SMS结构的光纤F-P腔压力传感器的实验研究

对单模—多模—单模(SMS)结构的光纤法布里—珀罗(F-P)腔压力传感器进行了研究。从理论上分析了SMS光纤F-P腔压力传感器的工作原理;并用有限元软件仿真了传感器的压力灵敏度为0.36μm/MPa,熔接组成光纤F-P腔传感器。实验测试结果表明:灵敏度为0.0043/N,得到峰值点幅值与压力的相关性系数R2为98.80%,具有良好的线性关系,符合光纤压力传感器的设计要求。

基于双目视觉的车前行人检测方法研究

当前的汽车安全辅助驾驶和无人驾驶汽车是图像领域的研究热点,针对汽车在启动或行驶时车前存在行人可能导致的安全问题,着重研究了基于双目视觉的车前行人检测方法。进行了双目相机的相机标定和立体标定;通过改进后半全局立体匹配算法获取深度图,确定车前行人所处位置的感兴趣区域(Region of Interest,ROI),剔除冗余的背景信息;分割并提取了图像的降维梯度直方图(Histogram of Gradients,HOG)特征信息;将特征输入到支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类器训练,检测并标记出车前的行人目标。实验证明,所提算法对车前场景下的动态行人可以更为有效地检测,具备更优的检率精度、时效性和鲁棒性。

混合遗传变邻域搜索算法求解柔性车间调度问题

针对考虑生产成本的柔性作业车间调度问题(flow job shop scheduling problem, FJSP),以完工时间与加工成本为优化指标,提出一种求解FJSP的混合遗传变邻域搜索算法。根据个体适应度对种群分割,结合自适应交叉概率改进子代种群产生方式;设计两种邻域结构增强算法的局部搜索能力;提出一种基于动态交叉变异概率的优化算法流程提高求解效率。运用提出的算法求解基准实例与实际问题测试,验证了算法的有效性。

基于嵌入式设备的低功耗工业读码器系统设计

针对目前国内读码器产品种类稀少、成本过高,功耗和热量过高、识别率低等问题,提出了一种结构紧凑、性价比高、功耗低、稳定性强的智能读码器系统设计方案。该系统方案主要基于ARM平台和Linux系统开发,硬件方面采用NXP MX8Mini作为主控芯片,搭载XILINX的XC7A50T FPGA器件,配置2G容量的LDDR4内存用来做图像预处理工作,采用AR0144CS芯片作为图像传感器,并支持多种通讯协议和扩展。软件方面,主要介绍了系统FPGA图像预处理及高斯滤波具体实现、ARM与FPGA的通讯、上位机功能设计。经过测试,该读码器系统运行稳定、体积小、功耗低,一维码8mil Code128识别率达到99.99%,为当前国产读码器市场提供了一种新的解决方案。

基于改进GWO-BP神经网络的电磁线圈温升预测

针对差速器运转时电磁线圈温升的非线性与复杂性以及传统BP神经网络在预测中存在的问题,采用改进后的灰狼算法(gray wolf optimization,GWO)对BP神经网络进行优化,并根据室温环境下现场跟踪试验的数据建立以运行时间、直流电流、运转功率为输入,以某型电子锁式差速器电磁线圈连续工作8 h后的实时温度与初始环境温度间的温升差值为输出的网络预测模型。选取平均绝对误差(mean absolute error,MAE)、平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)、均方误差(mean square error,MSE)作为系统评价指标,分别与传统BP网络模型、粒子群算法优化后的网络模型(PSO-BP)进行对比,结果表明GWO-BP神经网络模型具有更好的预测能力和更小的误差精度。为实现汽车轴间差速器上电磁线圈温升变化的精准预测提供了方法和思路。

基于空间光调制器的艾里光束能量调制方法

艾里光束由于具有无衍射、自加速和自愈合等特性,具有重要的应用前景。本文基于空间光调制器可编程特性,提出了一种可调谐的艾里光束能量调制新方法。从理论上深入分析通过在相位图中引入一个可控的调制相位而实现了艾里光束能量调控的方法,并且量化了调制参数与能量调制范围的关系。仿真和实验结果表明通过改变调制相位可以灵活地调节光束能量分布,本文的研究有助于进一步推动艾里光束的应用。

基于改进Informed-RRT^(*)算法的舰载机甲板平面路径规划

针对舰载机甲板路径规划问题,在Informed-RRT^(*)(informed rapidly-exploring random tree)的椭圆采样基础上,提出使用正态分布方式采样的IN-RRT^(*)(informed normal-RRT^(*))算法。首先,针对舰载机与运动场景建模,定义舰载机运动约束和避障策略;其次,将正态分布采样策略与椭圆采样相结合,获取优质高效采样点;引入人工势场法,自适应调节随机树的搜索步长值;使用向心Catmull-Rom样条插值法对路径进行平滑优化处理;提出针对动态障碍改进的动态窗口法,实现局部动态避障。最后,运用甲板平面环境实验检验算法性能。结果表明,IN-RRT^(*)算法能显著优化搜索时间和搜索路径质量,可应对动态场景规划出合理可行的平滑路径。

基于点云聚类分析的烟支表面三维缺陷检测

针对褶皱、布带纹等烟支表面缺陷在识别中无法量化、主观性强的问题,提出一种基于点云聚类分析的烟支表面缺陷检测方法。采用线结构光扫描采集烟支表面点云数据,利用自适应参数的密度聚类分析方法将缺陷点进行聚类;通过聚类思想将缺陷点云分为不同点簇,计算出聚类后的点簇尺寸,为标准化缺陷的尺寸评估提供可量化的缺陷度量。采集1200支烟支样本的点云数据进行缺陷检测试验,结果表明,所提方法对烟支表面缺陷检测的准确率为98.25%。研究可为烟支表面缺陷检测提供参考。

面向汗液的可穿戴柔性电化学传感器研究进展

汗液中含有人体诸多生理信息,如电解质、代谢物、激素、温度等。基于汗液的可穿戴式传感器可对多模态生物指标实现分子层面上的实时、连续、非侵入式监测,在运动感知、疾病预防以及健康管理等领域具有重大发展潜力,而被广泛研究。本文阐述了可穿戴汗液传感器集成结构中基底、集汗、传感、电源和决策五大模块,着重强调了纳米结构(如金属基、碳基等材料)在电化学传感敏感材料中表现出的优异性能及应用,最后讨论了可穿戴汗液传感器在微量汗液收集及多参数传感中物理化学变量的可变性等方面存在的挑战。针对汗液收集和实时校准两个关键问题,提出可穿戴汗液传感未来发展方向包括仿生微流控技术和多参数反馈调控方法,实现微量汗液高效收集及精确检测,将有效推动汗液传感在慢性重大疾病实时预警的应用和发展。

考虑双资源约束的柔性机械加工车间逆调度问题研究

为提高机械加工车间在动态生产环境下的效率和稳定性,建立了考虑机器与工人约束的柔性机械加工车间逆调度问题模型。该模型以最小化完工时间、机器能耗和逆偏差指数为目标,通过调整工件排产、工人作业以及机加工工艺参数对原始调度方案进行优化。针对问题特征,提出了一种差分进化算法。在算法中,设计了混合双层编码方式以降低搜索难度;提出了两种基于调度规则的初始化方式以提高种群质量;为加强和平衡全局与局部搜索,设计了自适应遗传操作以及基于精英选择的局部搜索策略;改进了哈明距离,并提出了一种拥挤度算子以反映种群真实多样性。在实验中构建了33组测试算例,并将所提算法与其他7种算法进行对比,验证了所提算法性能。最后,分析了某液压缸生产车间在两种不同动态环境下的真实逆调度案例,结果表明,所提算法能够在较小程度改变原始调度的情况下缩短4.2%的完工时间、降低20.2%的机器能耗。

引入轻量级Transformer的自适应窗口立体匹配算法

现有端到端的立体匹配算法为了减轻显存消耗和计算量而预设固定视差范围,在匹配精度和运行效率上难以平衡。提出一种基于轻量化Transformer的自适应窗口立体匹配算法。利用具有线性复杂度的坐标注意力层对低分辨率特征图进行位置编码,减轻计算量并增强相似特征的辨别力;设计轻量化Transformer特征描述模块,转换上下文相关的特征,并引入可分离多头自注意力层对Transformer进行轻量化改进,降低Transformer的延迟性;用可微匹配层对特征进行匹配,设计自适应窗口匹配细化模块进行亚像素级的匹配细化,在提高匹配精度的同时减少显存消耗;经视差回归后生成无视差范围的视差图。在KITTI2015、KITTI2012和SceneFlow数据集上的对比实验表明,该算法比基于标准Transformer的STTR在匹配效率上快了近4.7倍,具有更快的运行速度和更友好的存储性能;比基于3D卷积的PSMNet误匹配率降低了18%,运行时间快了5倍,实现了更好的速度和精度的平衡。

基于改进SSA-LSTM模型的双曲度板材成形回弹预测

为了准确预测双曲度板材成形回弹量,控制板材加工成形质量,利用ABAQUS有限元软件对板材成形回弹过程进行仿真,构建长短时记忆网络模型(LSTM)。针对麻雀搜索算法(SSA)容易陷入局部最优的问题,提出基于Circle混沌映射、反向学习、高斯与柯西变异扰动的改进麻雀搜索算法,优化LSTM模型的学习率、迭代次数、隐藏层神经元个数,并将模型与BP神经网络模型、LSTM模型和普通SSA-LSTM模型进行对比分析。结果表明,该模型对双曲度板材成形回弹预测达到整体最优预测效果,具有一定有效性和可行性。

基于激光表面微纳结构的胶接性能研究进展

胶接具有独特的性能而被广泛关注,但在实际应用中往往由于界面结合强度不足而导致接头在服役过程中过早失效。激光表面处理是一种能够有效提高胶接接头表面性能的方法,通过激光表面处理会使黏接材料表面形成不同的表面微纳结构,从而改善接头的性能。首先介绍了激光表面处理原理及激光器分类,对比了不同激光器的优缺点及加工质量特性,分析了激光加工参数对接头强度的影响。其次从激光加工不同表面微纳结构入手,阐述了不同表面微纳结构的加工方式,分析了不同表面微纳结构对不同材料接头强度的影响。此外,针对不同的表面微纳结构,其结构参数有所不同,导致接头表面化学成分和润湿性能也有所不同,使得接头强度有所差异,在此基础上分析了微纳结构参数对接头强度的影响及原因。同时,胶层间的作用机制与接头强度具有密不可分的联系,研究表明,不同的表面微纳结构对胶层的作用机制具有明显的不同,归纳总结发现,经激光表面处理形成表面微纳结构后接头表面粗糙度、化学性质、润湿性能及胶层间裂纹的扩展对接头强度的提升具有一定作用。最后,对激光表面处理微纳结构的研究进行了展望。

基于双目视觉的部分遮挡行人检测算法

针对行人被障碍物部分遮挡导致的检测准确率降低问题,提出了基于多特征融合的树形路径半全局立体匹配的部分遮挡行人检测算法。使用简单线性迭代聚类(simple linear iterative clustering,SLIC)算法进行超像素分割,提升行人的轮廓信息,并使用多特征融合的树形路径半全局立体匹配算法生成深度图;对行人信息和背景信息及障碍物信息使用自适应分割算法进行分离,获取感兴趣区域;将感兴趣区域放置在行人特征明显且稳定的头肩部,进行感兴趣区域的约束;使用降维梯度直方图特征(histogram of gradient,HOG)进行特征提取并生成样本集,训练支持向量机(support vector machines,SVM)分类器,最终实现部分遮挡的行人检测。实验表明,所提算法与其他行人检测算法相比,在行人部分遮挡场景下,有着更高的行人检测准确率,证明所提算法的有效性。

激光并行加工二维码实验研究

针对激光器单光束加工二维码输出能量大部分被浪费且加工效率低的问题,本文采用了一种多光束并行加工的方法来提高加工效率。仿真研究了QR码加工填充率和对比度对识别率和识别时间的影响,得到了一个二维码可识别范围。然后使用飞秒激光器基于空间光调制器的并行加工技术进行试验,对实验结果的对比度和加工填充率展开分析。分析结果表明,在二维码的识读评价标准范围内,加工填充率越大,识别率越低,识别时间越长;同样,对比度越低,识别率越低,识别时间越长。同时,对单束激光加工二维码进行了实验,分析了并行加工与单光束加工的加工时间等参数的对比,得到并行加工要比单激光束加工提高约10倍的效率。

光模块热分布的仿真与实验分析

建立了光模块三维模型,通过有限元仿真分析了器件工作时的温度分布特性。结果表明,屏蔽罩的存在阻挡了芯片换热,影响了芯片的散热效率;利用红外摄像机观测芯片的工作温度,并与仿真结果进行对比,验证了仿真结果的准确性。根据分析结论,提出了改进屏蔽罩结构以提高对流换热效率的优化设计措施。仿真结果表明此方法具有可行性,对光模块产品的结构设计与优化具有实际意义。

灌装机轴承非接触式滚珠直径测量方法研究

针对食品灌装机上轴承滚珠人工测量时间长、精度低的问题,采用模块化方法设计一套非接触式滚珠直径测量装置。装置由滚珠上料机构、直径测量机构和下料机构组成,采用投影测量的方法对滚珠直径进行测量。结果显示,装置每次能够检测10组数据,测量准确率达到97%以上,工作效率为16~18 s/颗,符合实际生产的需求。研究为食品灌装机轴承精度的提升提供参考。

激光并行加工DM码实验研究

DM(data matrix)码信息存储容量大、编码范围广、可靠性高,是信息交流的重要载体。为了实现DM码并行加工方法,分析了DM码间距值与灰度值对识别时间的影响规律,并对不同情况下的DM码进行多次扫描,记录识读时间,确定了DM码识读成功的临界圆点直径为11像素,临界灰度值为220。在此基础上,设计了一种基于空间光调制器的DM码并行加工方法,并在石英玻璃内部进行了激光并行加工DM码实验验证,与传统的单光束激光标刻二维码的方式相比,加工效率得到了提高。

基于最佳观感效果的电子后视镜图像处理方法

传统玻璃后视镜风阻风噪大,无法接入智能驾驶系统,所以电子后视镜取代传统后视镜已成为趋势。但电子后视镜使用鱼眼摄像机,所显示图像畸变大,无法像玻璃后视镜一样在近距离放大驾驶员所关注的视野,远距离缩小物体以此显示更多视野。通过对玻璃视镜放大系数和驾驶员视野角和物距的分析,得出适用于电子后视镜图像放大系数变换的方法,根据此方法对电子后视镜图像进行处理,以此达到显示最佳观感。实验结果证明,变换后的电子后视镜图像各处放大系数与玻璃视镜相差为9.52%,优于市面上仅经过鱼眼矫正的图像显示效果,在司机主观观感上能很好地提供“近距离放大外部环境,远距离更大视野”的功能,提高了驾驶安全性。

多光谱硫化锌光学窗口离子束抛光工艺研究及参数优化

多光谱硫化锌因其在近、中、远红外等多个光谱波段具有较高的光学透率,广泛应用于红外光学制导导引头、光电探测雷达、机载光电吊舱。为了获得超高面形精度的多光谱硫化锌光学元件,并提高离子束抛光效率,采用正交实验方法对硫化锌进行离子束单点刻蚀实验,获取各工艺参数下的去除函数特征量及体积去除率。通过对正交实验数据进行直观法分析和极差法分析,以体积去除率最大为目标进行工艺参数优化,获得的优化工艺参数组合为:离子束流电压1100 V、射频功率110 W、加速电压200 V、氩气流量7 sccm、加工距离30 mm。通过调控工艺参数获得不同的离子束束斑直径对口径为80mm硫化锌进行组合抛光,加工后的硫化锌面形精度PV值由467 nm下降到了71.506 nm、RMS值由112 nm下降到10.758 nm。以上实验结果表明,采用大、小束径离子束组合能够有效提升多光谱硫化锌光学元件的加工效率和面型精度。