度的影响和齿面匹配精度低的问题,制定了基于蜗杆砂轮磨齿机的在机测量策略,将多种误差影响因素作为输入,测头综合 预行程误差作为输出,构建基于 PSO-CNN 神经网络的综合预行程误差预测模型完成误差补偿。 提出齿面精匹配方法,构建六 参数优化模型使测量齿面与理论齿面进行匹配得到齿面误差。 最后,测量实验结果显示,左齿面精度提高 61. 33% ,右齿面精度 提高 71. 15% ,在机测量与克林贝格测量仪测量结果基本一致,满足面齿轮在机测量精度要求。

摘要:电流反馈仪表放大器芯片因其高精度、高共模抑制比等优势,广泛应用于微弱信号检测。 传统 CFIA 利用斩波技术降 低 1 / f 噪声和失调电压以提升放大器精度,但额外引入斩波波纹会显著限制其精度提升。 为此,本文提出一种基于自适应时钟 和波纹减小环路的新型电流反馈仪表放大器 ARCFIA,该放大器针对传统斩波放大器波纹,采用波纹减少环路 RRL 对其抑制, 并借助自适应时钟 ACLK,将斩波开关的输入参考噪声谱密度降低。 实验结果表明,ARCFIA 实现了低于 1. 4 μV 的低失调电压 和 17. 2 nV/ Hz的输入参考噪声,同时波纹被减少到 ARCFIA 噪声基底以下,通过减小失调、噪声和波纹,实现了精度的进一 步提升。 此外,ARCFIA 还具有一定潜力应用于复杂环境下的高精度测量系统。

摘要:电流反馈仪表放大器芯片因其高精度、高共模抑制比等优势，广泛应用于微弱信号检测。传统CFIA利用斩波技术降低1/f 噪声和失调电压以提升放大器精度，但额外引入斩波波纹会显著限制其精度提升。为此，本文提出一种基于自适应时钟和波纹减小环路的新型电流反馈仪表放大器ARCFIA，该放大器针对传统斩波放大器波纹，采用波纹减少环路RRL对其抑制，并借助自适应时钟ACLK，将斩波开关的输入参考噪声谱密度降低。实验结果表明，ARCFIA实现了低于1.4 μV的低失调电压和17.2 nV/Hz的输入参考噪声，同时波纹被减少到ARCFIA噪声基底以下，通过减小失调、噪声和波纹，实现了精度的进一步提升。此外，ARCFIA还具有一定潜力应用于复杂环境下的高精度测量系统。

摘要:传统双目立体视觉测量基于立体校正进行三维重建，测量精度受标定参数精度、插值精度以及双目传感器结构的影响很大。在进行曲面尤其是大曲率ROI变形测量时，立体校正过程会导致立体图像对中不均匀变形信息的损失或者过度拟合，进而影响测量精度。为此，本文发展了一种基于重投影和3D-DIC，适用于曲面变形测量的无需立体校正或外极几何约束校正的高精度立体匹配方法。同时，这种方法也可推广用于含有不均匀变形的时序图像对的高精度匹配。具体地，本文提出了二阶变形参数初值估计方法，二阶变形参数初值生长匹配策略，全局立体匹配和时序匹配策略；进一步，给出了不依赖于立体校正和极线校正的特征点三维重建方法，全局变形场及局部应变场的计算方法。实验证明本文所提方法可实现一定曲率曲面的高精度变形测量，测量系统在一定景深内能够实现小于1 μm的平均测量误差。

摘要:传统双目立体视觉测量基于立体校正进行三维重建,测量精度受标定参数精度、插值精度以及双目传感器结构的影响 很大。 在进行曲面尤其是大曲率 ROI 变形测量时,立体校正过程会导致立体图像对中不均匀变形信息的损失或者过度拟合, 进而影响测量精度。 为此,本文发展了一种基于重投影和 3D-DIC,适用于曲面变形测量的无需立体校正或外极几何约束校正 的高精度立体匹配方法。 同时,这种方法也可推广用于含有不均匀变形的时序图像对的高精度匹配。 具体地,本文提出了二阶 变形参数初值估计方法,二阶变形参数初值生长匹配策略,全局立体匹配和时序匹配策略;进一步,给出了不依赖于立体校正和 极线校正的特征点三维重建方法,全局变形场及局部应变场的计算方法。 实验证明本文所提方法可实现一定曲率曲面的高精 度变形测量,测量系统在一定景深内能够实现小于 1 μm 的平均测量误差。

摘要:电磁声传感器由于其结构简单且无需耦合等特点,在超声无损检测领域具备显著的应用潜力。 传统的永磁铁式横波电磁 声传感器存在诸多缺陷,包括换能效率低、激发超声模态不具一致性,以及在铁磁性试件上检测时吸附力强、难以移动等,这些问 题不仅影响了检测结果的准确性,也限制了其应用范围。 本研究基于永磁铁海尔贝克式电磁声传感器以及空芯电磁铁电磁声传 感器的特点,研制了一种新型的电磁铁横波传感器,实现单侧磁场增强的同时,可实现偏置磁场强度可调。 本文采用正交试验的 方法对传感器励磁磁铁以及涡流线圈结构参数进行优化,提高了回波信号的幅值。 研究结果表明,经过优化后的电磁声传感器对 于铝板的检测,可显著增加试件表面产生的垂直磁场强度及分布范围,并大幅降低水平磁场,能够更有效地激发较为纯净的横波。

摘要:电磁声传感器由于其结构简单且无需耦合等特点，在超声无损检测领域具备显著的应用潜力。传统的永磁铁式横波电磁声传感器存在诸多缺陷，包括换能效率低、激发超声模态不具一致性，以及在铁磁性试件上检测时吸附力强、难以移动等，这些问题不仅影响了检测结果的准确性，也限制了其应用范围。本研究基于永磁铁海尔贝克式电磁声传感器以及空芯电磁铁电磁声传感器的特点，研制了一种新型的电磁铁横波传感器，实现单侧磁场增强的同时，可实现偏置磁场强度可调。本文采用正交试验的方法对传感器励磁磁铁以及涡流线圈结构参数进行优化，提高了回波信号的幅值。研究结果表明，经过优化后的电磁声传感器对于铝板的检测，可显著增加试件表面产生的垂直磁场强度及分布范围，并大幅降低水平磁场，能够更有效地激发较为纯净的横波。

摘要:提出了一种引入去噪因子的薄板结构水平剪切波（SH波）损伤概率分布成像方法，旨在提高复杂环境下的损伤检测精度。针对薄板结构导波健康监测中诸如薄板变形、环境干扰、系统误差、人员操作等因素造成的干扰，本方法通过引入去噪因子来降低噪声信号的影响，并基于局部峰值设计自适应阈值进行损伤分离，从而显著提升成像效果。分析了SH波在薄板结构中的传播特性，并通过钢板实验进行了验证。结果表明，与传统损伤概率分布成像方法相比，本方法能够更准确地进行损伤定位。此外，本研究还探讨了引入去噪因子的损伤概率分布成像在降低噪声影响、多损伤分离检测的优势，为基于SH波的薄板结构损伤检测提供了理论与工程依据。

摘要:提出了一种引入去噪因子的薄板结构水平剪切波(SH 波)损伤概率分布成像方法,旨在提高复杂环境下的损伤检测精 度。 针对薄板结构导波健康监测中诸如薄板变形、环境干扰、系统误差、人员操作等因素造成的干扰,本方法通过引入去噪因子 来降低噪声信号的影响,并基于局部峰值设计自适应阈值进行损伤分离,从而显著提升成像效果。 分析了 SH 波在薄板结构中 的传播特性,并通过钢板实验进行了验证。 结果表明,与传统损伤概率分布成像方法相比,本方法能够更准确地进行损伤定位。 此外,本研究还探讨了引入去噪因子的损伤概率分布成像在降低噪声影响、多损伤分离检测的优势,为基于 SH 波的薄板结构 损伤检测提供了理论与工程依据。

摘要:锅炉声学测温非常依赖声传播时延的估计准确性与实时性。 为解决传统方法只能进行整数倍采样点数的时延估计,本 文提出一种基于相位补偿的高精度多路时延估计方法,构造正弦—啁啾复合信号,结合广义二次互相关和全相位傅里叶变换的 相位估计实现高精度时延估计。 通过仿真和实验验证,本文构造的信号在使用广义互相关方法时的精度与其他常用信号相同, 加入相位补偿后,具有更高的精度和抗噪性,精度提升 8. 5 倍以上,且受采样频率影响不大。 本文方法在使用频分复用的多路 同步时延估计中的表现与单路一致的同时,将测量时间缩短至传统方法的 1 / 8,为实现更快速更高精度的声学测温提供了有效 的解决方案。

摘要:锅炉声学测温非常依赖声传播时延的估计准确性与实时性。为解决传统方法只能进行整数倍采样点数的时延估计，本文提出一种基于相位补偿的高精度多路时延估计方法，构造正弦—啁啾复合信号，结合广义二次互相关和全相位傅里叶变换的相位估计实现高精度时延估计。通过仿真和实验验证，本文构造的信号在使用广义互相关方法时的精度与其他常用信号相同，加入相位补偿后，具有更高的精度和抗噪性，精度提升8.5倍以上，且受采样频率影响不大。本文方法在使用频分复用的多路同步时延估计中的表现与单路一致的同时，将测量时间缩短至传统方法的1/8，为实现更快速更高精度的声学测温提供了有效的解决方案。

摘要:针对室内强混响低信噪比下单特征声源跟踪精度低和稳健性差的问题，提出了一种多特征优化鲁棒跟踪算法。该算法建立了基于时延估计多假设模型的多特征优化机制，克服了混响噪声下单特征定位性能差的缺陷。为了提高多特征优化机制对说话人随机运动的稳健性，提出了交互式多模型（Interacting Multiple Model, IMM）粒子滤波改进算法，通过对模型噪声方差和模型概率实时调整，增强了多特征优化机制的鲁棒性。仿真分析和实际测试结果表明，在多特征优化机制下，IMM改进算法比已有模型位置平均均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）降低约12%；在IMM改进算法下，多特征优化机制相对其他算法位置平均RMSE降低89.6%左右。该算法明显消除了混响噪声的不利影响，提高了声源定位与跟踪的精度和鲁棒性。

摘要:针对室内强混响低信噪比下单特征声源跟踪精度低和稳健性差的问题,提出了一种多特征优化鲁棒跟踪算法。 该算法 建立了基于时延估计多假设模型的多特征优化机制,克服了混响噪声下单特征定位性能差的缺陷。 为了提高多特征优化机制 对说话人随机运动的稳健性,提出了交互式多模型(IMM)粒子滤波改进算法,通过对模型噪声方差和模型概率实时调整,增强 了多特征优化机制的鲁棒性。 仿真分析和实际测试结果表明,在多特征优化机制下,IMM 改进算法比已有模型位置平均均方 根误差(RMSE)降低约 12% ;在 IMM 改进算法下,多特征优化机制相对其他算法位置平均 RMSE 降低 89. 6% 左右。 该算法明显 消除了混响噪声的不利影响,提高了声源定位与跟踪的精度和鲁棒性。

摘要: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。

摘要: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。

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