基于BP神经网络的数据分布类型判别方法

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作者 黄强先 赵志浩 +4 位作者 王徐康 李红莉 姚寒兵 张连生 程荣俊 《计量学报》 北大核心 2025年第9期1250-1255,共6页

在不确定度评定时,准确判断数据的分布类型至关重要,提出一种利用反向传播(BP)神经网络训练模型来判别数据分布类型的方法,并将其应用于平面水平度测量不确定度评定的过程中。为了从多个维度全面分析数据的分布特征,所提方法将原始数据... 在不确定度评定时,准确判断数据的分布类型至关重要,提出一种利用反向传播(BP)神经网络训练模型来判别数据分布类型的方法,并将其应用于平面水平度测量不确定度评定的过程中。为了从多个维度全面分析数据的分布特征,所提方法将原始数据转化为7个特征指标,再引入BP神经网络自动学习和提取这些指标之间的复杂非线性关系。通过训练,获得了一个能够准确判别数据分布类型的网络模型,经参数配置优化,该模型展现出优越性能,不仅训练速度快,而且判别准确率高达99.52%。与传统方法相比,该模型在各类分布判别中均表现优异。最后,通过对3路电容传感器测量平面水平度的测量评定实例,通过该模型判别并评定得到了该平面倾角的最佳估计值为7.041″,标准差为0.055″,比传统方法判别并评定的结果具有更小的标准差和更小的置信区间,进一步验证了该模型在蒙特卡洛测量不确定度评定过程中的实用性。 展开更多

关键词 计量学 不确定度评定 数据分布类型 BP神经网络 特征指标 蒙特卡洛评定

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光学非球面面形检测与误差建模补偿

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作者 王广谱 黄强先 +4 位作者 刘慧洁 程荣俊 张祖杨 李红莉 张连生 《计量学报》 北大核心 2025年第9期1279-1285,共7页

建立了基于三坐标测量机(CMM)的接触式非球面透镜面形检测系统,对光轴方向与顶点确定、测球误差的模型建立与补偿等进行研究。采用微纳米CMM搭配三维谐振测头实现对非球面透镜的面形检测,为解决检测过程中光轴方向与顶点位置难以准确确... 建立了基于三坐标测量机(CMM)的接触式非球面透镜面形检测系统,对光轴方向与顶点确定、测球误差的模型建立与补偿等进行研究。采用微纳米CMM搭配三维谐振测头实现对非球面透镜的面形检测,为解决检测过程中光轴方向与顶点位置难以准确确定的问题,采用LM算法对光轴方向与顶点位置进行校正;其次,针对接触式检测中的测球球径的影响问题,建立误差修正模型以补偿检测过程中的测球误差。并通过实际检测公称面形误差δ_(RMS)为250 nm的非球面透镜面形来验证所提方法的有效性。实验结果表明:经过光轴方向与顶点校正并补偿测球误差后,非球面透镜面形误差3次重复测量的结果分别为186 nm、184 nm、178 nm,重复性和一致性较好。克服了传统接触式测量方法中光轴方向与顶点难以确定和测球误差影响的问题,有效提高了非球面透镜面形测量的精度。 展开更多

关键词 几何量计量 面形误差 非球面 光轴校正 测球误差 三坐标测量机 LM算法

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微纳米三坐标测量机三轴垂直度误差测量及建模补偿 被引量：13

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作者 李瑞君 李洁 +2 位作者 何亚雄 程真英 黄强先 《计量学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期452-456,共5页

垂直度误差是微纳米三坐标测量机的重要误差源之一,必须对其进行高精度测量并建立垂直度误差的补偿模型。采用基于光电位置敏感器件(PSD)的测量装置,先将三轴垂直度误差转化成相应方向的直线度误差再对其进行测量,并对微纳米三坐标测量... 垂直度误差是微纳米三坐标测量机的重要误差源之一,必须对其进行高精度测量并建立垂直度误差的补偿模型。采用基于光电位置敏感器件(PSD)的测量装置,先将三轴垂直度误差转化成相应方向的直线度误差再对其进行测量,并对微纳米三坐标测量机的垂直度误差进行建模和补偿。通过对0级标准量块厚度进行测量和垂直度误差补偿,量块X、Y方向厚度测量误差分别减小了11μm和4μm,验证了垂直度误差测量方法和补偿模型的有效性。 展开更多

关键词 计量学 微纳米三坐标测量机 垂直度误差 建模补偿

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基于光杠杆法的高灵敏度汽车电池气密性在线检测系统

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作者 王勇俊 方皖 +2 位作者 程真英 沈益 李瑞君 《计量学报》 北大核心 2025年第9期1286-1293,共8页

研制了基于光杠杆法的汽车电池气密性在线检测系统。探索了电池内部压强大小、焊缝处漏气口方向、检测高度等参数与焊缝处压强分布的关系。设计并优化弹性机构参数,建立了检测系统的灵敏度模型,并设计光学检测系统。通过纳米定位台和带... 研制了基于光杠杆法的汽车电池气密性在线检测系统。探索了电池内部压强大小、焊缝处漏气口方向、检测高度等参数与焊缝处压强分布的关系。设计并优化弹性机构参数,建立了检测系统的灵敏度模型,并设计光学检测系统。通过纳米定位台和带有直径75μm漏气孔的电池,对系统的性能进行测试。实验结果表明:该系统的分辨力为1μm,当电池内部压强分别为2×10^(5) Pa、3×10^(5) Pa和4×10^(5) Pa时,漏气口引起弹性机构的变化分别为(5.3±0.8)μm、(18.5±1.2)μm、(37.8±1.3)μm,检测时间为10 s。该测量系统具有灵敏度高、成本低且检测效率高的特点,可用于汽车电池气密性的在线检测。 展开更多

关键词 几何量计量 气密性检测 汽车电池 光杠杆法 弹性机构

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XY工作台六自由度误差在线测量和补偿 被引量：4

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作者 林荣炜 程真英 +2 位作者 何亚雄 李洁 李瑞君 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期1761-1773,共13页

为提高XY工作台对应功能点的空间位置精度,提出了一种六自由度(6-DOF)误差在线测量方法,并建立了相应的误差补偿模型。采用激光干涉原理测量工作台X,Y轴方向的定位误差和Z轴方向的直线度误差,采用激光自准直原理测量工作台绕X,Y,Z轴转... 为提高XY工作台对应功能点的空间位置精度,提出了一种六自由度(6-DOF)误差在线测量方法,并建立了相应的误差补偿模型。采用激光干涉原理测量工作台X,Y轴方向的定位误差和Z轴方向的直线度误差,采用激光自准直原理测量工作台绕X,Y,Z轴转动的角度误差,从而实现6-DOF误差的在线测量。分析了6-DOF误差造成工作台对应功能点的空间位置误差,建立了基于阿贝原则和布莱恩原则的误差补偿模型。根据提出的测量方法,研制了一套高精度紧凑型的在位、在线6-DOF测量系统,将其应用于一台微纳米三坐标测量机的工作台上;以SIOS激光干涉仪为参考,对测量系统和误差补偿模型的有效性进行了实验验证,并评定了系统的不确定度。结果表明:经过6-DOF误差测量和补偿后,参考功能点在X,Y,Z向的最大位置误差由1.7μm,3.4μm,3μm分别减小至65 nm,81 nm,109 nm,其扩展不确定度分别为90 nm,98 nm,158 nm(k=2)。该方法和系统可被用于提高XY工作台的精度。 展开更多

关键词 XY工作台 多自由度 补偿模型 阿贝原则

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运用光线追迹算法的高温物体视觉三维测量 被引量：3

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作者 万杰 张进 +2 位作者 刘远航 夏豪杰 王君 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2022年第8期122-131,共10页

对于高温下的视觉三维测量,如何削弱高温辐射以及成像畸变对构件测量产生的影响,在航空航天和汽车制造等领域具有极其重要的意义。基于黑体辐射理论分析了物体在不同温度下的辐射特性,确定了成像光谱范围,建立了高温双目立体视觉测量模... 对于高温下的视觉三维测量,如何削弱高温辐射以及成像畸变对构件测量产生的影响,在航空航天和汽车制造等领域具有极其重要的意义。基于黑体辐射理论分析了物体在不同温度下的辐射特性,确定了成像光谱范围,建立了高温双目立体视觉测量模型,运用有限元建模仿真与光线追迹算法相结合的方法分析光线在高温场中传播的偏折规律,并分析了温度和光线波长对光线偏折量的影响。最后,通过搭建双目立体视觉测量系统,使用CMOS相机、窄带滤光片和平行光源组成的测量系统削弱高温辐射光的干扰,对分析结果进行实验验证。实验结果表明,测量系统能够在高温下获得清晰的图像特征;光线追迹算法分析的结果和实验数据有很好的一致性;相较于常温测量结果,800℃以下视觉测量结果的误差小于0.28 mm,球间距测量标准差小于0.11 mm,能够满足构件在高温环境下的测量需求。 展开更多

关键词 高温测量 光线追迹 立体视觉 梯度折射率

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面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪 被引量：4

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作者 方旭 刘欣 +4 位作者 李琪 舒慧 张正东 程真英 李瑞君 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期103-111,共9页

针对油品现场检测中实时性和准确度的需要,研制了一种面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪。该光谱仪采用相干长度扩增方法,可快速定位有效信号;通过驱动采集控制系统对傅里叶近红外检测光路进行100 nm等间隔的干涉调制,最... 针对油品现场检测中实时性和准确度的需要,研制了一种面向油品参数快速计量的高精度傅里叶近红外光谱仪。该光谱仪采用相干长度扩增方法,可快速定位有效信号;通过驱动采集控制系统对傅里叶近红外检测光路进行100 nm等间隔的干涉调制,最终由傅里叶逆变换解析出的吸收光谱分辨力可达3.25 cm^(-1)。用该光谱仪对汽油样品进行质量检测的结果表明:该光谱仪可在短时间内对汽油中5种物质含量进行快速计量,其最大体积误差不超过0.7%,可以满足油品参数现场计量的需求,对市场中成品油质量的监管具有重要意义。 展开更多

关键词 油品参数测量 近红外光谱仪 傅里叶逆变换 汽油 相干长度扩增法

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一种新的大行程垂直纳米运动工作台设计与控制研究

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作者 张帆 黄强先 +3 位作者 程荣俊 张连生 李红莉 李瑞君 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期318-324,共7页

在大行程高精度垂直运动中,工作台的设计及稳定控制是关键因素。因此设计一种新型的具有平衡机构的工作台,以实现垂直方向上大行程纳米稳定运动。所研究工作台采用N331压电直线电机独立驱动,通过空气静态导轨悬浮,设计Z轴平衡系统降低... 在大行程高精度垂直运动中,工作台的设计及稳定控制是关键因素。因此设计一种新型的具有平衡机构的工作台,以实现垂直方向上大行程纳米稳定运动。所研究工作台采用N331压电直线电机独立驱动,通过空气静态导轨悬浮,设计Z轴平衡系统降低垂直向电机驱动负载。利用步进控制方式完成大行程驱动,模拟方式实现微位移精密驱动控制。所提出的驱动与控制策略,可实现100 mm垂直方向上高精度快速精密驱动。另Z向也可实现纳米步进模式与模拟模式的复合控制。在全行程100 mm的范围内定位波动可限制在±9 nm内。通过验证实验,本运动工作台可适用于微纳米三坐标测量机、微光刻和微加工应用的驱动与控制任务。 展开更多

关键词 几何量计量 纳米运动工作台 垂直运动 大行程 纳米步进 模拟模式

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太阳耀光偏振参数星上计算系统设计

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作者 李宇豪 纪峰 +6 位作者 裘桢炜 陈斐楠 厉卓然 池杲鋆 陈晶晶 胡亚东 李孟凡 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期52-62,共11页

太阳耀光影响光学遥感成像质量,可采用在探测器前加装偏振片的方式进行抑制,抑制效果取决于太阳和遥感器的相对位置以及偏振片的偏振方向。为实时准确地获取太阳耀光偏振信息,本文在星载大气校正仪上设计了一套星上太阳耀光偏振参数计... 太阳耀光影响光学遥感成像质量,可采用在探测器前加装偏振片的方式进行抑制,抑制效果取决于太阳和遥感器的相对位置以及偏振片的偏振方向。为实时准确地获取太阳耀光偏振信息,本文在星载大气校正仪上设计了一套星上太阳耀光偏振参数计算系统,利用大气校正仪670 nm波段的0°,60°,120°三个通道偏振图像实时计算耀光参数,并使用基于6S大气辐射传输模型的耀光参数建立晴空海洋偏振双向反射分布函数查找表,排除受云干扰的图像像元,最后利用实时探测数据进行高精度太阳耀光偏振方位角计算。系统以V5系列的现场可编程门阵列为计算平台,使用高层次综合工具进行算法的硬件实现,并在实验室内进行了实验验证。实验结果表明,系统计算偏振角误差与真实值相比在0.5°以内,在100 MHz主频时钟下一组25×25像元的数据计算时间消耗为19.47281 ms,FPGA资源使用率为41%。 展开更多

关键词 太阳耀光 现场可编程门阵列 偏振测量 硬件加速

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基于贝叶斯动态模型的激光干涉仪漂移误差预测

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作者 刘丽颖 程真英 +1 位作者 陈旭 李瑞君 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期332-339,共8页

针对长时间测量时激光干涉仪产生的漂移问题,提出了一种基于贝叶斯动态模型的漂移误差预测方法。通过采集非测量阶段的漂移误差序列,分析了数据特征并据此建立了贝叶斯动态模型。然后,利用无信息先验分布法获取了递推所需的初始信息,运... 针对长时间测量时激光干涉仪产生的漂移问题,提出了一种基于贝叶斯动态模型的漂移误差预测方法。通过采集非测量阶段的漂移误差序列,分析了数据特征并据此建立了贝叶斯动态模型。然后,利用无信息先验分布法获取了递推所需的初始信息,运用贝叶斯递推算法训练并估计了模型状态参数。最后,基于实验室自制的迈克尔逊激光干涉仪对漂移误差预测效果进行了实验验证。结果表明:与常用的最小二乘拟合法和神经网络建模法相比,基于该方法预测补偿后的残余漂移误差的均方差分别减小了67.85%和99.08%;由重复实验的预测效果可知,残余漂移误差的均方差较补偿前都减小了82%以上。验证了提出的基于贝叶斯动态模型的漂移误差预测方法的有效性和稳健性。 展开更多

关键词 几何量计量 漂移误差 误差预测 贝叶斯动态模型 激光干涉仪

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皮米量级微位移信号处理分辨力的光纤布拉格光栅探针系统 被引量：9

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作者 刘芳芳 杨子涵 +2 位作者 焦宇辉 李红莉 夏豪杰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期755-764,共10页

为了实现超高分辨力的微位移测量,建立了基于光纤布拉格光栅传感的高灵敏度探针系统,研究了静态锁相放大技术,用于检测小于纳米量级的微位移信号。根据光纤布拉格光栅传感原理,设计了高灵敏度的双光栅自补偿解调系统结构。基于信号特征... 为了实现超高分辨力的微位移测量,建立了基于光纤布拉格光栅传感的高灵敏度探针系统,研究了静态锁相放大技术,用于检测小于纳米量级的微位移信号。根据光纤布拉格光栅传感原理,设计了高灵敏度的双光栅自补偿解调系统结构。基于信号特征研究了静态锁相放大技术,用于实时检测处理微弱测量信号。最后,通过探针系统的性能测试实验可获得灵敏度和分辨力等参数。实验结果表明:探针系统在接触区域的微位移测量范围约为1μm,灵敏度为-15.33 mV/nm,短期噪声极差的均值为0.83 mV,标准差为0.32 mV,信号处理分辨力约为0.06 nm(60 pm),其标准差为0.02 nm(20 pm)。该系统采用光纤布拉格光栅传感技术达到了皮米量级的微位移信号处理分辨力,满足微纳测量系统的抗干扰性强、重复性好等要求,且系统成本较低。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 微位移测量 信号处理分辨力 皮米量级 高灵敏度探针系统 静态锁相放大

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光学微腔中高阶色散对图灵环光场的影响

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作者 徐昕 叶回春 +4 位作者 金雪莹 高浩然 陈东 陆洋 于连栋 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期186-192,共7页

光学微腔中高阶色散会对腔内的图灵环光场产生重要的影响,基于Lugiato-Lefever方程,采用分步傅立叶法对方程求解,分析光场在腔内的演化过程。研究发现,微腔中的奇次高阶色散会导致图灵环光场以恒定的速度发生时间漂移,色散系数的正负会... 光学微腔中高阶色散会对腔内的图灵环光场产生重要的影响,基于Lugiato-Lefever方程,采用分步傅立叶法对方程求解,分析光场在腔内的演化过程。研究发现,微腔中的奇次高阶色散会导致图灵环光场以恒定的速度发生时间漂移,色散系数的正负会导致漂移方向不同,且色散值越大,漂移速度也越大;偶次高阶色散不会对腔中的图灵光场产生影响。此外,高阶色散会引起图灵光场中的高阶模式产生较强的色散波。 展开更多

关键词 超快光学 光学微腔 图灵环 高阶色散 色散波

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一种针对复杂曲面的快速自由交互拾取算法

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作者 熊宇龙 李维诗 《图学学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期957-962,共6页

三维模型的交互拾取作为最直观的人机交互方式,在各个领域都有广泛地应用,如几何建模、3D游戏和有限元分析等。针对目前含有复杂曲面模型的拾取效率和拾取自由度低等问题,提出了一种对复杂曲面的快速自由交互拾取算法。首先采用一种类... 三维模型的交互拾取作为最直观的人机交互方式,在各个领域都有广泛地应用,如几何建模、3D游戏和有限元分析等。针对目前含有复杂曲面模型的拾取效率和拾取自由度低等问题,提出了一种对复杂曲面的快速自由交互拾取算法。首先采用一种类似画刷的工具,对画刷在屏幕中移动的路径进行离散,接着对每一个离散点应用基于BVH结构的单点拾取法来拾取复杂曲面,然后用2个哈希结构降低算法的响应时间,最后对该算法进行了验证。 展开更多

关键词 图形交互 交互拾取 复杂曲面

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新型箝位式压电电机的设计研究

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作者 岳志涵 潘巧生 +2 位作者 陶圣至 商静怡 李晓杰 《计量学报》 CSCD 北大核心 2022年第8期1077-1082,共6页

针对传统箝位式压电电机在谐振态下工作时,方波振动的箝位部分结构设计复杂问题,提出一种新型箝位式压电电机。该电机箝位部分与驱动部分均由同频正弦电压驱动实现正弦振动,通过定子对动子的箝位接触,实现动子单向输出运动。相较于传统... 针对传统箝位式压电电机在谐振态下工作时,方波振动的箝位部分结构设计复杂问题,提出一种新型箝位式压电电机。该电机箝位部分与驱动部分均由同频正弦电压驱动实现正弦振动,通过定子对动子的箝位接触,实现动子单向输出运动。相较于传统箝位式压电电机和超声电机,该电机的定子结构设计无需采用模态简并,结构设计难度降低。利用有限元仿真确定定、动子结构参数,制造样机并搭建实验平台。对箝位部分分别采用正弦波与方波做激励,再对驱动部分进行波形对比,表明正弦波亦能达到预期效果。实验结果表明:准静态时,激励电压频率为250 Hz、电压峰峰值V为10 V时,步进距离为0.5μm,步进速度0.13 mm/s;谐振态时,激励电压频率为540 Hz、电压峰峰值V为70 V时,步进距离为32μm,步进速度16.9 mm/s;该电机可兼顾低频高分辨率和高频高速输出以实现跨尺度工作。 展开更多

关键词 计量学 压电电机 跨尺度驱动 箝位机构 正弦驱动

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