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2016年 37卷 2期
刊出日期：2016-03-22
113
基于Qplus技术的AFM测头研究
王志新,高思田, 李东升, 李琪, 李适, 李伟, 施玉书
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.01
初步设计并组装了基于qPlus 技术的原子力显微镜（AFM）测头。使用石英音叉型力传感器替代了硅悬臂传感器,并设计了前置放大电路,研究了测头的频率特性,利用搭建的实验装置对测头的性能进行了测试。测试结果表明:该测头在频率调制（FM）模式下具有较高灵敏度。同时测头频率特性的研究显示探针及其粘接部位的质量是影响测头谐振频率的最主要因素。为qPlus-AFM测头的设计、组装及后续研究提供了经验和基础。
2016 Vol. 37 (2): 113-117 [
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118
基于颜色矩的改进尺度不变特征变换的移动机器人定位算法
朱奇光,张兴家,陈卫东,陈颖
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.02
针对基于图像外观的移动机器人定位中图像特征提取与匹配实时性和准确性差的问题,提出基于颜色矩的改进尺度不变特征变换分级图像匹配算法。该算法先由颜色矩来排序图像序列,再由改进尺度不变特征变换特征与排序后图像序列精确匹配实现定位。其中,改进的尺度不变特征变换算法以基于采样的迭代搜索算法检测极值点,由Sobel算子计算特征点的梯度方向和幅值,提高尺度不变特征变换算法速度及匹配精度。实验结果表明:改进的尺度不变特征变换算法降低误匹配率约9.2%,特征提取与匹配耗时减少约25.8%;分级图像匹配算法减少尺度不变特征变换特征计算代价约70%,减少总体耗时约43.3%。
2016 Vol. 37 (2): 118-122 [
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123
基于几何搜索逼近的球度误差最小区域评定
雷贤卿,高作斌,马文锁,段明德
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.03
结合球度误差的几何定义,提出了一种基于几何搜索的球度误差最小区域评价方法。首先,以初始参考点为基准,布置一定边长的正方体,依次以正方体的每个顶点为假定理想球心计算所有测量点的半径值,通过比较判断,调整正方体的位置及边长,最终获得包容所有测点的最小区域,实现球度的最小区域评定。在终止搜索条件为0.00001mm时,对同一组测量数据,该算法的结果比最小二乘法减小了0.6μm,并与解析法、遗传算法的结果相一致。计算过程及结果表明,该算法不仅能准确地得到最小区域解,而且计算结果有良好的稳定性。
2016 Vol. 37 (2): 123-127 [
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128
基于改进测量系统的非定步距相位轮廓测量技术研究
周明安,徐建亮,方晓汾
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.04
提出一种基于改进测量系统,该系统放宽了传统测量光路的3个约束,降低对系统结构的要求;同时结合非定步距轮廓测量技术,与传统相位轮廓测量技术相比较,无需保证等步距相移量,且仅需两幅畸变光栅图像就可以重建物体的三维轮廓。通过理论分析,推导出高度与相位之间的非线性映射函数关系式。实验证明,在满足一定精度要求的同时,该系统对结构条件要求较低,测量速度较快,具有较强的可操作性。
2016 Vol. 37 (2): 128-132 [
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133
基于复用模型的高速光电扫描仪性能的改进研究
罗颖,张童,刘霖,宋昀岑,叶玉堂,刘永
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.05
提出了一种基于FPGA和DDR II的JPEG图像压缩模式。在此基础上完成了A3高速光电扫描仪的设计与实现,解决了高速扫描仪中硬件资源与扫描速度相互制约的问题。通过内外存储器流水式复用模型,在降低片上RAM消耗的同时构建灵活、快速的大数据量存储与传输模式。采用高效的分时复用数据链路实现JPEG图像压缩,进一步提高硬件模块的压缩和传输速度。对采用中低端FPGA芯片设计的A3高速扫描仪的测量结果表明,在300dpi分辨率下扫描A3幅面纸张的速度可达140面/min,扫描延时小于1ms,压缩前后峰值信噪比高达86.9dB,完全满足高端高速扫描仪的要求。该模式的实现极大地降低了高端高速光电扫描仪对于硬件资源的要求,也可推广应用到其它幅面的高速光电扫描仪中。
2016 Vol. 37 (2): 133-137 [
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138
基于复合混沌模型的高级加密标准图像加密算法
米曾真,朱革,张红民,丛超,程瑶,杨倩
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.06
为提高图像加密算法的安全性能,提出了一种基于复合混沌系统的改进的高级加密标准加密算法。该算法将Logistic混沌序列与Chebyshev混沌序列相结合,产生2种新的混沌映射。一种复合混沌矩阵作为高级加密标准的轮密匙,进行像素置乱;另一种复合混沌矩阵组成S盒,进行位置置乱。另外,对图像像素点进行位移及列混合操作,进一步达到位置置乱的目的,实现动态变换密钥的高级加密标准图像的加密。实验结果表明,该算法具有较高的密钥敏感性、良好的置乱效果及高效性。
2016 Vol. 37 (2): 138-142 [
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143
瞬态热带恒功率法测量导热率
蔡杰,沈斐
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.07
基于传统热桥法基本原理,提出了新的非对称结构模型——瞬态热带恒功率法用于测量材料的导热率。非对称结构模型将热源热带与温度传感热带电路彼此独立,消除了热带电阻自热以及环境温度变化带来的影响。通过短时间内快速测量恒流电路中两热带的电压差随时间的变化关系准确测量材料的导热率。依据此模型设计了热带加热片,建立了基于LabVIEW测试软件的实验装置自动测量平台,实验测量结果与参考材料导热率具有良好的一致性,相对偏差在3％左右,验证了该理论模型的有效性。
2016 Vol. 37 (2): 143-147 [
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148
pVTt法气体流量装置阀门系统时间特性研究
龚磊,龚中字,陈风华, 潘琴, 伍莉
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.08
分析了pVTt法气体流量标准装置中阀门系统时间的机理及测量方法,得到了计算开关阀时间系统差的简化算法。研究了阀门系统时间与阀门构造、喷嘴流量、附加质量之间的关系,给出了减小阀门系统时间差的方法,明确了附加质量在确定开关阀时间系统差过程中的修正方法,并证明其对开关阀时间系统差值的影响。
2016 Vol. 37 (2): 148-150 [
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151
1 mN·m～1 N·m扭矩标准装置力臂系统的研制
张智敏,李涛,张跃,吉鸿磊,孟峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.09
介绍了新研制的1mN·m～1N·m扭矩标准装置的关键部件——力臂系统的设计方案,并对力臂进行了不确定度分析。分析表明:1N·m扭矩标准机力臂长度的不确定度为4.2×10
-6
（k=2）,完全满足1N·m扭矩标准机技术指标的要求。
2016 Vol. 37 (2): 151-154 [
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155
双杠杆式标准力源技术方法研究
张学成,唐纯谦
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.10
提出了一种变臂比双杠杆原理的加载方法,该方法安放试件后无需配平,加载系统由主、辅两套杠杆系统组成,主杠杆利用变臂比原理施加载荷,而由辅助杠杆实现杠杆系统的初始平衡。将系统对力的大小和加载速度控制转变为位移的精密控制,可获得较宽的力值范围、较小的力值误差和高的加载工作效率。阐述了这种方法的基本原理,并做了误差分析。对所研制的1MN变臂比双杠杆式力标准机进行了检验,给出了试验数据和检验结果。力值准确度可以达到0.01%。
2016 Vol. 37 (2): 155-158 [
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159
水下仪器压力补偿用波纹膜片性能分析
刘正士,刘焕进,陈恩伟,陆益民,王勇
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.11
以水下压力传感器为研究对象,分析了波纹膜片的压力补偿机理,基于液体的可压缩性,提出了一种分析波纹膜片压力补偿性能的方法,推导出传感器工作水深与波纹膜片的补偿体积以及内外压差之间的关系式,并给出了内外压差的计算流程,为压力补偿用波纹膜片的分析和设计提供依据。对相同材料和尺寸的波纹膜片与平膜片的压力补偿性能进行了分析,结果表明存在一个衡量两种膜片压力补偿性能的水深临界值,当水深大于该临界值时,波纹膜片的压力补偿性能优于平膜片。
2016 Vol. 37 (2): 159-162 [
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163
扭矩加载装置标准不确定度
刘军
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.12
扭矩加载装置的不确定度随被测量对象而变化,通常参考实验数据或长期的测量经验来估计。通过对扭矩扳手的受力与误差原因分析,以B类方法来评定加载装置的标准不确定度,推导各种矢量作用下引入的标准不确定度的计算公式,将实验方法和经验方法改变为量化方法,所得到的相对不确定度与扭矩扳手有效力臂长度、传感器的长度、结构表面的粗糙度、转换接头有关。此量化结果与PTB的实验结果相吻合,对扭矩扳手检定仪的设计制造和用户选择设备具有参考意义。
2016 Vol. 37 (2): 163-166 [
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167
齿轮传动系统瞬时扭振直接测量实验
冯浩,赵浩,朱耀东,吴晓阳
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.13
设计了一种新结构磁电感应式扭振测量装置,可以直接将被测齿轮传动系统的瞬时扭振转化成相应的电信号输出。详细介绍了测量装置的机械结构和测量原理,并推导了其输出特性。对实际的齿轮传动系统在空载、额定载荷以及调压调速多种工况下的瞬时扭振进行了直接测量实验,验证了测量装置工作原理的正确性。对瞬时扭振测量结果进行了频谱特征分析,结果表明在动力源调压调速工况下,瞬时扭振主要分量的幅值随着电压的减小而减小。
2016 Vol. 37 (2): 167-170 [
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171
混沌驱动永磁同步电机系统的故障识别
吴忠强,吴昌韩,贾文静,赵立儒
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.14
研究了混沌驱动永磁同步电机系统的故障识别问题,设计了一种小波支持向量机故障识别器。首先对故障恢复信号进行经验模态分解,得到若干个平稳的本征模函数,将本征模函数的能量特征作为输入构建小波支持向量机故障识别器。训练完成后,冻结小波支持向量机结构与内部参数,以白噪声模拟实际运行中的未知扰动,并以加入扰动的故障信号作为测试输入,利用小波支持向量机故障识别器进行故障识别。结果表明,基于小波支持向量机的故障识别器能够较好地识别故障信号,拟合误差均在1%以内。
2016 Vol. 37 (2): 171-176 [
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177
基于ARM微处理器的气动变载荷摩擦磨损试验机测控系统
刘福才, 徐文丽, 侯甜甜, 王加春
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.15
针对不同固体材料在不同条件下的摩擦磨损实验要求,设计了一种基于ARM微处理器的气动变载荷摩擦磨损试验机测控系统。采用气动加载方式,加载形式包括正弦波、方波、锯齿波、三角波、随机波等。气动加载采用Fuzzy-PID闭环控制,提高了动态加载性能。可通过测量实验中的摩擦力、摩擦系数、磨损量、温度、振动等参数来研究变载荷对材料摩擦磨损性能的影响。最后对A3钢材料的摩擦磨损性能进行试验,证明该试验机性能稳定,测控系统准确可靠。
2016 Vol. 37 (2): 177-179 [
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180
基于支持向量机和窗函数的DEMD端点效应抑制方法
孟宗,季艳,谷伟明,王娜
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.16
在微分经验模式分解过程中,由于信号端点处极值点不确定,导致在样条曲线构造信号上下包络线的过程中产生端点效应,影响微分经验模式分解的质量。针对此问题,提出一种支持向量机延拓和窗函数相结合的方法来解决微分经验模式分解中的端点效应,通过采用支持向量机对信号两端进行数据延拓,再对延拓后的信号加特殊窗函数处理,减小延拓误差。通过仿真分析和滚动轴承故障诊断实例分析表明,该方法能较好地抑制微分经验模式分解的端点效应,提高信号分解的精度,得到准确的分析结果。
2016 Vol. 37 (2): 180-184 [
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185
基于包络解调随机共振和CEEMD的机械早期微弱故障诊断方法研究
王栋,丁雪娟
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.17
针对噪声背景下机械振动信号早期故障特征提取难题,提出一种基于包络解调随机共振和互补总体经验模态分解的机械早期微弱故障提取及诊断新方法。首先对含噪声机械故障信号进行包络解调处理,然后对包络信号进行变尺度随机共振输出,使故障特征信号得到增强,最后对处理后的信号进行互补总体经验模态分解(CEEMD),得到机械振动信号故障特征分量,实现故障特征提取及诊断。对机械故障诊断实例表明,该方法不仅能增强信号幅值,同时减少了虚假分量,提高了CEEMD算法的精度,有效提取出被噪声淹没的微弱故障信号,提高了机械早期故障诊断效果。
2016 Vol. 37 (2): 185-190 [
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191
基于相关向量机的电站锅炉NOx燃烧优化
牛培峰,马云鹏,张京,张鑫,李国强,陈贵林,张先臣
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.18
为了降低电站锅炉NOx排放量,采用一种新的机器学习方法——相关向量机对某330 MW煤粉汽包锅炉的一、二次风速以及含氧量等26个输入参数和NOx输出结果进行建模,并用万有引力算法对模型的参数进行优化,获得最优模型。与粒子群算法、遗传算法优化相关向量机以及万有引力算法优化支持向量机等进行了比较,选择锅炉输入参数中的可调变量为优化变量,以NOx低排放量为目标进行优化,获得低NOx排放的输入参数。结果证明:万有引力优化相关向量机算法建立的模型精确度比其它几种算法高,对模型进行低NOx优化后,NOx输出值由最初的的906.65 mg/m
3
变为550.600 mg/m
3
,下降幅度约为38.9%,实现了NOx排放量大幅度降低。
2016 Vol. 37 (2): 191-196 [
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197
基于传输线理论的S11相位参量计量方法
周峰,冉志强,牟丹,胡耀峰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.19
基于传输线理论进行推导,提出了S11相位参量的计量方法和实验方案。基于开路器、短路器和空气线等标准器件的实验验证了理论方案的正确性。此外实验还发现了误差分布的规律,提出了误差的机理模型,数值仿真验证了该模型的合理性。
2016 Vol. 37 (2): 197-199 [
摘要
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200
基于AMD的经验模态分解含间断信号模态混叠消除方法
时培明,苏翠娇,韩东颖,刘霜
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.20
针对在经验模态分解筛选过程中间断信号引起的模态混叠问题,提出了一种基于解析模态分解的经验模态分解模态混叠消除新方法。利用第1个固有模态函数的瞬时频率特性得到其频率成分及二分频率,且能实现对间断信号的定位,然后再采用解析模态分解方法分离出间断信号,再对处理后的信号进行经验模态分解,从而消除该间断信号的影响。仿真分析和工程应用的结果表明,该方法能有效消除间断信号在经验模态分解过程中引起的模态混叠现象。
2016 Vol. 37 (2): 200-204 [
摘要
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205
基于改进多阈值小波包的去噪算法及应用
王洪斌,王世豪,籍冰朔,张航飞,乔永静,徐剑涛
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.21
提出一种改进多阈值小波包的去噪算法,解决了单一阈值对噪声去除不完全和对一些有用信号无差别去除的问题。应用在智能交通的图像去噪中,解决了不完全及错误去除图像信息的问题。首先采用小波包分解重构算法对图像进行预处理,得到更多的边缘细节。然后针对不同能量对应不同频段的特点,自适应地合理设置阈值,对不同频段下的噪声采用不同阈值去除。实验表明,该方法有效去除噪声,保留了图像的边缘和细节。
2016 Vol. 37 (2): 205-208 [
摘要
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209
2πα、2πβ粒子发射率的绝对测量
梁珺成,李奇,柳加成,杨志杰
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.22
基于大面积流气正比计数器建立了2πα、2πβ粒子发射率测量系统。对该系统进行了性能测试,结果表明其对α平面源的坪长为600～800V,最优平均坪斜为0.2%/100V;对β平面源的坪长为350～400V,最优平均坪斜为0.23%/100V;用点状239Pu α源测得100mm×150mm中心区域的计数均匀性为0.45%。通过对粒子发射率测量结果进行本底、死时间、甄别阈修正,实现了α、β平面源的2π粒子发射率绝对测量,其中对α源发射率测量结果的扩展不确定度优于0.9%(k=2),对β源发射率测量结果的扩展不确定度优于1.1%(k=2)。与2πα、2πβ粒子发射率基准比对测量了233U、241Am等9枚进口的α、β标准平面源,测量结果均在不确定度范围内一致。
2016 Vol. 37 (2): 209-213 [
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214
圆柱型空腔电离室修正系数的Monte Carlo模拟与实验验证
邬蒙蒙,李德红,王培伟
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.23
采用标称体积为10 cm
3
圆柱型空腔电离室对Cs-137空气比释动能进行绝对测量。使用Monte Carlo模拟计算和实验两种方法对电离室壁修正因子kw和轴向不均匀修正因子kan进行对比研究。结果显示,使用等效壁厚的实验外推法确定的kw值比MC计算得到的值小0.1%,实验方法确定的kan值比MC计算得到的值小0.63%。两种方法相互印证,给出的修正系数值之间的误差可以接受,由于重复实验不可避免将引入其他误差因素,且MC计算方法简便可重复性高,最终选取MC计算结果为kw、kan确定值。
2016 Vol. 37 (2): 214-218 [
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219
基于普通摄像头的心率测量系统设计
刘祎,欧阳健飞
DOI: 10.3969/j.issn.1000-1158.2016.02.24
为了研究一种通过普通摄像头非接触地拍摄人脸获取人体心率的测量系统,提出基于光电容积描记法原理,从人脸图像序列中可以提取出含有脉搏成分的信号,对该信号进行小波滤波得到血液容积脉搏波,然后用改进的时间间隔差法计算得到心率值。实验结果证明,如果将脉搏血氧仪测量的心率作为标准值,该系统测量结果的95%置信区间为［-2.2139, 2.1539］,该系统与脉搏血氧仪的心率测量结果具有很高的一致性;通过调节光照强度和摄像头硬件参数等能够在一定程度上提高测量准确度。
2016 Vol. 37 (2): 219-224 [
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