基于YOLOv5s的晶粒检测算法

为解决传统晶粒定位容易受到光线、噪声等因素影响,耗费大量资源等问题,构建晶粒检测算法YOLOv5s-wafer。首先建立晶粒检测数据集,使用轻量级网络GhostNetv2作为主干特征提取网络,降低模型参数量;其次在特征融合网络中引入CA(coordinate attention,CA)注意力机制,加强特征提取能力;最后采用EIOU作为定位损失函数,提高晶粒检测精度。实验结果表明:算法的平均精度均值为99.3%,参数量为4.637×10^(6),检测性能和算法轻量化达到了理想平衡。

基于均值偏差耦合的多电机同步预测控制

针对在时延及干扰环境下,多电机转速同步控制精度低的问题,提出了一种基于均值偏差耦合结构的多电机同步预测控制方法。首先,在偏差耦合结构的基础上引入速度误差及其均值,设计了均值偏差耦合同步控制结构,提高了多电机同步控制系统的控制精度;其次,将均值偏差耦合结构与广义预测控制算法相结合,设计均值偏差耦合多电机同步预测控制器,实现时延环境下多电机的转速同步控制;最后,仿真结果表明:该同步控制策略在时延及干扰环境下显著提高了多电机系统的转速同步控制精度,且具有转速同步误差收敛速度快、鲁棒性强等优点。

测角误差的自适应分段多项式补偿方法研究

针对圆光栅制造工艺和安装误差引起的圆光栅测角误差标定问题,提出了一种基于最小二乘法的自适应分段多项式拟合方法。通过设计区间自适应增长策略,在限制各拟合点最大拟合误差的条件下,将整个拟合区间分段,针对不同拟合区间采取不同阶数多项式进行拟合。通过实验采集了某转台圆光栅的测角误差,用提出的拟合方法进行了实验验证。结果表明该拟合方法具有更高的拟合精度,拟合过程简单,易于软硬件实现。

基于电机控制的三维四轴表面电荷在线测量系统设计

为实现盆式绝缘子表面电荷在线测量并提高测量结果的准确性,文中设计了一套基于步进电机控制带动静电探头的三维四轴表面电荷在线测量系统,该系统测量速度快,可减小测量过程中探头对绝缘子表面电荷密度分布的影响。通过COMSOL仿真软件建立绝缘子气-固界面电荷积聚模型,并将仿真结果与试验测量结果对比,结果表明两者最大误差为15%,测量准确度高,可实现盆式绝缘子表面电荷的在线测量。

应用于MTS的多点测温系统设计

针对调制转移光谱稳频(MTS)系统中,温度波动会影响激光频率稳定性的问题,设计出多点测温系统。该系统以FPGA为核心,通过基准电压源激励电桥电路,将三线制PT1000温度变化转换为电压变化,利用同步采样ADC对转换电压进行采集,最后在LabVIEW中将采集电压转换为温度实时显示和存储。信号调理电路中的抗射频干扰滤波和FPGA中的均值滤波,可降低噪声干扰,提高测温精度。实验结果表明:该系统具备线性度好、精度高、重复性好的优点,可对10~80℃的温度进行监测和存储,采用分段线性拟合后,其测温误差不超过0.02℃,可以满足实验需求。

基于ICEEMDAN-ACF的自适应MEMS陀螺信号去噪方法

针对基于EMD的MEMS陀螺信号去噪方法中存在模态混叠、Hurst指数筛选法和相关系数筛选法无法准确筛选含噪本征模态函数(IMF)的问题,提出一种基于改进自适应噪声完备集合经验模态分解-自相关函数(ICEEMDAN-ACF)的自适应MEMS陀螺信号去噪方法。首先使用ACF自适应阈值判断信号信噪比,对于包含低能量高频成分的低信噪比信号使用小波软阈值预降噪,之后使用ICEEMDAN算法将陀螺信号分解为多个IMF和一个余项,使用ACF自适应阈值筛选噪声主导IMF,剔除噪声主导IMF后重构陀螺信号。实验表明:文中改进算法在低、中、高信噪比条件下的去噪效果均优于小波软阈值法、EMD-Hurst指数法、EMD-相关系数法和EMD-ACF法。

基于混沌粒子群算法的机器人动力学参数辨识

文中提出了一种改进的混沌粒子群算法以优化机器人的激励轨迹,提高动力学参数辨识精度。首先,构建简化的SCARA机器人的动力学模型,选用改进的傅里叶级数作为激励轨迹并建立其优化目标和约束条件的数学模型;其次,在粒子群算法中引入动态控制参数策略和混沌搜索增强机制以优化调整算法参数和早熟粒子;最后,评估改进算法的寻优效果并利用其优化机器人的激励轨迹,进行基于神经网络的动力学参数辨识。仿真结果表明,所求的激励轨迹曲线平滑,机器人动力学参数辨识精度较高。

基于声学可视化的GIS击穿定位系统研制及应用

针对传统GIS耐压击穿定位方法精度不高、测点布置工作繁杂等问题,开展了基于声学可视化技术的GIS击穿定位方法研究。通过对声学可视化击穿定位原理的深入分析,确定了声学可视化击穿定位系统的总体设计方案,研制了高度一体式的声学可视化定位装置,并基于定位分析流程开发了流程化的定位监控软件,整个定位系统通过无线方式组网,并采用非接触式布置方案,极大提高了现场测试效率。通过试验现场应用,验证了该定位系统能够有效实现GIS耐压击穿定位,可视化的定位结果具有较高的定位精度。

基于声速追踪的超声波液体流量计量方法

针对环境因素、介质更换等造成液体介质声速变化引起的流量计量偏差,提出一种基于声速自适应的超声液体流量计算方法。在阈值法和求和互相关等方法的基础上,获取声波传播时间信息对流量进行修正。并通过实验,验证了该方法能够有效抑制声速变化对基于超声波方法计量液体流量的影响,提高了液体超声流量传感器流量计量的稳定性和可靠性。

离子液体柔性应变传感器3D打印工艺及性能研究

可拉伸柔性应变传感器是柔性电子系统的关键组成部分。离子液体具有优异的电学性能、低挥发性、高稳定性等特性,在化学和电子研究领域应用广泛。但是离子液体流动性强,而且不可拉伸,无法直接应用于柔性电子系统。为此,基于硅胶包覆离子液体的同轴3D打印技术,提出一种可拉伸柔性应变传感器制造方法,实现了离子液体和其可拉伸封装材料的一体式加工。设计了可拉伸变形的离子液体原位封装结构,开发了用于同轴打印的挤出系统,优化了同轴包覆的3D打印工艺,并在此基础上对所制柔性传感器进行了各项传感性能测试。发展了一种多材料多功能结构的同轴3D打印技术,探索了离子液体在柔性电路中的实际应用,为柔性电子系统的设计与加工提供了新的思路。

基于IEEE1588协议的高精度时钟同步系统设计与实现

纯软件方式实现的IEEE1588协议时间戳标记位置处于数据链路层,受网络传输延迟不确定性的影响,时钟同步精度大多局限在μs级别。为了进一步提高多测点信号采集的同步性,应用于分布式振动信号同步采集,提高时钟同步精度。设计了硬件与软件结合的IEEE15888精密时间协议的高精度时钟同步系统。系统采用卫星时钟作为授时时钟源,STM32F407作为主控芯片,利用STM32F407中集成的MAC内核实现开源代码PTPd中IEEE1588最佳主时钟、本地时钟调节等算法的运行;采用支持硬件时间戳的DP83640物理层芯片实现RMII接口物理层标记时间戳,进一步降低了信号在网络传输过程中发生的随机性延迟,提高了时间同步的精度。经过同步信号输出测试,该系统时钟同步误差优于±200 ns,达到设计要求,应用性能良好。

基于粒子群优化案例推理的RH终点温度预测

针对RH流程终点钢温预报问题,提出了一种基于多元线性回归和粒子群优化算法改良的案例推理方法。首先,对待一般案例推理方法中缺乏影响因素的问题,利用多元线性回归的方法进行属性约简;其次,面对案例检索中相似度计算缺乏权重计算方法的问题,采用粒子群优化算法对权值进行优化;最后,基于简化的影响因素和优化权重,采用改进的灰色关联相似性的案例检索来预测RH终点的钢水温度。利用某钢铁厂RH工艺的实际生产数据,分别对多元线性回归、BP神经网络、一般案例推理方法和粒子群优化案例推理方法进行测试,从结果可以看出,文中所使用的基于粒子群优化过的案例推理方法的预报精度,相较于多元线性回归,BP神经网络以及一般案例推理更加准确。

矿用刮板机自供电链张力检测系统的研究

矿用刮板机的刮板及刮板链是其重要部件,一般在刮板上配置传感器系统检测链条张力状态,进一步可以预报刮板机断链、卡链等故障,分析刮板机调直质量并进行链条寿命预测。而传感器检测系统的续航问题是其不能长期连续工作的重要原因。为了解决此问题,文中提出了自供电链张力检测系统,系统由单片机、数据采集装置、无线数据发送装置、自供电装置组成。系统的自供电装置以永磁直线发电机为基础,刮板的运动为其传感器系统提供可持续能量。文中依据刮板机的实际工况设计了系统方案,根据刮板结构设计了直线电机,并对其进行了仿真试验分析。最终,实验表明刮板机链张力检测系统的平均功耗为60 mW左右,而永磁直线发电机的平均功率为546 mW。自供电链张力检测系统的能量完全可以依靠内部供给,并且可以进一步增加其他功能。

基于负刚度磁弹簧的超低频振动速度传感器的设计与性能分析

低频振动速度信号的测量在振动控制、地质勘探、土木工程等领域有着广泛的应用,而实现振动速度传感器的低频扩展对实现低频超低频振动速度信号的测量至关重要。为了实现振动速度传感器测量下限频率的扩展,提出了一种基于负刚度磁弹簧的超低频速度传感器。利用等效磁荷法建立负刚度磁弹簧的磁力与刚度模型;分析了负刚度磁弹簧的几何参数对其负刚度特性的影响规律,通过调节磁负刚度弹簧的几何参数以实现传感器低频扩展对负刚度特性线性度和幅值的要求;并进一步分析了振动速度传感器频响特性。结果表明文中提出速度传感器以及结构参数设计方法能有效地实现速度传感器的低频扩展,并实现低频振动速度信号的测量。

基于AD620的微弱信号放大器设计

为了解决微弱信号放大电路中零点漂移、放大失真等缺陷,设计了一种基于AD620的高精度微弱信号放大器。该放大器是以仪表放大器AD620为核心,辅以电压跟随器和二阶低通滤波电路,来滤除电路中的噪声信号提高放大精度,利用零点漂移电路来调整电路输出零点,保证传感器未动作时,电路输出的放大电压为零。实际测试结果表明,该电压放大器精度高,误差小于0.1%,可用于放大各型号传感器输出的微弱信号以及作为传感器的变送器使用。

基于MLX90640的高分辨率温度监测系统设计

针对传统红外传感器分辨率低、监测范围有限等问题,设计了基于MLX90640红外传感器的高分辨率温度监测系统。系统以STM32F401RCT6作为核心控制器,以MLX90640作为温度传感器,控制器与MLX90640通过I^2C总线进行数据通信,并通过UART接口将温度数据传输给上位机软件,软件可实时显示被测目标温度红外热图像。实验表明,该非接触式温度监测系统操作简单、稳定性高,形成的红外热图像分辨率高、质量好、范围广,且硬件体积小,便于实际安装使用。

钻完井试油液面监测系统设计

钻完井试油液面实时动态监测至关重要,准确可靠监测数据是试油分析的基础,传统试油液面监测方法与系统难以满足要求。为满足目前对于钻完井试油液面监测的要求,设计了一套钻完井试油液面监测系统,包括井口仪表和试油液面监控器,采用压缩伴生气产生次声波,利用套管接箍回波和油管内液面回波计算井筒实时动态液面和油井压力恢复曲线。该系统在现场应用操作简单,液面监测数据准确可靠,证明了该系统在油田勘探开发具有一定的应用价值。

基于二维激光位移传感器的通过式轮对测量系统设计

针对轨道交通列车轮对几何尺寸日常测量与检测需求的不断增加,设计一种基于二维激光位移传感器的通过式轮对测量系统。该系统通过安装在轨道内外两侧的多台二维激光位移传感器,基于轮对轮廓特征实现对车轮踏面廓形点云数据的坐标变换与数据融合,得到完整的轮对踏面廓形;针对廓形中出现的噪点,采用基于中值误差与连续度的平滑算法,结合聚类算法实现对点云数据的去噪处理;最后根据几何关系实现轮对尺寸参数的计算。试验证明,该系统在保持较高测量精度的情况下,同时具有较高重复精度、稳定可靠等特点。

基于视觉的大尺寸板材冲孔质量检测系统设计

针对自动化产线中板材冲孔质量多为人工抽检问题,设计了一套基于视觉的大尺寸板材冲孔质量自动检测系统。该系统利用二维视觉检测平台对板材进行图像采集,通过中值滤波、二值化分割和Canny边缘检测算子等算法对图像进行处理;利用坐标变换模型计算不同图像中孔的相对位置关系,进而确定所有孔相对于板材坐标原点的位置。最后通过实验,将视觉检测结果与人工测量数据进行对比,验证了该系统的可行性及准确性。

基于PDV技术的惯性滑块式振动位移传感器设计

为了研究在爆炸冲击作用下,防护结构体防护作用的效果,需要测量其内部位移。基于光子多普勒测速(PDV)技术,设计了一种惯性滑块式水平位移传感器,PDV系统采用了长景深的测量探头,保证了较大的位移测量范围,传感器结构采用了一种极低摩擦系数的滑动套衬与光轴滑块,减小了位移测量误差。冲击实验的测量结果证明,该传感器测量范围达±2 cm,实现了较长时间的振动测量。