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2024年 45卷 6期
刊出日期：2024-06-28
几何量计量
光学计量
热学计量
力学计量
流量计量
声学计量
电磁学计量
电离辐射、化学计量与生物计量
光学计量
769
多角度弱纹理文物三维扫描测量方法
董力,江文松,罗哉,杨力,李亚茹,卞点
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.01
古文物的数字化重建是考古发掘的重要分析手段,但弱纹理特征的文物结构很难准确配准,从而引起较大的三维重建误差。针对该问题,提出基于互补格雷码-相移法的三维重建方法,并通过转台辅助完成多角度点云配准。首先,建立双目-转台位姿转换模型,完成系统标定;其次,在扫描过程中使用互补格雷码-相移法获得高质量的相位信息,通过极线校正和立体匹配得到单片点云数据;最后,采用精密转台的多角度拼接方法实现各个方向的点云图像组合,构建完整的文物三维点云图像。为了验证所提方法的有效性,搭建了双目结构光三维重建系统搭配高精度转台实验平台,实验结果表明:所提算法的误差低于0.11mm,深度相机方法的误差为6.96mm,比所提方法误差大63.27倍,证明结构光三维重建系统对弱纹理特征物体重建具有优势,同时转台的应用也实现了对均匀对称物体的多角度三维重建。
2024 Vol. 45 (6): 769-776 [
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777
全天候高均匀性光环境照明系统设计
郑国庆,钟虎根,汪雨晴,占春连
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.02
为解决飞机座舱人机工效实验所需的座舱外全天候高均匀性光环境模拟问题,对光源模组发光机理与照度叠加原理进行了研究。建立了大面积LED环境光照系统光照数学模型,通过测试计算和仿真设计分析设计了大面积、高均匀性、快速可调的全天候光环境照明系统,并对供电电流、光源发光角、光源排布等因素进行了分析。当光源分布确定后,光环境照明系统的均匀性主要取决于供电稳定性和一致性,系统的供电稳定性与一致性越高则照度的均匀性也越高,系统的光照度取决于系统电功率的大小,系统电功率越大,则光照度越强;当光源的供电功率确定后,照度的均匀性和动态范围取决光源的数量和分布,光源发光角以及光源排布间距越小则照度的动态范围越小,照度的均匀性越高。搭建一套10m×10m的大面积光环境模拟系统,该系统照度从正午1.5×10
5
lx到夜晚星光0.01lx的8个数量级大范围可调,3000~6500K全天候色温范围可调,照度均匀性超过95%。实验结果表明该系统满足飞机座舱外所需的大面积高强度、高均匀性的光环境模拟系统的设计要求。
2024 Vol. 45 (6): 777-785 [
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786
基于轻量化特征选择的镜片多尺度缺陷检测系统研究
许桢英,杨钰峂,雷英俊,王匀,武子乾,韩丽玲
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.03
为解决对镜片缺陷识别和定位困难的问题,设计了一种基于轻量化特征选择(LFSN)的镜片多尺度缺陷检测系统。首先通过四步相移栅格光成像系统采集缺陷图像,基于傅里叶变换对图像进行融合以提高图像质量;然后,LFSN使用自动特征层选择结构,在训练过程中计算无锚框分支损失,获得最优特征层信息,更新参数,从而优化模型对不同缺陷大小信息的学习能力;还使用了深度分离可变卷积,通过双线性插值增加像素点在平面的偏移量,从而提升模型对缺陷形貌的主动学习能力,并一定程度减少模型训练参数量,降低检测时间,同时优化回归定位损失明确各阶段训练任务,利用一次惩罚项指导前期预测框中心距离回归;利用归一化二次项,指导后期预测框大小比例回归,使预测框更接近真实值;最后,通过实验采集镜片缺陷图像,并构建数据集进行对比实验。实验结果表明:识别和定位镜片的缺陷的准确率为96.3%,单幅检测时间为24.9ms。
2024 Vol. 45 (6): 786-794 [
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795
基于DSConvBiGRU网络和热电堆阵列的动态手势识别方法
顾亮,于莲芝
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.04
提出了适用于嵌入式系统并融合深度可分离卷积神经网络与双向门控循环单元的DSConvBiGRU网络模型,将其用于动态手势序列的分类,设计并实现了一种使用低分辨率热电堆阵列传感器的动态手势识别解决方案,构建了动态手势数据集并在公开网站发布,完成了预训练网络模型在Raspberry Pi边缘端的部署。系统对传感器输出的连续20个温度矩阵进行区间映射、背景减除、Lanczos插值和Otsu二值化预处理得到单个动态手势序列,再由预训练的DSConvBiGRU网络进行分类。实验结果表明:网络模型在测试集上识别准确率为99.291%,在边缘端预处理耗时5.513ms,推理耗时8.231ms,该系统满足低功耗、高精度和实时性的设计需求。
2024 Vol. 45 (6): 795-805 [
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806
汽车轮毂表面缺陷检测技术分析与装置设计
刘福才,张震宇,徐继龙,郑宏伟,刘阳
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.05
机器视觉作为代替人工检测轮毂表面缺陷的重要手段,是目前该领域的主要研究方向,因此针对汽车轮毂表面缺陷检测技术的研究现状进行了综述与分析。首先,从轮毂表面缺陷的类别和人工检测流程入手,阐述了基于机器视觉的轮毂表面缺陷检测技术的要求和难点。其次,分析了基于机器视觉的智能检测算法的发展历程,包括传统的机器视觉方法在缺陷图像预处理、缺陷定位和特征提取、缺陷分类识别中的应用;卷积神经网络(CNN)等深度学习方法在缺陷检测、分割以及其他方面的应用。最后,介绍了现有轮毂型号识别装置、轮毂缺陷X射线图像采集装置、轮毂表面缺陷图像采集装置,并在分析当前基于机器视觉的智能检测装置在实际应用中的局限性及需要解决的若干关键技术问题的基础上,提出了3种智能检测实验装置设计方案,为全自动快速检测装置的研制与性能提升提供理论与技术支撑。
2024 Vol. 45 (6): 806-818 [
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几何量计量
819
热障涂层厚度的脉冲涡流检测反演方法
范文茹,昌勇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.06
针对热障涂层厚度的高精度测量,提出一种脉冲涡流检测反演方法。该方法提出两阶段处理技术对脉冲涡流检测信号进行预处理,采用主成分分析法提取预处理信号的主成分分量,最后构建BP神经网络实现涂层厚度预测。通过COMSOL建模仿真实验证明两阶段处理方法可有效地减小提离效应并区分厚度特征的变化,基于主成分分析的特征提取方法能够对陶瓷层和粘结层厚度变化进行分类识别。结果显示该方法对陶瓷层厚度计算的平均相对误差约为0.4%,对粘结层厚度计算的平均相对误差约为2.6%。可见,该方法对热障涂层厚度的反演精度较高。
2024 Vol. 45 (6): 819-826 [
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827
转台负载工况下角位置误差补偿方法研究
肖美梁,薛梓,黄垚,朱维斌,林虎,杨禹
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.07
负载会影响转台回转轴的运动状态,进一步影响转台角位置误差的大小。通过分析负载工况下转台角位置误差傅里叶阶次的变化情况,提出一种基于谐波补偿的误差补偿方法。首先,分析负载对转台回转轴的影响,建立回转轴误差运动与角位置误差之间的数学模型,并进行数值仿真;其次,通过负载变化影响回转轴误差运动的大小,获取转台不同负载下的自校准曲线,采用傅里叶法分析对负载变化敏感的傅里叶阶次;最后,选取对负载变化敏感的傅里叶阶次拟合谐波补偿函数对转台角位置误差进行补偿。误差补偿后转台在不同负载工况下的角位置误差最大为±0.25″,与补偿后空载工况下角位置误差相差±0.03″,有效减小了负载对转台角位置误差的影响。
2024 Vol. 45 (6): 827-833 [
摘要
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热学计量
834
基于改进稀疏重构模型的声学层析温度分布重建
董祥虎,张立峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.08
为进一步提高基于声学层析成像的温度分布重建精度,引入了一种偏差较小的误差函数(ERF)对稀疏重构模型进行改进,并使用迭代重加权算法对模型进一步优化,最后采用交替方向乘子算法(ADMM)对模型进行求解,从而完成温度分布重建。进行了仿真与实验测试,并与LASSO、ART及Landweber算法进行比较,仿真实验中基于ERF模型的温度分布重建质量最优,其平均相对误差及均方根误差分别为0.1%和0.14%;实验测试中,其设定温度点重建温度误差绝对值的平均值最小,为0.043%,明显小于其它3种算法。
2024 Vol. 45 (6): 834-841 [
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842
基于COMSOL的热电偶检定炉温场性能研究
承磊 赵文韬 朱俊捷 朱东欢 聂红庆
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.09
热电偶检定炉的温度场性能在廉金属热电偶的校准中产生重要影响,是评价校准准确度的一个重要参量。廉金属热电偶校准规范中提出使用均温块改善检定炉温场性能,为进一步探究均温块对温度场改善的传热原理,针对检定炉内实现温升的主要传热方式展开理论分析,认为检定炉稳定保温阶段炉膛内传热方式主要为热传导,而采用导热性能良好和体积热容大的合金均温块能有效提高内部导热效率并增强温场稳定性。进一步地,采用数值模拟计算炉膛内部温度场分布,计算结果指出,放置均温块的温度场与不放置的温度场相比,轴向最大温差缩小为原来的1/3,径向最大温差缩小为原来的1/2,与理论分析相吻合,表明放置均温块是优化检定炉温度场的重要手段。
2024 Vol. 45 (6): 842-847 [
摘要
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流量计量
848
优化遗传算法在天然气管网流量分配过程模拟计算中的应用
刘明亮
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.10
在天然气管网流动过程中,多根管道连接处气体流动不均匀,流量分配的损失难以精确计算,对下游管道天然气参数带来计算误差。以管网实际数据为基础,构建了流量分配多目标优化模型,采用线性化方法处理控制方程,通过对边界条件的选取,将多目标优化模型简化为单目标优化模型,并将控制矩阵改写为可以使用TDMA方法求解的三点格式。使用遗传算法求解流量分配后各参数,通过监测计算误差对计算模型及时修正,对管网后续流量分配过程进行计算。结果表明,该方法可以准确模拟天然气管网流量分配过程,压力、流量的最大相对误差分别为0.15%、0.31%,温度误差为0.16K,满足能量计量要求。
2024 Vol. 45 (6): 848-856 [
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力学计量
857
电磁式线-角振动激振器气隙磁场特性分析
俞金辉,唐波,陈伟,杨建根,何闻
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.11
针对传统单轴激振器无法复现线-角空间耦合运动的问题,提出了一种可实现复合振动的电磁式线-角振动激振器磁路结构,并对其气隙磁场特性进行分析。首先构建了激振器的磁路和线圈结构,基于等效电流法,建立了气隙磁场的解析模型,与有限元分析结果的最大相对误差为1.25%,验证了解析模型的正确性;接着研究了各磁路参数对气隙磁场分布特性的影响规律,以及线圈电流产生的磁场与原磁场的耦合效应,并分析了线圈在运动过程中的受力情况;最后研制了激振器磁路拓扑结构样机,分别对线、角振动气隙磁场进行了实验测量,测得结果与有限元计算结果的最大相对误差小于5%,进一步验证了所提出磁路结构的有效性。
2024 Vol. 45 (6): 857-863 [
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864
S型皮托管对向和非对向测量方法准确度实验研究
张乐垚,张亮,郭素娜,郭虎林,鲁贵祥,孔令彩
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.12
S型皮托管的对向和非对向测量方法准确度在不同工况下有较大差异。通过风洞实流实验对风速、流速攻角和结构参数对S型皮托管对向和非对向测量方法准确度的影响进行了研究。结果表明:风速由5m/s变化至30m/s时,在不同流速攻角下S型皮托管对向和非对向测量准确度最大差异超过10%;对向和非对向测量中静压孔的压力变化是皮托管在较大流速攻角下造成测量误差的主因;外径较小、总静压孔距较大、测量端弯曲角度在15°至30°间、取压孔内径更小的S型皮托管在对向和非对向测量中都有更高的测量准确度;俯仰角取正值时对向测量准确度全面优于非对向测量,在俯仰角和偏航角同为45°时测量准确度差异达到最大值,大于70%。
2024 Vol. 45 (6): 864-872 [
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873
基于边云协同的数控机床故障诊断联邦学习研究
徐玲艳,陆艺,赵静
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.13
为解决数控机床主轴轴承和刀具在进行故障诊断模型训练时需要大量数据且耗时长的问题,提出一种基于边云协同架构的联邦平均学习故障诊断模型。首先,设计一维卷积神经网络模型架构,在各边缘客户端进行本地模型训练,以减小数据上传规模和分担云服务器端计算压力;其次,在云服务器端基于准确率优化模型聚合算法,改进边缘客户端筛选算法,以加快模型收敛速度,提高模型准确率;再次,在云服务器端搭建基于Kubernetes的KubeEdge边云协同平台,以缩短数据传输的通信时间。实验结果表明,模型在各边缘客户端故障诊断的准确率最终稳定在87.5%左右;且收敛速度、训练时长等方面与对照组相比,均获得优化。
2024 Vol. 45 (6): 873-880 [
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声学计量
881
泊松比变化对基于波速混凝土损伤计算的影响
徐佳慧,杨予,刘恒,周强兵
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.14
利用超声波波速计算材料损伤的方法有广泛的应用,然而现有研究中常忽略泊松比的变化。研究了泊松比变化对基于波速混凝土损伤计算结果的影响。首先,通过理论分析,在基于波速的损伤计算公式中引入泊松比修正系数;其次,通过对混凝土柱试件进行轴压试验,验证了考虑泊松比变化的必要性;最后,在试验数据的基础上提出了泊松比修正系数实用计算方法。结果表明:忽略泊松比变化的影响时,基于波速的混凝土损伤计算值与真实值的平均相对误差高达73％;采用泊松比修正系数后,该误差减小至21％。基于波速进行混凝土损伤计算时宜计入泊松比修正系数以提高计算精度。
2024 Vol. 45 (6): 881-889 [
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电磁学计量
890
基于自适应LTTB与DTW-DBA-Means的动力电池组不一致性评估方法
吴凤和,柴海宁,章正柱,张宁,王正明,蒋展鹏,郭保苏
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.15
针对电动汽车动力电池组不一致性难以通过外部参数有效评估问题,在对电池组电压数据进行分析时,引入轮廓系数作为不一致性评价指标,并融合自适应降采样(LTTB)与时序聚类(DTW-DBA-Means)算法,提出一种新的动力电池组不一致性评估方法。自适应LTTB能够根据电池组电压序列特点自适应分配压缩区间采样点数目并调整压缩比,可提高DTW-DBA-Means运算效率的同时保证聚类效果。通过运行9个月的实车数据进行实验验证,结果表明,自适应LTTB降采样效果优于动态LTTB与LTTB,且DTW-DBA-Means时序聚类效果优于 k-Shape,所提方法在保证评估准确性同时可节省约96.7%的运算时间。
2024 Vol. 45 (6): 890-898 [
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899
基于FCM及快速迭代收缩阈值算法的平面ECT图像重建
张立峰,唐志浩
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.16
为提高平面阵列电容成像系统的成像精度,提出一种基于模糊C均值聚类(FCM)进行数据优化的快速迭代收缩阈值算法(FISTA)。根据平面阵列电容数据的特点,首先利用FCM算法对测量电容值进行分类,保留有效电容值,实现电容向量降维;然后利用离散小波基(DWT)对灰度值进行稀疏表示,并建立L1正则化模型,采用FISTA进行求解,以实现图像重建;最后将FCM处理后的电容值分别用于Landweber算法、Tikhonov算法进行重建对比。仿真与实验结果表明,该算法重建图像的平均相对误差约为0.0527,平均相关系数约为0.9422,均优于其它算法,且重建图像伪影较少,更接近真实情况;因此,所提算法具有更好的重建效果。
2024 Vol. 45 (6): 899-906 [
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907
基于宽频激励的平面电磁层析成像方法
张文彪,耿一健,颜鹏旭
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.17
为了实现对高低电导率材料的检测与成像,提出了一种基于宽频激励的平面电磁层析成像方法。根据线圈的电磁特性及实验测试结果,探讨了平面线圈阵列的优化方法。通过有限元仿真模型,采用场量提取法获取灵敏度矩阵,并针对灵敏度矩阵的均匀性问题提出了改进方法,提高了图像重建质量。通过仿真模型评估了不同电导率物体的图像重建质量,仿真结果证明了提出的平面电磁层析成像方法可以实现对高低电导率材料的成像。搭建了基于宽频激励的平面电磁层析成像实验系统,并对多种不同电导率物体进行了成像实验。实验结果表明,重建图像平均相关系数为0.77,平均定位误差为4.46mm。
2024 Vol. 45 (6): 907-914 [
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915
同面阵列电容传感器输出信号质量评估研究
李瑞航,张玉燕,温银堂,潘钊,李泓漾
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.18
通过有限元仿真和实验系统评估了3×4阵列电极同面电容传感器电极对输出信号质量。结果表明,减少电极间距和增加接触边缘长度有利于提高电极对输出信号质量。提出了一种评估同面电容传感器输出信号质量的指标——电极利用率。对不同独立电极数量电极利用率的输出信号质量进行了评估。结果表明,增加独立电极数量只能在一定程度上增加有效输出信息,且引入大量噪声。随着独立电极数量增加,电极利用率下降,解释了独立电极数量增加输出信号质量反而下降的原因。图像重建结果与电极利用率分析结论一致。实验和仿真结果验证了电极利用率评估多电极同面电容传感器输出信号质量的有效性。该方法和结论可为同面电容传感器阵列电极设计和输出信号处理提供参考。
2024 Vol. 45 (6): 915-921 [
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电离辐射、化学计量与生物计量
922
转基因定量检测量值转换系数的研究进展
刘圆圆,李佳丽,吉帅帅,高运华,刘旦梅,王迪
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2024.06.19
基于PCR技术测定的转基因成分定量结果主要是拷贝数比值,而“产品标识”规定检测结果必须以质量分数表示。量值单位的不统一,造成无法根据检测结果直接进行标识与否的判定。因此亟须研究转基因含量2种单位间的量值关系,建立实现量值转换的“转换系数”定值方法,从而保障检测结果与标识阈值的直接可比。通过对国际转基因“产品标识”制度进行总结,系统分析了影响“转换系数”量值的关键因素和欧盟建立的定值方法,并就我国开展相关研究的重要性进行了论述,为我国转基因“产品标识”制度的有效执行提供参考。
2024 Vol. 45 (6): 922-928 [
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信息动态
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《计量学报》“生物计量”专刊征稿通知
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《计量学报》变更为月刊公告
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关于征集2019-2021年度“青年人才托举工程”托举人选的通知
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关于召开“第12届中日韩计量测试学术研讨会”通知
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关于开展“2019年度中国计量测试学会科学技术进步奖”推荐工作的通知
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快讯︱《计量学报》2019年增刊征稿啦！
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电子专刊阶梯波研究论文专辑
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关于召开“纪念5.20世界计量日学术报告会”的通知
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版权信息
主管单位：
国家市场监督管理
总局
主办单位：
中国计量测试学会
出 版：
计量学报编辑部
周 期：
月刊
编 辑：
计量学报编辑委员会
主 编：
崔丽红
邮发代号：
2-798
国内定价：
全年1200.0元
单价100元/期
京ICP备:14006989号-1
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