面向现场检测的红外无线传输系统及其性能研究

针对危险化学品系列检测设备的现场检测安全性、数据传输和远程控制需求,建立了基于红外通信的低成本和低复杂度的无线传输系统.在简述其组成结构的基础上,设计了用于现场检测的无线传输节点的硬件和软件,并根据危险化学品现场检测数据传输和控制特点,实验并分析了波特率、红外载波占空比、发射管峰值电流对传输性能的影响关系.结果表明,红外无线传输参数中的波特率为2 kbit/s、占空比为45％、发射管峰值电流为140 mA时,现场检测传输控制效果最好.     

齿轮视觉检测中的尺度与方向相关性联合降噪

建立了小模数齿轮视觉检测系统用于小模数齿轮的工业测量。针对该系统在标定过程对图像降噪的需求,提出了基于Curvelet变换的域尺度与方向相关性联合降噪算法。首先,介绍了Curvelet变换的原理和过程;根据齿轮自身的对称性特点提出了利用尺度和方向间相关性的联合降噪算法,并计算了对应的参数。然后,比较了不同噪声情况下该算法的处理效果。最后,同3种常见的降噪算法（高斯滤波,小波降噪,普通的Curvelet阈值降噪）进行了比较。结果显示：经相关性联合降噪算法处理后的峰值信噪比（PSNR）优于高斯滤波6 db以上;优于小波变换降噪3 db以上;优于阈值降噪8 db以上。处理结果表明：提出的算法可较好地保持齿轮边缘效果,可满足小模数齿轮视觉检测系统后期摄像机自标定图像质量的需求。     

基于动态阿贝原则的高精度激光深孔孔径测量

基于动态阿贝原则提出了激光深孔孔径测量原理,设计了一种利用双频激光干涉技术的深孔孔径超精密测量系统。该系统将双频激光干涉测长技术与超精密双向电容位移传感器瞄准方法有机结合在一起,通过电容位移传感瞄准、测长光路和深度位置监测光路的合理设计,保证了在深孔任意截面对孔径的测量都符合阿贝原则。分别用Ф5～Ф16mm6种环规对系统进行验证。实验表明,该系统可实现深孔任意截面孔径的高精度测量,测量分辨力达10nm,不确定度达0.1μm。     

多级热电制冷器升降温速率控制策略

针对传统PID对非线性、时变性的多级热电制冷器升降温速率控制系统难以实现高精度控制的问题,提出将单神经元PID用于多级热电制冷器升降温速率控制的策略。根据级间制冷量与发热量平衡方程,建立以电流为输入参数的三级热电制冷器动态模型。通过系统辨识工具得到系统传递函数。在此基础上,对传统PID、模糊非线性、神经网络、单神经元PID控制算法进行对比分析,选取单神经元PID作为升降温速率的控制策略。针对单神经元易陷入局部极小值的缺陷,采用遗传算法结合模型仿真的思路,改进加权系数的初始取值,有效提高了升降温速率的控制精度。Simulink仿真结果表明:通过遗传算法寻优的单神经元PID控制多级热电制冷器的升降温速率,在不同热端温度下的误差均小于0.08℃/min,调整时间小于12 s。该控制方式比传统PID的控制精度更高、调整时间更短,在多级热电制冷器的高精度温度控制中具有广阔的应用前景。     

基于SWBC变换尺度相关性的红外图像阈值降噪

针对传统图像降噪算法无法较好处理红外图像中的噪声问题,提出了一种基于SWBC(Stationary Wavelet-based Contourlet)变换尺度相关性的红外图像阈值降噪算法。本文分析红外图像信号和噪声在SWBC变换域各尺度上的能量分布特性,改进一般降噪算法对所有子带均进行处理的做法,只对高频子带系数进行降噪处理。同时为增加SWBC系数阈值判断的准确性,本文算法对每个系数设置不同的阈值,结合尺度相关特性,对系数进行双重判断。使用不同的含噪红外图像对本文算法进行检验。实验结果表明,相比于WBC尺度间硬阈值降噪、WBC尺度间自适应阈值降噪和WBC尺度相关性降噪,本文算法能获得更高的SNR提升,且SSIM值也更接近于1。     

生物安全柜流速检测装置误差引入仿真分析及实验验证

生物安全柜的流速检定是其使用的前提,内置的检测装置对柜内流场的扰动会造成气流流速值的测量误差。为确定流速检测装置对安全柜内部流场的影响程度,以设计合理尺寸的流速装置并最大限度减少测量误差,对生物安全柜下降气流流速检测误差引入机理进行了数值模拟研究。选用SolidWorks构建流速检测三维模型,通过Standard k-ε湍流模型对内流场进行数值模拟,比较不同尺寸检测装置下的流速值,并与实测数据进行比对,提出一种引入误差较小的设计方案。实验结果显示,各测量点的引入误差不超过9.76%。     

功率振荡式反应釜传热因子和系统热容测量

针对夹套式反应釜传热因子UA和系统热容cpm测量效率低的问题,提出一种功率振荡式校正方法。测量过程中夹套油温固定,控制校正加热器输出振荡功率使样品温度产生反向对称的两周期升降,利用过程中多次等效测量平均值获取传热因子和系统热容。以去离子水和二丙二醇为样品设计实验,验证该方法在不同温度、液位条件下的有效性,并与2种方法的测量结果进行对比。结果表明,功率振荡校正方法的测量精度与现有方法基本相当,但具有更高的测量效率。     

基于匀速扫描黑体的热像仪非均匀性校正

热像仪非均匀性校正是热像仪应用的一个关键技术,常用的方法为基于黑体的热像仪非均匀性校正方法。多次成像法能解决基于黑体的方法受辐射源非均匀影响的问题,但该方法利用多幅热图的相对关系进行校正,在热图坐标下准确定位较为困难。本文基于多次成像法原理,提出了一种基于匀速扫描黑体的非均匀性校正方法,该方法结合了标定类和配准类基于场景的校正方法的优点,通过热像仪扫描读取黑体参考源,利用热像仪不同探测单元对黑体同一场景点响应的差异进行非均匀性评价。相比多次成像法,本文的方法更容易实现且具有更好的抗噪声能力。利用本文的方法对两个热像仪进行非均匀性校正,结果表明确实可以分离黑体非均匀性,但提高了对黑体辐射源和热像仪时间稳定性的要求。     

石墨膜热导率测试中热像仪测温不确定度传递

导热石墨膜是多层薄膜复合材料,等效面向导热系数是表征其性能的关键参数。基于热流环路积分的无损测试方法依赖于热像仪测温,但目前对热像仪测温引起的不确定度传递缺乏深入研究。通过测温模型分析,提出热像仪增益系数标定和偏置系数非均匀性是主要不确定度来源,且二者均受时变特性影响。基于两个恒温辐射源对热像仪时变特性实验分析,认为增益系数均匀且稳定,而偏置系数时变且非均匀,为不确定度的主要来源。因此提出使用外部合作黑体在20 s内进行实时偏置系数校正的措施,校正后偏置系数非均匀性引入的影响降低至0.37 %,增益系数标定结果相对标准差为0.99 %。测温影响传递到导热系数测试的不确定度为1.03 %。本文工作对其他定量热成像应用不确定度分析具借鉴意义。     

ADC参数对光栅莫尔信号细分影响研究

莫尔信号细分是光栅传感器应用的必要环节,幅值分割法是实现莫尔信号细分的重要手段.为减小信号质量对细分结果造成的影响,误差补偿成为细分实现过程中必不可少的单元.本文针对数字式幅值细分方法开展研究,针对ADC参数对光栅莫尔信号误差补偿和细分效果的影响进行分析,建立ADC参数与莫尔信号直流补偿、幅值补偿和细分倍数之间的量化模型,设计并开展了直流和幅值补偿效果实验.研究结果表明:不同位宽的ADC对莫尔信号误差补偿和细分效果的影响不同,在本文模型的基础上,ADC位宽应提高1 bit～2 bit.研究成果对于莫尔信号数字式幅值分割细分系统的工程实现具有一定的指导意义和参考价值.