基于时间平均成像的结构振动测量

介绍了利用时间平均成像的简谐激励方法测量多自由度结构振动的原理。由于该方法只需用CCD图像传感器分别摄取被测结构某点在静态和在简谐激励下的时间平均成像，即可得出在此频率下结构响应的振幅，因而在结构非接触测量领域中是一种具有较大发展潜力的测量方法。本文通过实验验证了该方法的有效性。     

压缩传感用于极弱光计数成像

为解决灵敏度达到单光子水平的面阵探测器件其单位像素上灵敏度有限和测量数多等问题,研制了具有极高灵敏度的成像系统来实现欠采样的极弱光成像探测。该成像系统基于光子计数成像技术和压缩感知理论,利用数字微镜器件(DMD)完成随机空间光调制,通过单光子点探测器收集光子,以计数形式记录下光强值。然后,利用算法重建出极弱光照明下的图像。文中设计了相关实验,研究了测量数、光强极弱程度和测量时间对成像质量的影响。最后,引入了图像质量评价标准和系统信噪比,分析对比了实验数据。结果表明,当测量数高于信号总维度的19.5%时,系统能完美成像,信噪比可低至2.843 8dB,DMD单位像素上的平均光子数可低于1.106count/s,成像的关键在于信号的波动大于噪声的波动。该成像系统基本满足了极弱光成像探测在光强、灵敏度和采样数等方面的要求。     

变传感器设定值的科氏质量流量管控制方法

在科氏质量流量计中,流量管的稳幅振动是准确测量的前提。当两相流发生时,科氏质量流量管无法维持在最佳幅值下振动,导致传感器输出信号幅值波动大。针对两相流下流量管幅值控制面临的问题,分析影响流量管振动幅值大小和稳定性的因素,提出跟踪传感器信号幅值、变传感器信号设定值的控制方法,在研制的数字式科氏质量流量变送器上实时实现,并在气-液两相流实验装置上进行2种设定值方法的对比实验。实验结果表明,在不同含气量和控制及时性的情况下,变传感器设定值的控制方法均具有良好的信号跟踪和幅值控制的性能,流量管振动较平稳,传感器信号幅值波动范围小,极大地减小了两相流测量过程中的波动性。     

生物组织电导率磁感应测量原理及系统研究

生物组织电导率磁感应测量是一种无接触式的测量技术,主要应用在医学磁感应成像领域.本文同顾了磁感应测量技术的发展历史及现状,指出了其研究意义.介绍了磁感应测量技术的原理,通过仿真绘出了场域内的涡流流向和涡流密度幅值分布图.结果显爪当场域内有异物存在时,涡流的流向会发生改变,且异物存在区域的涡流幅值明显区别于周围区域的涡流幅值.最后给出了仿真实验结果,通过模拟水槽及生物组织实验,证明通过磁感应的方法测量生物组织电导率是可行的,并指出了磁感应测量技术在医学成像领域的发展前景.     

基于双目视觉的接触线几何参数测量方法

将双目视觉原理应用于高速铁路接触线的几何参数测量。采用2个数字相机同时采集接触线的2幅图像,通过对图像进行平滑去噪、二值化和边缘识别,确定接触线在2个相机中的成像位置,进而计算出接触线的高度和拉出值。通过实验验证了该方法在测量速度、测量精度和实现动态测量等方面的优点,对基于双目视觉的接触线检测仪器开发有实用价值。     

基于模糊集与小波技术的MEMS平面运动测量

实现对MEMS的微结构平面运动幅值提取和分析,为提高MEMS器件的性能和可靠性分析提供重要参考。在连续光照明条件下,提出了一种基于模糊集图像增强技术与小波变换边缘检测技术相结合的MEMS运动幅值测量方法。该方法通过模糊集技术对MEMS运动模糊特征带进行图像增强及降噪处理,并结合小波变换技术提取MEMS谐振器的运动幅值。通过扫频实验获得MEMS谐振器的平面运动幅值响应曲线。实验结果表明,该方法的测量重复性误差优于55 nm。     

基于准同步DFT的非整数谐波分析算法

在准同步DFT谐波分析算法的基础上,提出了一种基于非整数波概念的谐波分析算法。该算法的核心思想是:信号频率漂移导致频谱峰值出现的位置与理想位置不一致是短范围泄漏产生的根本原因,而信号频率的漂移可以通过测量相邻点基波相角差来获得,那么应用该漂移值对基波和高次谐波的波次值进行非整数修正就可以准确测量各次谐波的幅值和相角。仿真实验和工程实例证明,该算法能够有效抑制频谱的长范围泄漏和短范围泄漏,提高基波与高次谐波的幅值与相位测量准确度。     

基于FPGA的近场无透镜图像检测系统设计

针对常规图像检测方法难以实现近场小范围检测的问题,设计了一种无需对焦的光强直接成像的检测系统。该系统以FPGA为主控单元,对图像传感器所有像元按行、列并行驱动,用单个像元独立检测光强变化,再用阶梯图像识别方法对采集到的数据进行处理,完成近距离小范围的图像测量。为提高图像识别的准确率,对行、列像元的值先加权,再进行平均和差分运算,把结果超过设定阈值的像元作为图像边界。最后,用所设计的图像测量系统,完成了在测量距离小于5 mm时对0.2 mm的多排连续余弦阵列图像的直接测量,验证了该系统在近场、无镜头条件下,光强直接准确成像的可行性。     

弹光和电光级联的组合相位调制型椭偏测量术

利用弹光调制器的偏振调制优势,提出了将弹光调制器和电光调制器级联的组合相位调制型椭偏测量术。该技术采用单光路实现信号探测,通过切换电光调制器的两个工作状态,并结合数字锁相信号处理技术来完成样品反射光的p分量和s分量的幅值比Ψ和相位差Δ的全范围高精度测量。对提出的新型椭偏测量原理进行了分析,搭建了相应的实验系统。完成了弹光调制器的调制电压峰峰值和相位调制幅值关系的定标,定标结果优于99.05%,然后还采用系统初始偏移值的方法对实验系统进行了校准。最后,运用该系统对石英玻璃反射样品进行了实验分析,得到的Ψ和Δ的测量精度分别优于0.08°和0.81°。实验结果显示系统校准有效地消除了电光调制器和弹光调制器的剩余双折射引入的测量误差;数据采集和处理时间均在ms量级。提出的测量技术具有宽光谱测量、工作稳定、重复度高、测量速率快、成本相对较低和系统便于工业自动化集成的潜在优势。     

旋转机械振动信号频域随机压缩与故障诊断

提出一种旋转机械故障诊断方法,该方法由频域随机压缩和稀疏表示分类两部分组成。频域随机压缩实现了故障特征的提取,首先通过傅里叶变换得到振动信号的幅值序列,然后构造随机测量矩阵对幅值序列进行压缩测量,压缩测量值作为故障特征向量。在稀疏表示分类中,以有故障标签的特征向量构成故障特征库,将待测特征向量的分类问题转化为稀疏优化问题,应用正交匹配追踪求得待测特征在故障特征库上的表示系数,然后利用表示系数求出待测特征的类重构偏差,根据类重构偏差可以得到诊断结果。齿轮和轴承故障诊断实验证实了本文所提方法的有效性。     

车辆载体运动对摄像系统成像的影响分析

车辆栽体的随机振动影响摄像系统的成像质量,后续系统诸如目标跟踪和侦察预警系统的精度和稳定性.通过分析随机振动的特点及其产生的原因,可知随机振动受路面不平度、车辆载体类型和载体运动速度等因素的影响.根据采集的实际动态图像序列,分析摄像系统在不同影响因素下随机振动的特点.实验结果表明,车辆载体运动引起的图像帧间模糊和帧内模...     

用于提琴琴弦三维振动测量的高速摄影系统

分析了琴弦的亥姆霍兹运动,设计了一个基于高速摄影的非接触式光学测量系统,用于测量真实小提琴上琴弦的振动。通过特殊的光路设计和在琴弦上设置标定点,以7 000 frame/s的速度和336×480的图像分辨率拍摄了拉弦和拨弦时琴弦上标定点的三维振动形态。采用圆形霍夫变换图像处理算法、奇异值分解算法和自动批处理,对记录的大量序列图像进行处理,提取了弦振动的位移和轨迹等数据。实验结果表明,该测量系统能够精确跟踪小提琴琴弦的振动状态和包络轨迹,振动位移曲线的图像处理精确度达到0.03 mm。该系统为进一步研究提琴琴弦的振动机理和建立精确的琴弦振动理论模型提供了一种有效的实验方法。     

基于加权平均的机载雷达天线随机振动激励条件分解与应用

针对大型雷达天线的随机振动分析,开展基于加权平均的随机振动激励条件分解方法研究.分别描述了随机振动仿真分析中激励施加方法和随机振动试验中常用的加权平均控制方法,并指出上述两者在大型雷达天线中存在着明显差异问题.将试验中多点加权平均控制思想引入到随机振动分析中,并结合随机振动的传递特性,提出了一种基于加权平均的机载雷达天线随机振动激励条件分解方法.对该方法的具体过程进行了详细描述,并将该方法应用到某大型机载雷达天线中.应用和试验结果表明,相比于按照统一条件激励的常规分析方法,采用基于加权平均的随机振动激励条件分解后的条件对天线进行激励,其分析结果能更好地匹配试验结果,进一步提高大型天线随机振动仿真分析的准确性.     

Evaluations of characteristics of reliability and fatigue strength of components of mechanical constructions under the effect of a multistep random vibrational load

The method and algorithm for evaluating characteristics of reliability and fatigue strength of components of mechanical constructions under the effect of multistep random vibration with a random spectrum are presented. The acting load is specified at the fastening points of the piece or in a dangerous section of the component. The method allows us to evaluate the probability of the fatigue failure of the component, the measure of accumulated damages at each loading step and the overall loading time, and the mean and the average quadratic deviation of the component “lifetime” logarithm. Software for the automated working place, which implements this method and makes it possible to introduce the initial data manually from the file of single loading and multiple loading, is developed.     

光学系统动态像点移动的坐标变换法

以宇宙飞船为载体的航天相机在轨工作过程中,由于受到空间动力学干扰源的作用,飞船、整个光学系统以及光学元件可能会产生振动,并由此引起曝光时间内像点的移动。这些振动必将造成光学系统成像质量的下降。本文探讨了振动过程中像点移动的分析方法--坐标变换法,并利用这种方法计算了航天相机主镜振动时的像点移动。     

水下双目立体视觉对应点匹配与三维重建方法研究

针对水下双目立体视觉成像稠密立体匹配因不满足空气中极线约束问题,提出一种水下对应点匹配与三维测量方法, 可将水下双目相机采集的立体图像校正为符合共面行对齐原则的图像对,再套用空气中成熟的立体匹配方法得到水下左右相 机图像视差图,从而实现水下目标的三维重建。 首先,将进入相机的所有光线总和看成光场,采用四维光场参数表达对每一条 光线建模,据此建立相机的折射成像模型和双目立体视觉模型并计算光线的方向向量;根据光线的光场表达将光线转化为点矢 量的形式,计算方向图像上任意像点对应原图像的像素坐标并确定位置映射关系。 通过插值即可快速得到符合行对齐原则的 左、右方向图像,并最终获得每条光线对应的视差图。 仿真结果表明,方向图像的行对齐误差小于 0. 8 pixel。 水池实验采用事 先标定的靶球作为目标物,利用随机散点主动投射以增加目标物表面的纹理信息,对靶球多次测量的均方根误差为 2. 8 mm,具 有较高的测量精度。     

基于气象预测数据优化卫星成像参数

卫星传感器成像参数包括增益、积分级数、行积分时间等,需要在传感器成像前通过地面站指令上注,合理的成像参数设置是获取高质量遥感影像数据的重要前提。本文提出了一种基于气象预测数据的卫星传感器成像参数优化与计算方法,首先,根据成像链路模型,结合气象预测数据中能够较好反映地表状态变化的地表反照率数据,解算目标地物成像时刻天顶辐亮度;然后,利用传感器绝对辐射定标系数解算不同成像参数下对应的图像灰度;最后,根据图像灰度适宜的策略选取合理的成像参数。通过吉林一号视频04星推扫成像模式验证本文提出的算法对全色和多光谱谱段图像信息熵分别提升4.37%~23.71%,采用本文提出的优化成像参数可以有效改善卫星遥感影像的有效动态范围,满足高质量遥感影像数据获取需求。     

Dynamics in the Bridged State of a Magnetic Recording Slider

A novel region of tribological interaction is explored by inducing near contact between the magnetic recording slider and disk. In this study, we performed frictional measurements over a wide range of subambient air pressure and disk rotation rate. Since the slider is supported over the disk by an air bearing, it has been found that cycling from ambient to subambient and then back up to ambient pressure over several minutes of time forms a frictional hysteresis loop. The high-friction branch of the loop, referred to as the bridged state, is characterized by an average frictional displacement and resonant vibration of the suspension mount assembly. The bridged state is currently employed for accelerated wear testing of magnetic slider/disk/lubricant systems. Future magnetic recording systems designed to operate at increasingly lower physical spacing will need to take into account these frictional forces which accompany the incipient contact between the lubricated disk and slider with finite surface roughness. A single degree of freedom model is solved to determine the equivalent dynamic friction force on the slider as an impulse series with random impulse frequency and amplitude from the measured frictional displacement in the bridged state. The mean slider-disk spacing in the bridged state is derived from the experimental friction force, the spacing probability density function, and the adhesion stress from the Lifshitz model for dispersion interaction energy.     

振动夹具的综合优化设计

夹具设计要求质量轻、刚度大。为了在这两者间取得平衡,文中综合使用拓扑优化和尺寸优化两种方法对夹具进行优化设计以实现设计目标。基于拓扑优化结果设计了夹具的拓扑优化模型。虽然相对于初始模型,该模型的第1阶固有频率降低了36.5%,但其质量降低了66.7%,表明拓扑优化效费比显著。以设计参数的合理设计范围作为约束条件,把使第1阶固有频率最大和夹具质量最轻作为优化目标来实施尺寸优化,得到夹具的详细设计模型。与拓扑优化模型相比,该模型的质量降低了3%,第1阶固有频率提升了6%。之后对振动夹具实施了随机振动试验。受试设备安装点的功率谱密度响应曲线的均方根值最大为输入谱均方根值的1.17倍,说明夹具具有良好的动力学传递特性,夹具的综合优化设计方法有效可行。     

粒子滤波算法在ECT图像重建中的应用

针对电容层析成像技术(ECT)的图像重建质量精度较低的问题,提出了一种基于粒子滤波的ECT图像重建方法。首先,分析了ECT图像重建基本原理,以系统状态估计的方式描述了ECT图像重建最优解的搜索过程,并建立了状态空间模型。然后,以线性反投影(LBP)算法的图像重建结果作为初始状态,利用测量信息对从状态空间中获取的随机样本进行最优加权,以获得重建图像的最小方差估计。最后,对5种不同的流型进行了仿真实验。实验结果表明,利用本文方法获得的重建图像误差平均值为42.93%,相关系数平均值为0.813 9,比LBP算法、Landweber迭代算法和IMN-SNOF算法得到的相应指标要好。本文方法是一种有效、精度较高的ECT图像重建方法,为ECT图像重建技术提供了新的途径和手段。