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双频调制转移光谱激光自动稳频方法
1
作者 谢建东 郭向阳 +2 位作者 严利平 楼盈天 陈本永 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期181-190,共10页
为克服传统单频调制转移光谱方法中误差信号灵敏度不足及激光锁定状态判断困难的问题,提出了一种双频调制转移光谱的双频调制转移光谱(DF-MTS)激光频率自动稳频方法。该方法在泵浦光上施加双频正弦相位调制,解调获得两个误差信号并叠加... 为克服传统单频调制转移光谱方法中误差信号灵敏度不足及激光锁定状态判断困难的问题,提出了一种双频调制转移光谱的双频调制转移光谱(DF-MTS)激光频率自动稳频方法。该方法在泵浦光上施加双频正弦相位调制,解调获得两个误差信号并叠加,构建出一个高灵敏度的双频调制转移误差信号。同时,引入了基于二倍频信号辅助的激光锁定判别策略,利用吸收信号中的二倍频信号以及误差信号的幅值信息,判断激光频率是否与吸收峰对准,实现吸收峰的自动识别与锁定状态的快速判别。进一步在可编程逻辑门阵列(FPGA)全硬件实时信号处理技术的基础上设计了全自动稳频控制模块,具备双频误差信号解调、二倍频信号解调、识别-控制-监测控制模块(ICM)识别与控制监测、扫描控制、比例-积分-微分(PID)闭环控制、快速重锁等功能,当检测到失锁时会快速重新锁定,可实现全自动的稳频控制。开展了理论推导与仿真分析,搭建了激光稳频实验系统,实验结果表明,DF-MTS方法所得的误差信号灵敏度较传统方法提升了20.24%。进一步利用飞秒光频梳进行拍频测量,验证了激光成功锁定于&(85) Rb D2线(F=2→F′=3)吸收峰,锁定后稳频激光与吸收峰理论值间频差的标准差为17 kHz,相对阿伦偏差可达1.09×10^(-11)。自动重锁实验结果表明,系统可实时监测激光的锁定状态,检测到失锁后可在40.192 ms内完成重新锁定,展现出良好的动态响应能力与鲁棒性。 展开更多
关键词 激光稳频 调制转移光谱技术 双频调制 二倍频 自动重锁
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星载高光谱相机真空定标技术研究
2
作者 刘书锋 贾晓伟 +2 位作者 刘银年 曹开钦 柴孟阳 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第2期186-198,共13页
星载高光谱相机在轨真空低温环境会改变其光谱与成像性能,为实现高精度定量化应用,需在地面模拟在轨环境完成系统定标。以高分五号02星可见短波红外高光谱相机AHSI为研究对象,创新性提出了热调焦与真空定标体系协同的试验方法,并构建了... 星载高光谱相机在轨真空低温环境会改变其光谱与成像性能,为实现高精度定量化应用,需在地面模拟在轨环境完成系统定标。以高分五号02星可见短波红外高光谱相机AHSI为研究对象,创新性提出了热调焦与真空定标体系协同的试验方法,并构建了配套的试验系统。通过整体变温结合局部微调的热调焦策略,实现了真空环境下相机焦面的精确标定;在此基础上开展真空光谱定标,揭示了短波红外光谱偏移的热-光耦合机理。结果表明,AHSI在可见近红外和短波红外波段的光谱分辨率分别优于4.83和8.97 nm;与常温常压定标相比,短波红外波段中心波长平均偏移1.83 nm,其物理机制源于短波红外探测制冷组件在真空低温下的热变形。该协同定标体系将热调焦与真空光谱定标有机结合,实现了在轨工况下光谱与成像性能的精确表征。该系统已成功应用于美国二叠纪盆地甲烷点源排放和国内西秦岭李坝金矿床蚀变信息的在轨探测,验证了其在生态环境监测与矿产资源勘查中的高精度探测能力。该研究为星载高光谱仪器发射前真空定标提供了系统的技术方法、工程实践依据与可推广的试验范式,尤其在高集成光学系统的热调焦策略与热-光谱偏移机理分析方面具有显著创新。 展开更多
关键词 星载高光谱相机 真空定标 热调焦 真空光谱定标 热-光耦合 在轨应用 定量遥感
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基于梯度感知融合的异形构件表面缺陷高精度三维重建
3
作者 张丹丹 何剑波 +2 位作者 张世达 任姣姣 顾健 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期145-157,共13页
针对异形结构件曲率多变、光照不均匀及缺乏规则基准,导致表面缺陷区域三维形态难以精确重建,且双目视觉方法存在匹配精度低、速率慢的问题,故提出一种基于梯度感知融合(GAF)的GAF-Census快速立体匹配算法,以实现缺陷区域的高精度三维... 针对异形结构件曲率多变、光照不均匀及缺乏规则基准,导致表面缺陷区域三维形态难以精确重建,且双目视觉方法存在匹配精度低、速率慢的问题,故提出一种基于梯度感知融合(GAF)的GAF-Census快速立体匹配算法,以实现缺陷区域的高精度三维重建与尺寸量化。首先,在代价计算阶段引入SIFT特征匹配引导的视差范围约束机制,缩小搜索空间以提升效率;同时采用基于关键点中值滤波的自适应Census变换,通过动态阈值替换受污染的中心像素,增强算法抗噪性。其次,构建了梯度感知代价融合机制:在边缘区域强化梯度约束以精确定位缺陷轮廓,在弱纹理区域增加Census权重提升匹配稳定性,从而显著改善关键区域的匹配精度。最后,针对异形构件缺陷量化难题,提出基于五次多项式全局拟合与数值积分的方法,实现缺陷尺寸的自动化高精度测量。实验结果表明,所提GAF-Census算法在标准及自制样本上的误匹配率最低至5.25%,运行效率较传统AD-Census算法最高提升96.7%;缺陷宽度与长度测量的平均相对误差分别低至0.483%与0.271%,系统可识别最小缺陷宽度达0.354 mm。在复杂光照与几何突变环境下,算法仍保持较高的重建完整度与测量稳定性,展现出良好的工程适用性,为异形构件表面缺陷的自动化高精度量化监测提供了可靠的技术手段。 展开更多
关键词 异形构件 双目视觉 立体匹配 缺陷检测 三维重建
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电力变压器缺陷记录嵌套实体识别方法
4
作者 缪希仁 曹喜龙 +2 位作者 江灏 陈静 林蔚青 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第2期161-172,共12页
随着近年来电网规模的不断扩大,海量非结构化的设备缺陷记录被采集与积累。这些数据中蕴涵着对设备状态评估与运维决策至关重要的实体信息。然而,此类数据中普遍存在的实体嵌套结构导致了实体边界模糊性与上下文语义复杂性的提升,对传... 随着近年来电网规模的不断扩大,海量非结构化的设备缺陷记录被采集与积累。这些数据中蕴涵着对设备状态评估与运维决策至关重要的实体信息。然而,此类数据中普遍存在的实体嵌套结构导致了实体边界模糊性与上下文语义复杂性的提升,对传统的命名实体识别方法构成了显著挑战。为实现对缺陷记录嵌套实体精准识别,以电力变压器为典型设备,提出了一种乱序预训练语言模型(PERT)、双向门控循环单元(BiGRU)与高效全局指针网络(EGP)相结合的电力变压器缺陷记录命名实体识别方法。该方法首先以PERT模型作为向量嵌入层进行动态语义编码,利用其乱序预训练特性深度捕捉文本的上下文依赖关系;随后引入BiGRU网络作为文本编码层,通过双向门控机制,更加全面地进行语义特征提取;最后采用EGP作为解码输出层,聚焦实体跨度与边界,实现对嵌套实体的精准抽取,避免了传统条件随机场(CRF)解码的标记冲突问题。实验结果表明,该实体识别方法能有效应对嵌套实体挑战,其综合F1分数达96.01%,较传统嵌套识别方法双向变换器预训练模型-双仿射注意力(BERT-Biaffine)以及双向变换器预训练模型-机器阅读理解(BERT-MRC)分别高出0.55%和0.70%。在全部5类实体标签识别中均取得了最高的F1分数。特别地,在嵌套现象最显著的缺陷设备与缺陷部位识别上,所提方法的F1分数分别达到100%与94.74%,相较最优基准模型提升了0.57%与0.13%。 展开更多
关键词 电力变压器缺陷记录 命名实体识别 乱序预训练语言模型 双向门控循环单元 高效全局指针网络 嵌套实体
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并网逆变器自适应滑模无模型预测控制策略
5
作者 刘春喜 蔡磊 +1 位作者 李世纪 赵文江 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期389-402,共14页
为减少并网逆变器有限控制集模型预测控制性能对系统模型参数的依赖,故提出一种基于自适应滑模观测器的并网逆变器无模型预测控制方法。首先,以超局部模型理论为基础,通过设计自适应滑模观测器精准观测系统集总扰动,有效规避传统方法对... 为减少并网逆变器有限控制集模型预测控制性能对系统模型参数的依赖,故提出一种基于自适应滑模观测器的并网逆变器无模型预测控制方法。首先,以超局部模型理论为基础,通过设计自适应滑模观测器精准观测系统集总扰动,有效规避传统方法对精确模型参数的依赖,增强系统的鲁棒性与抗干扰能力。其次,为优化系统架构,引入扩展卡尔曼滤波器替代网侧电压传感器,通过实时估计网侧电压状态,为无模型预测提供关键参数,同时降低系统设计的复杂度。然后,针对数字控制器控制延迟导致的性能下降问题,提出了一种基于一阶线性外推法的改进延迟补偿方法,利用历史电流数据预测计算延迟后的系统状态,将补偿电流用于下一周期预测,提升电流跟踪的实时性与准确性。最后,搭建仿真模型与实验样机,与传统方法进行对比分析。实验结果表明与传统模型预测控制策略相比,所提方法在电感突增时并网电流总谐波失真率降低36.67%,突减时降低47.84%;当参考电流发生突变时,系统动态响应速度加快21.78%,且稳态运行时电流总谐波失真率低至2.37%,满足并网标准要求。所提策略通过多模块协同优化,有效降低了模型参数依赖性与控制延迟所带来的负面影响,为并网逆变器的高效稳定运行提供了可靠的控制方案。 展开更多
关键词 并网逆变器 自适应滑模观测器 无模型预测控制 扩展卡尔曼滤波器 延迟补偿
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基于向量误差修正模型影响信息转换指标的高耸钢结构损伤检测研究
6
作者 郭惠勇 郑鹏 +1 位作者 张树豪 狄谨 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第2期358-367,共10页
复杂高耸钢结构可以划分为分层的子结构,通过分层处安装传感器达到监测对应子结构层损伤的目的。为了解决复杂高耸钢结构的损伤检测问题,提出了基于向量误差修正模型影响信息转换指标的损伤检测方法。首先,描述了向量误差修正模型的基... 复杂高耸钢结构可以划分为分层的子结构,通过分层处安装传感器达到监测对应子结构层损伤的目的。为了解决复杂高耸钢结构的损伤检测问题,提出了基于向量误差修正模型影响信息转换指标的损伤检测方法。首先,描述了向量误差修正模型的基本理论,给出了模型定阶、协整检验和参数估计的基本方法;然后,进行了向量误差修正模型损伤特征参数分析,通过解析影响矩阵提取了损伤特征影响向量,利用结构未损伤基准状态和损伤状态下的损伤特征影响参数和统计参数构造了影响信息距离,并将测点的自由度信息转换为层间刚度信息构造了影响信息转换指标,在此基础上建立了包含数据采集、向量误差修正模型建模、损伤特征影响向量提取及影响信息转换指标识别的高耸钢结构损伤检测方法和识别流程;最后,进行了3层经典框架和高耸转播塔模型的损伤检测试验研究,通过激振装置在结构上施加非平稳时域荷载获取时程响应数据,利用结构损伤前后的响应数据进行了结构的损伤检测。结果表明:传统的倒谱距离检测指标对于简单框架结构具有一定的检测效果,但对复杂高耸钢结构的损伤检测效果欠佳,而所建议的向量误差修正模型影响信息转换指标具有更好的检测效果,可以更为有效地检测出高耸钢结构的损伤位置。 展开更多
关键词 损伤检测 信息距离 向量误差修正模型 高耸结构 影响矩阵
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基于微波测振与时频域特征融合的控制阀故障诊断研究
7
作者 郝洪涛 柳琳琪 +2 位作者 马小东 彭志科 熊玉勇 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期97-110,共14页
控制阀作为工业过程控制系统的关键执行器,其运行状态直接影响生产安全与产品质量。针对现有控制阀故障诊断方法存在的压力流量信号响应滞后、振动信号易受干扰以及特征信息挖掘不充分等问题,提出了一种基于微波测振与时频域特征融合的... 控制阀作为工业过程控制系统的关键执行器,其运行状态直接影响生产安全与产品质量。针对现有控制阀故障诊断方法存在的压力流量信号响应滞后、振动信号易受干扰以及特征信息挖掘不充分等问题,提出了一种基于微波测振与时频域特征融合的气动控制阀故障诊断方法。首先,采用微波测振技术实现控制阀阀杆振动信号的非接触式高精度采集,克服了传统接触式传感器的应用局限,阀杆振动能够更直接地反映阀芯、弹簧和密封件等关键部件的状态。其次,构建了多尺度时频域双通道特征融合的网络结构,在时域支路设计了多尺度一维卷积结合双向门控循环单元充分提取信号的时序动态特征;频域支路通过短时傅里叶变换将一维信号转换为二维时频谱图,利用多尺度二维卷积网络提取频谱纹理特征。引入通道注意力机制自适应学习特征重要性权重,并采用交叉注意力机制实现时频域特征的深度融合,充分挖掘不同模态的互补信息。实验在配备微波测振系统的气动控制阀故障模拟试验台上进行,实验结果表明,所提方法在故障模拟试验台上对6种工作状态的分类准确率达到96.25%,与常见的深度学习模型相比表现出更优越的诊断性能;在DAMADICS平台的11种故障模式验证中,该方法取得了99.24%的平均分类准确率,证明了模型良好的泛化能力,为控制阀故障诊断提供了新的技术途径。 展开更多
关键词 气动控制阀 微波测振 故障诊断 多尺度特征提取 注意力机制
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基于LGSA-HFFNet的多尺度特征融合点云配准算法
8
作者 于智龙 高东浦 +2 位作者 黄成 齐丽华 张彪 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期353-365,共13页
为了解决基于点云配准的阀门位姿估计工作中点云背景复杂、部分特征被遮挡缺失、噪声干扰等问题,提出了一种轻量化图-空间注意力机制的多尺度特征融合点云配准网络(LGSA-HFFNet)点云配准算法。该方法设计并使用多尺度并行卷积特征提取层... 为了解决基于点云配准的阀门位姿估计工作中点云背景复杂、部分特征被遮挡缺失、噪声干扰等问题,提出了一种轻量化图-空间注意力机制的多尺度特征融合点云配准网络(LGSA-HFFNet)点云配准算法。该方法设计并使用多尺度并行卷积特征提取层,强化模型特征提取,避免模型训练中梯度爆炸问题并加速收敛;其次,设计结合图注意力与空间注意力机制并进行轻量化改进的轻量化图-空间注意力机制(LGSA)模块,解决由点云信息特征的无序性造成的神经网络特征提取困难的问题,使模型能够有效提取点云局部特征;最后,使用设计位姿估计实验验证系统,将模型在实际阀门位姿估计工作中进行实机部署实验。实验结果表明,LGSA-HFFNet算法在阀门点云配准实验中平均相对平移误差低至0.05 m,对旋转误差低至0.984°,且具有良好的鲁棒性,在复杂背景下平移及旋转配准性能仅下降2%、7.5%,配准耗时相较于迭代最近点(ICP)降低80.32%,配准性能远优于ICP和半正定随机化抽样一致(SDRSAC)等传统算法;在ModelNet40对比实验中的旋转、平移误差降低至2.293°和0.006 m,配准旋转误差达到比较先进的水平,平移误差较现有模型有较大优势;在噪声干扰较大的真实场景阀门位姿估计数据集实验中误差降低至2.1757°和0.036 m,相较于现有模型误差至少降低28.98%和17.81%。 展开更多
关键词 点云配准 图注意力 空间注意力 特征融合 轻量化网络
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考虑改进螺线管线圈和自适应模糊控制的磁热疗装置研究
9
作者 汤云东 张颖昊 +1 位作者 金涛 Rodolfo C.C.Flesch 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期37-46,共10页
针对传统肿瘤磁热疗装置中存在的开关损耗大、反馈系统迟滞且控制效果差、磁场不均匀导致热疗效果差等问题,提出并设计了一种改进磁热疗装置方案。首先,在电路设计方面,通过采用图腾柱驱动电路以解决开关损耗大、驱动能力有限的问题。此... 针对传统肿瘤磁热疗装置中存在的开关损耗大、反馈系统迟滞且控制效果差、磁场不均匀导致热疗效果差等问题,提出并设计了一种改进磁热疗装置方案。首先,在电路设计方面,通过采用图腾柱驱动电路以解决开关损耗大、驱动能力有限的问题。此外,所提出的控制系统通过光纤测温传感器结合自适应模糊控制PID算法进行功率控制,可保证在不受磁场干扰情况下提高响应速度;通过实时辨识系统动态特性并动态调整控制参数,克服了传统PID控制在非线性、时变系统中反馈滞后且超调大等缺陷。最后,针对磁场不均匀问题亦做了进一步研究,基于有限元建模方法在主体螺线管线圈两侧设计辅助线圈并改进主线圈的尺寸与匝数,从而提升装置的磁场均匀性。实验结果表明,本研究开发的磁热疗装置驱动能力与闭环反馈控制稳定性较原型装置得到显著提高,装置在120~300 kHz的工作频率下磁场均匀性相对偏差δB由改进前的5.1%降至改进后的1.3%,边缘治疗区域内的稳态温度波动相比改进前提升了约2℃。本系统通过驱动电路与自适应模糊控制PID算法的结合,在改进后的螺线管线圈磁场中能够实现相比现有文献装置更高效的磁-热转换,达到了更快更稳定的升温效应,为磁纳米热疗装置的临床应用提供了更高效的硬件方案。 展开更多
关键词 磁热疗 图腾柱驱动电路 自适应模糊控制 改进螺线管线圈 磁场均匀性
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多模态信息融合下的监控视频人员身份重识别
10
作者 吴军 陈慧 +2 位作者 徐刚 赵雪梅 陈睿星 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期270-286,共17页
针对目前监控视频人员身份重识别任务难以有效应对低分辨率小目标、人员姿(形)态变化及遮挡检测问题,以YOLOv9为基础网络并结合多模态预训练神经网络(CLIP)模型提出一种多模态信息融合下的监控视频人员身份识别新方法,主要涉及两个方面... 针对目前监控视频人员身份重识别任务难以有效应对低分辨率小目标、人员姿(形)态变化及遮挡检测问题,以YOLOv9为基础网络并结合多模态预训练神经网络(CLIP)模型提出一种多模态信息融合下的监控视频人员身份识别新方法,主要涉及两个方面工作:1)通过引入感受野增强模块与可变形卷积计算提高目标人员不同姿态(形)态下的特征检测性能、引入空间增强注意力机制学习特征间的关系以恢复被遮挡人员特征、引入基于归一化高斯距离的损失度量以增强低分辨率目标人员特征检测敏感性等系列模块设计,构建网络ReID-YOLO有效增强监控视频在不同姿态、形态及低分辨率、遮挡条件下的目标人员特征检测精度、鲁棒性;2)将CLIP跨模态信息融合优势迁移到视频人员身份重识别任务并利用CLIP图像-文本信息对齐优势对前一阶段提取的人员目标特征进行身份预测,在利用ReID-YOLO人员视觉特征有效区分能力缓解CLIP全局场景过度依赖的同时,借助CLIP模型场景泛化优势有效克服YOLO系列网络在整合场景信息深入解析目标方面的不足,从而整体提高网络模型的监控视频人员身份重识别精度与场景泛化能力。在低分辨率、消融与身份重叠等条件下的实验结果表明,所提方法视频人员身份重识别性能表现出色,优于YOLO系列网络及其他7个主流的视频人员身份重识别网络模型,具有良好应用前景。 展开更多
关键词 视频监控 人员身份识别 YOLO目标检测 多模态模型CLIP
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基于GS算法的水下涡旋光波前校正技术研究
11
作者 吴鹏飞 陈伟 +2 位作者 雷思琛 丁德强 王惠琴 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期247-259,共13页
海洋湍流信道中折射率的随机起伏会引起涡旋光束波前畸变与模间串扰,进而降低轨道角动量模式的传输概率,影响水下光通信系统的稳定性。针对传统GS算法依赖远场夫琅和费衍射假设、难以表征水下短距离传播的菲涅尔衍射特性,且易陷入局部... 海洋湍流信道中折射率的随机起伏会引起涡旋光束波前畸变与模间串扰,进而降低轨道角动量模式的传输概率,影响水下光通信系统的稳定性。针对传统GS算法依赖远场夫琅和费衍射假设、难以表征水下短距离传播的菲涅尔衍射特性,且易陷入局部最优等问题,故提出了一种面向水下涡旋光束波前校正的改进GS算法。该算法以菲涅尔正/逆衍射替代夫琅和费衍射,引入理想拉盖尔-高斯涡旋光束振幅作为幅度约束,并结合限制区域与负反馈机制实现了算法的快速及稳定收敛,并进行理论及实验验证。仿真结果表明:在中等强度湍流条件下,拓扑荷数L=1的涡旋光束传输概率由0.40提升至0.98;在不同拓扑荷数、传输距离、动能耗散率、均方温度耗散率及温盐比等参数变化下,改进GS算法均表现出优于传统GS的鲁棒性与校正精度。基于空间光调制器模拟海洋湍流结果表明:改进GS算法平均约120次迭代收敛,光强相关系数由0.64提升至0.82;相较传统GS算法,传输概率提升约20%,收敛速度提升约25%,光强相关系数提高约3.8%。水箱实验中,校正前平均光强相关系数为0.77、方差8.2×10^(-5),传统GS校正后为平均光强相关系数0.79、方差3.23×10^(-5);改进算法进一步将平均光强相关系数提升至0.80、方差1.4×10^(-5)。研究表明,该方法在多种湍流参数下具备更好的鲁棒性,可为水下涡旋光束光通信系统的波前校正提供参考。 展开更多
关键词 波前校正 涡旋光束 海洋湍流 GS算法
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油液磨粒感应电压信号可解释智能识别方法研究
12
作者 罗久飞 康枫佳 +2 位作者 邓云春 宋鸿正 尹爱军 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第2期285-295,共11页
装备服役状态实时监测与评估是保障大型复杂机电系统稳定运行的关键环节。电感式磨粒传感器通过电磁感应检测润滑油中的磨损颗粒,为机械关键部件的磨损评估提供可靠依据,已在大型机械装备维护中得到广泛应用。然而,磨粒诱发的感应电压... 装备服役状态实时监测与评估是保障大型复杂机电系统稳定运行的关键环节。电感式磨粒传感器通过电磁感应检测润滑油中的磨损颗粒,为机械关键部件的磨损评估提供可靠依据,已在大型机械装备维护中得到广泛应用。然而,磨粒诱发的感应电压信号通常较弱,在干扰影响下难以通过人工特征提取方法准确识别,限制了电感式油液磨粒传感器的识别精度及泛化能力。为此,提出了一种油液磨粒信号智能识别方法,首先,利用磨粒信号在多尺度滤波下的形态稳定特性,构建多尺度滤波特征,以刻画磨粒事件的关键几何轮廓与能量分布,为后续深度学习提供具有物理意义的输入表征。随后,设计并行卷积模块,对各尺度特征进行分支式深度卷积建模,并引入改进的融合注意力模块,在通道与时间维度上自适应重标定特征权重,突出磨粒敏感成分、抑制复杂背景干扰。最后,将重构后的多尺度特征序列输入Vision Transformer,通过自注意力机制捕获长程依赖关系与跨尺度相关性,从而在强干扰和低信噪比条件下实现对磨粒感应电压信号的精准辨识。实验结果表明,所提出的模型在三线圈传感器与高梯度静磁场传感器的数据集上均取得优异表现,干扰排除率、磨粒识别率与识别准确率分别达到99.72%、98.94%和99.44%,在-5~0 dB的低信噪比环境下对于磨粒信号的检测效果仍优于传统算法。 展开更多
关键词 磨粒检测 感应式磨粒传感器 神经网络 注意力机制
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小型四极杆质谱仪性能仿真系统研究
13
作者 周文兴 黄刚 +2 位作者 蔡红华 董文平 杨清宇 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期171-180,共10页
针对小型四极杆质谱仪研制中工程约束条件多、技术迭代代价高、研制周期长等问题,为满足特殊场景对仪器小体积、轻重量、低功耗、长寿命及高可靠性的严苛要求,在系统分析产品特性和工程研制难点的基础上,建立了涵盖电离、传输、筛选、... 针对小型四极杆质谱仪研制中工程约束条件多、技术迭代代价高、研制周期长等问题,为满足特殊场景对仪器小体积、轻重量、低功耗、长寿命及高可靠性的严苛要求,在系统分析产品特性和工程研制难点的基础上,建立了涵盖电离、传输、筛选、检测全过程的四极杆质谱仪物理模型和数学表达,并基于Lua语言集成开发了四极杆质谱仪性能仿真系统。该系统实现了温度场、流体场、真空场与电磁场的耦合计算,集成了离子全生命周期轨迹追踪、参数批量处理等12项核心功能,显著提升了工程适用性。通过批量化仿真,系统研究了EI源透镜出口孔径(1.5~3.5 mm)、EI源伸入QMA深度(-0.5~0.5 mm)及进样速率(0~1 mL/min)3项关键工程参数对仪器性能的影响,确定了各参数最优的取值范围。仿真结果表明:透镜出口孔径为3.0 mm时离子传输效率最高;EI源伸入深度为0.2 mm时可有效抑制边缘场效应,使离子束空间分布更集中;进样速率在0.3 mL/min时能在保证高信号强度的同时维持系统真空度。搭建实验平台验证了仿真系统的有效性,优化后质谱仪质量覆盖范围为m/z 10~180,对全氟三丁胺(PFTBA)的检测信噪比(SNR)优异,性能满足设计要求。该性能仿真系统为小型四极杆质谱仪研发提供了关键技术支撑。 展开更多
关键词 小型四极杆质谱仪 多物理场耦合 离子轨迹模拟仿真 参数优化设计
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基于视觉的无标记运动学分析方法
14
作者 黄高华 李玉榕 +1 位作者 姜海燕 陈建国 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期312-324,共13页
针对基于标记的光学系统成本高、耗时长、专业性强的问题,提出了一种采用两个视角的视觉无标记运动学分析方法,旨在实现便捷、低成本的运动学评估。首先,集成Swin Transformer的全局上下文建模能力、坐标注意力的精准位置感知能力、双... 针对基于标记的光学系统成本高、耗时长、专业性强的问题,提出了一种采用两个视角的视觉无标记运动学分析方法,旨在实现便捷、低成本的运动学评估。首先,集成Swin Transformer的全局上下文建模能力、坐标注意力的精准位置感知能力、双向特征金字塔网络的多尺度特征融合能力,构建二维特征提取架构,克服自遮挡、关键点小目标检测问题,有效提取二维特征。其次,提出以关键点位置合理性和肢体长度一致性为关节上下文约束的三角测量方法,并结合人体参数化模型对三维关键点进行重构,提高关键点估计精度。最后,构建关键点增强模型,获取解剖标记集并结合肌骨模型进行运动学分析。公开数据集上的运动学评估实验表明,所提方法的平均关节角度误差为8.59°,平均关节位置误差为42.02 mm,优于现有的高性能方法。同时,为验证方法在真实场景下的适用性,以商用动作捕捉系统Xsens作为评估标准,并与当前主流方法OpenCap进行比较,分别对肩关节和步态运动学展开分析。实验结果表明,在肩关节和步态运动学上,所提方法与Xsens的相关系数分别为0.92和0.86,较OpenCap的相关系数分别提高9.52%和7.40%;角度误差分别为13.97°和3.12°,较OpenCap的误差分别下降27.01%和25.18%。综上所述,在公开数据集和真实场景下,所提方法可实现比当前主流方法更准确的运动学分析,对促进运动学分析相关应用的推广具有重要意义。 展开更多
关键词 视觉 无标记 三维关键点估计 关键点增强 肌骨模型 运动学分析
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面向穿刺手术机器人主从控制的快速构建方法
15
作者 左思浩 赵燕江 +2 位作者 张永德 叶乐 段海龙 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第2期138-149,共12页
主从控制是实现机器人辅助穿刺操作控制的关键方式之一。然而,由于穿刺辅助机器人感知和反馈方式的复杂性和差异性,手术机器人系统主从控制的快速构建存在很大的挑战。故提出一种面向穿刺手术机器人主从控制的快速构建方法,实现主从运... 主从控制是实现机器人辅助穿刺操作控制的关键方式之一。然而,由于穿刺辅助机器人感知和反馈方式的复杂性和差异性,手术机器人系统主从控制的快速构建存在很大的挑战。故提出一种面向穿刺手术机器人主从控制的快速构建方法,实现主从运动映射的快速构建和主从控制的快速实施。建立物体运动坐标系,并定义和构建物体运动映射坐标变换的相对位置变换链,实现对物体运动坐标变换的显性表达和运动映射的快速构建;进一步提出基于直观性映射模型的主从运动映射快速构建策略,针对多种感知反馈的从手对象,快速构建主从运动映射的相对位置变换链,实现主从控制多重坐标变换的运算,进而快速实现定制化和多样化的主从控制。进行实验研究,利用提出的主从控制快速构建方法分别对两种主手对象和两种从手对象的4种主从控制进行快速构建与实施。实验结果表明:主从控制映射的快速构建策略,可以实现对多种感知反馈主从运动映射的快速构建,得到了4种主从运动映射的相对位置变换链,每一种变换链表示一种独立的主从控制,以适应不同应用场景的需求;通过相对位置变换链的多重坐标变换的控制计算,实现了主从控制的快速实施,验证了所提的主从控制快速构建方法的可行性与实用性。 展开更多
关键词 机器人辅助 穿刺手术 主从控制 快速构建 运动相对位置变换链
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基于多维特征时空融合网络的雷达PRI调制类型识别
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作者 张世成 周游 +2 位作者 年夫顺 王宏硕 韩顺利 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第2期116-125,共10页
雷达信号的脉冲重复间隔(PRI)调制类型识别作为电子战系统信号分选与威胁评估的核心环节,其识别精度直接决定战场电磁态势认知与对抗策略的生成效能。针对传统方法存在的专家经验依赖性强、单一模型特征提取能力不足等问题,提出一种基... 雷达信号的脉冲重复间隔(PRI)调制类型识别作为电子战系统信号分选与威胁评估的核心环节,其识别精度直接决定战场电磁态势认知与对抗策略的生成效能。针对传统方法存在的专家经验依赖性强、单一模型特征提取能力不足等问题,提出一种基于多维特征时空融合的深度神经网络架构。该方法通过构建卷积神经网络与长短时记忆网络的级联架构,挖掘雷达脉冲时空特征与调制时序演化规律之间的内在关联性,引入序列注意力机制对输出的时序特征进行加权融合,突出PRI变化的关键时刻,从而实现脉冲重复间隔调制类型的准确识别。实验基于包含固定、抖动、组变、参差和滑变5类典型调制信号的数据集进行验证,结果表明,在无干扰理想条件下,模型整体识别准确率达99.40%;在高达70%的脉冲丢失干扰下,识别准确率仍可达70.93%;在同等强度的虚假脉冲干扰下,识别准确率高达96.13%,综合性能显著优于CNN、CNN-LSTM、GRU-Attention及SENET等主流对比模型,有效提升了复杂电磁环境下PRI调制识别的精度与鲁棒性。此外,模型单样本推理时间仅为1.54 ms,参数量为653814,兼具良好的实时性与轻量化部署潜力。所提方法为复杂电磁环境下雷达PRI调制类型的实时、准确识别提供了有效的技术途径,具有重要的理论价值与工程实用性。 展开更多
关键词 PRI调制 脉冲丢失 虚假脉冲 卷积神经网络 长短时记忆神经网络 注意力机制
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基于激光雷达的风电叶片实时变形测量及分析
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作者 王文心 王建军 +2 位作者 陈波 张磊安 李权舟 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第2期222-234,共13页
为保障风电叶片长期可靠运行与性能优化,需对叶片变形实时监测。为此,开发了一种基于激光雷达的非接触式级联结构融合处理的风电叶片实时变形监测方法,实现了叶片动态变形高精度跟踪监测。首先,采用三维激光雷达采集叶片运动点云,经降... 为保障风电叶片长期可靠运行与性能优化,需对叶片变形实时监测。为此,开发了一种基于激光雷达的非接触式级联结构融合处理的风电叶片实时变形监测方法,实现了叶片动态变形高精度跟踪监测。首先,采用三维激光雷达采集叶片运动点云,经降采样及统计去噪预处理消除噪声。继而,建立“预测-关联-优化-配准”的点云级联处理框架—利用KF动力学模型推算特征点先验位置,引入动力学约束与观测融合机制,有效抑制点云噪声的误差传导;基于预测协方差约束KD树自适应匹配搜索域以提升特征对应精度,提升特征匹配在振动工况下的鲁棒性;融合点云观测值优化特征坐标,并将优化特征集输入迭代最近点(ICP)算法解算高精度变形矩阵,形成动态追踪到全局配准的闭环系统,从而在级联架构下实现精度与效率的平衡。实验结果表明:在变形测量精度方面,该方法精度达0.2096 mm,95%数据点的误差绝对值≤0.1 mm,均方根误差(RMSE)为0.0732 mm,平均绝对误差(MAE)为0.0578 mm,相关系数为0.9544(p<0.01);在系统匹配性能方面,匹配成功率达95.4%,显著优于单一KF算法(82.6%)与ICP算法(73.1%),验证了所提方法具有实时变形监测工程实效。在复杂工况下,仍具备优异测量精度、系统稳定性和环境适应性,能为风电叶片健康管理、早期故障诊断及智能运维决策提供可靠技术支撑。 展开更多
关键词 三维激光雷达 风电叶片 点云配准 变形监测 级联处理
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基于声-电场信号特征频率的断路器燃弧时间测量
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作者 孙曙光 石际龙 +2 位作者 王景芹 胡雨辰 崔玉龙 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期222-235,共14页
针对低压断路器燃弧时间非侵入式测量需求,为克服分闸过程声信号中机械碰撞等强声事件对燃弧弱声事件识别的干扰,以及燃弧声信号起止边界辨识困难的问题,故提出一种基于声-电场信号特征频率的燃弧时间测量方法。根据断路器完整分闸过程... 针对低压断路器燃弧时间非侵入式测量需求,为克服分闸过程声信号中机械碰撞等强声事件对燃弧弱声事件识别的干扰,以及燃弧声信号起止边界辨识困难的问题,故提出一种基于声-电场信号特征频率的燃弧时间测量方法。根据断路器完整分闸过程声事件划分结果获取与燃弧阶段相对应的声信号片段,构建峭度-排列熵指标作为苦鱼优化变分模态分解的适应度函数,对声信号片段进行自适应分解,结合功率谱分析得到的燃弧声事件特征频率与相关系数准则选取有效模态分量,利用奇异值分解对含噪分量去噪后重构,以抑制机械碰撞干扰并突出燃弧成分。基于电场信号的频率特性设计带通滤波器,提取其甚低频段成分,提升燃弧事件边界分辨能力。以重构声信号与甚低频电场信号作为输入,构建一维卷积神经网络燃弧事件二分类模型,通过输出事件概率计算燃弧持续时间,模型具有较高的精确率与召回率。为验证所提方法的有效性,在不同相位分断条件下进行了测试,结果表明其平均绝对误差、均方误差与均方根误差均不超过0.25;与其他测量方法相比,各项指标提升76.2%以上。所提方法具有较高的测量精确性和鲁棒性,在低压断路器非侵入式在线状态监测中具有潜在应用价值。 展开更多
关键词 断路器 声信号 电场信号 特征频率 燃弧时间测量
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基于区域多模态柔性映射的光切片平面标定
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作者 陈晓辉 骆晓文 +2 位作者 王生怀 王宸 钟毓宁 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第1期191-201,共11页
针对现有光切片三维重建系统中光平面标定步骤繁琐、标定精度低等问题,提出了一种基于区域多模态柔性映射的光切片平面标定方法。该方法基于棋盘格图像内角点坐标作为光平面标定计算控制点,将标定过程中光平面方程求解问题转化成像素和... 针对现有光切片三维重建系统中光平面标定步骤繁琐、标定精度低等问题,提出了一种基于区域多模态柔性映射的光切片平面标定方法。该方法基于棋盘格图像内角点坐标作为光平面标定计算控制点,将标定过程中光平面方程求解问题转化成像素和世界坐标系中控制点之间的映射问题。基于此,构建区域多模态柔性映射模型,实现光平面上各区域中特征点在像素与世界坐标之间的柔性映射,解决了因畸变导致的标定精度损失的问题,同时考虑了非正交畸变与高阶非线性变形的影响。该方法仅需一次整体柔性映射,在完成畸变矫正的同时,实现光平面的高精度标定。该方法无需计算光条中心点,无需内外参数矩阵参与计算,从而避免了图像算法误差对标定结果的影响。实验结果表明,该方法操作简单,特征点较多,标定前后对应特征点之间的平均距离残差为0.01μm,与不同阶数映射模型进行对比,映射精度提升一个数量级;标定后的测量系统经过多组800次重复性测量,标准差在0.1μm左右,重复性测量精度在8μm以内,均方根误差为6.5μm;相较于传统的交比不变法,该方法的测量精度提升了83.26%。搭建了光切片三维重建平台,并确定该光切片重建系统的平面与深度适用范围,对深度范围测量精度进行了验证,满足光切片三维测量的稳定可靠、精度高等要求。 展开更多
关键词 多模态 光切片 柔性映射 光平面标定 三维重建
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基于互信息图与邻接特征的非高损线路窃电检测方法
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作者 周文晴 杨茂涛 +2 位作者 苏盛 赵斌 李彬 《仪器仪表学报》 北大核心 2026年第2期368-380,共13页
现有窃电检测方法多聚焦于日线损率异常突出的高损线路,而非高损线路中的潜在短时、间歇性窃电行为易被负荷波动、计量误差与运行方式变化掩盖,难以有效辨识。为此,提出了一种基于互信息差值动态图与邻接特征的非高损线路窃电检测方法... 现有窃电检测方法多聚焦于日线损率异常突出的高损线路,而非高损线路中的潜在短时、间歇性窃电行为易被负荷波动、计量误差与运行方式变化掩盖,难以有效辨识。为此,提出了一种基于互信息差值动态图与邻接特征的非高损线路窃电检测方法。首先,在小时尺度下采用滑动窗口计算用户用电量与线损电量的互信息,构建互信息差值动态图序列;并引入逐窗口自适应阈值以刻画用户用电量与线损之间随时间演化的非线性依赖关系,从而避免固定阈值导致的图结构不稳定。其次,设计融合图自编码器与动态权重平衡机制的特征提取方法:基于跨窗口的邻接关系重构任务,捕捉用户在群体网络中连接模式的时序演变,提取反映用户与群体依赖关系稳健性的邻接特征;同时采用动态权重加权损失,抑制正负样本不均衡引起的训练偏置,防止图重构学习发生退化。最后,采用主成分分析对嵌入特征降维优选,并结合K-Means++聚类实现无监督异常识别。仿真算例与真实数据实验表明,所提方法能够在非高损场景下有效识别窃电用户,验证了方法的可行性与有效性。该方法从群体关系演化视角刻画用户用电行为与线损之间的动态依赖关系,将窃电检测问题转化为图异常检测问题,为中压线路窃电检测提供了一种有效且具工程实用性的技术路径。 展开更多
关键词 非高损线路 窃电检测 数据驱动 互信息 图自编码器
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