计量与测试

  • 一种高精度的超声波气体计量方法

    朱炼;彭大江;常关羽;

    目的:提升超声波气体计量任务中飞行时差的计量精度。方法:使用抛物线插值法对飞行时差进行粗略计算,并基于谱加权对整数估计进行调整,基于拉格朗日时延滤波器对分数部分进行调整。结果:在仿真实验中设计时延50 ns,利用本文算法计算的时延为50.17 ns,且在不同的信噪比条件下波动都小于现有方法。在流量测试实验中,流量曲线和理论曲线一致,无整周期错波问题。在高低温实验中,飞行时差波动在1 ns的范围内。结论:本文方法有效避免了整周期错波的错误,将理论插值误差降低为高阶余项,且对高-低温环境有适应能力。

    2023年04期 v.34;No.112 495-500+562页 [查看摘要][在线阅读][下载 3209K]
  • 基于深度学习的变压器用油面温控器自动校准系统

    黄嘉旻;孙斌;孙超平;梅怡嘉;赵玉晓;

    目的:针对变压器用油面温控器校准时间长,示值与开关动作参数要分开校准,人工读数准确性不高等问题,开发了基于深度学习的变压器用油面温控器全自动校准系统。方法:通过程序控制恒温槽产生校准需要的温度场以及固定升降温速率曲线。利用标准表结合二等铂电阻采集标准温度。利用多路转换开关实时采集油面温控器开关信号,实现自动记录开关动作状态。采用基于深度学习的指针式仪表自动识别读数方法,实现对于油面温控器仪表表盘的自动读数识别。该系统可根据相关检定规程,对油面温控器测温头的示值误差、两表偏差以及温度开关的接点动作误差同时进行校准。结果:实验测试其指针表盘识别准确率为94.6%,达到人工读数的水平。结论:该系统具有较高的准确性以及可靠性,可以提高油面温控器的校准效率。

    2023年04期 v.34;No.112 501-510页 [查看摘要][在线阅读][下载 4078K]
  • 基于MobileNeXt与多尺度区域分割的激光对位检测

    丁若男;倪军;陈家伟;樊其明;龚华平;

    目的:提高激光测距设备制造过程中装配工艺精度。方法:提出一种基于MobileNeXt和多尺度区域分割的激光对位检测算法用于优化激光测距设备的生产过程。在对位检测阶段,使用MobileNeXt作为主干网络达到低成本计算图像特征的目的。为提升模型捕获有效特征的能力,在主干网络中插入深度可分离坐标注意力模块。通过知识进化训练网络得到轻量高精度的分类模型。在验证阶段,设计一种多尺度区域分割的激光中心对位验证算法。首先通过线性变换和双边滤波处理原始图像,然后以多个尺度分割图像区域,在不同区域进行特征提取。最后根据激光对位特征设计阈值判断对位结果的正确性。结果:算法中心对位检测准确度达到99.97%,对位误差为37.96μm。结论:所提算法满足实际激光对位检测任务要求。

    2023年04期 v.34;No.112 511-518页 [查看摘要][在线阅读][下载 5278K]
  • 基于WOA的SVM在近红外甲烷测量系统中的应用

    李炜楠;徐鹏飞;叶有祥;陈红岩;

    目的:为了提高支持向量机(SVM)回归在近红外甲烷测量系统中的预测精度,提出了基于鲸鱼优化算法(whale optimisation algorithm, WOA)优化SVM的参数C和g,并与传统回归模型进行比较。方法:利用鲸鱼优化算法自适应搜索全局最优解,经过循环迭代,快速搜索到最优惩罚系数C与g参数。基于实验室搭建的近红外甲烷测量系统,对0~1%摩尔分数范围的甲烷标准气体进行测量。将网格搜索法(GridSerach)、粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)、灰狼优化算法(grey wolf optimizer, GWO)、WOA分别与SVM相结合,建立了GridSerach-SVM、PSO-SVM、GWO-SVM、WOA-SVM 4种回归模型,应用于实验数据处理,并进行对比。结果:4种模型中,WOA-SVM回归模型预测的精度最高,均方根误差最小,平均相对误差缩小了2倍以上,平均绝对误差缩小了10倍以上。结论:基于WOA的SVM模型在近红外甲烷检测系统中具有较高的预测精度。

    2023年04期 v.34;No.112 519-526页 [查看摘要][在线阅读][下载 2792K]
  • 太赫兹二维阵列成像的像素当量标定法

    何正龙;方波;方灿;

    目的:为验证太赫兹二维阵列成像实现尺寸测量的可行性,对太赫兹二维成像系统进行标定。方法:设计一种适合太赫兹相机标定的透射成像模型,通过圆孔标定板,实现内外参数计算并对图像进行畸变校正,基于校正后的图像完成像素当量标定。结果:相机标定中特征像点经标定后成像坐标与实际对应像点坐标偏差的均方根为0.195 8 pixel,像素当量标定重复性数据方差为0.000 185。均方根值小于0.20 pixel,验证了透射成像模型的可行性;像素当量重复性数据方差接近于0。结论:标定方法稳定可靠,进而验证了太赫兹二维阵列成像实现尺寸测量的可行性。

    2023年04期 v.34;No.112 527-532页 [查看摘要][在线阅读][下载 1102K]
  • 基于血清SERS光谱与特征波长提取的肺癌识别方法

    王子林;金尚忠;窦婷婷;

    目的:提高肺癌患者和健康人血清表面增强拉曼光谱(SERS)分类模型的稳定性和分类精度。方法:利用递归特征选择、连续投影算法、竞争性自适应重加权算法与主成分分析对血清SERS光谱进行特征波长提取,并结合深度神经网络、偏最小二乘判别分析以及支持向量机算法建立分类模型。结果:递归特征选择以及竞争性自适应重加权算法提高分类模型的稳定性的效果较为明显,对于竞争性自适应重加权算法,深度神经网络分类模型的训练集交叉验证准确率为94.55%,测试集准确率为93.75%,敏感性为87.5%,特异性为100%,优于其余两种模型。结论:通过特征波长提取方法建立分类模型实现了对肺癌患者与健康人血清SERS光谱的有效识别。

    2023年04期 v.34;No.112 533-540页 [查看摘要][在线阅读][下载 1338K]
  • 点光源非定域干涉同心圆环半径提取算法研究

    欧阳烨锋;李玉彬;朱玲;方振远;薛财文;张宝武;

    目的:解决点光源非定域干涉圆环图像中圆环半径精确提取问题。方法:提出了一种基于霍夫变换的形态学中心快速定位算法。首先读入图像进行预处理,然后对干涉同心圆环进行霍夫变换提取圆心,最后使用形态学中心快速定位算法获得各圆环的半径值,并分别通过仿真图片和实验图片的处理验证了该算法的可行性和准确性。结果:算法提取存在-8.58μm的系统误差。补偿该误差后,对仿真圆环的识别误差在1μm以下。对于实验图片,同时使用了游标卡尺对图像样本进行测量,且与算法得到的各环参数进行比对,其数据差值均在1μm以下。结论:算法能够满足光学干涉测量所需的精度。

    2023年04期 v.34;No.112 541-548页 [查看摘要][在线阅读][下载 8580K]
  • 槽道式流量计节流件结构优化的数值模拟研究

    王鹏;梁晓瑜;禹静;吴丹;张学腾;

    目的:优化槽道式流量计结构,提高槽道式流量计的测量性能。方法:以流出系数、流出系数线性度以及相对压损作为节流件结构优化的考察指标,通过数值模拟的方法研究节流件前后圆弧曲率、等直径段长度以及等效直径比对三个考察指标的影响。结果:根据仿真结果与分析,确定槽道式流量计节流件结构优化后的参数为:q_1=0.7、q_2=0.1、L=d、β=0.80。结论:研究槽道式流量计节流件结构优化,对提高流量计的测量性能以及测量精度具有重要意义,同时为流量计的实际生产提供了参考。

    2023年04期 v.34;No.112 549-555+598页 [查看摘要][在线阅读][下载 4524K]

机电工程

  • 基于动态窗口法与人工势场法融合的差速机器人路径规划算法

    周睿;周坤;刘大亮;王斌锐;

    目的:原始动态窗口法在路径规划时容易出现路径震荡现象,为此本文设计了一种与人工势场法融合的改进动态窗口法,以减少路径震荡。方法:将原始动态窗口法中的线性障碍物距离评价函数,改进为人工势场法中非线性障碍物势场函数。通过MATLAB仿真和硬件实验与原始算法进行对比,验证算法的可行性。结果:本文改进的动态窗口法与原始算法相比,减少了机器人运行时的震荡,路径更加平滑。改进算法在仿真中场景中路径长度减少2.5%,运行时间减少40.9%;硬件实验中,路径长度减少8.8%,运行时间减少13.9%。结论:改进的动态窗口法生成的路径具有更好的平滑性,同时路径长度和运行时间较短。

    2023年04期 v.34;No.112 556-562页 [查看摘要][在线阅读][下载 1565K]
  • 具有输入未建模动态和量化输入的纯反馈非线性系统自适应控制

    施孟松;毛骏;胡汇源;

    目的:本文研究一类具有输入未建模动态和量化输入的纯反馈非线性系统跟踪控制问题。方法:在控制器设计中,引入M-滤波器来处理输入未建模动态,使用滞后量化器来处理量化输入,利用径向基函数神经网络(radial basis function neural networks, RBFNN)逼近未知非线性动态,选取障碍李雅普诺夫函数(barrier lyapunov function, BLF)处理输出约束,并使用Backstepping方法导出自适应控制律。结果:稳定性分析证明所得到的闭环系统全部信号均满足半全局一致终结有界(semi-globally uniformly utimately bounded, SGUUB),并且跟踪误差可以收敛到原点的一个小邻域,同时这种跟踪误差也满足输出约束。在仿真中,对于一个二阶非线性系统,可以看到当t≈0.17 s时,跟踪误差到达原点的小邻域。结论:本文提出的控制方案证明了所得到的闭环系统的所有信号都满足SGUUB。

    2023年04期 v.34;No.112 563-572页 [查看摘要][在线阅读][下载 1439K]
  • 子叶期穴盘移苗装置轨迹执行机构设计与运动学分析

    张园;梁喜凤;秦叶波;张慧;王永维;

    目的:为了实现不同密度穴盘的批量移苗作业,设计一种多点取苗多点投放的穴盘幼苗移苗装置。方法:采用Solidworks软件建立移苗装置的三维模型,通过D-H坐标系建立移苗装置运动学模型,得到运动学方程,并在Adams软件中对移苗装置进行运动学仿真,得到位移、速度和加速度曲线。结果:该装置完成一次移苗作业时长为8 s,相邻两末端执行器X方向位移差为32.3 mm,Y方向位移等于取苗盘与放苗盘穴孔中心距在Y方向投影,为525 mm,Z方向位移比放苗盘高30 mm,速度最大值为515 mm/s,加速度最大值为840 mm/s~2。结论:本文设计的移苗装置对推动工厂化育苗的发展有重要意义。

    2023年04期 v.34;No.112 573-579页 [查看摘要][在线阅读][下载 4293K]
  • CMC非牛顿液滴撞击壁面铺展最大距离模型的研究

    王鋆;钱丽娟;赵卓超;

    目的:由于非牛顿液滴在撞壁过程中粘度变化复杂,因此前人较少对非牛顿溶液撞壁进行研究。同时已有牛顿模型中关于粘性耗散项的定义较为简单,对最大扩散时间模型的研究也尚未达成共识。方法:利用高速摄像技术研究了3种不同质量浓度的羧甲基纤维素(CMC)非牛顿流体液滴撞击壁面的过程,使用Cross模型来表征CMC溶液的粘度,同时将流体粘度纳入粘性耗散项的计算中,利用毛细惯性时间来修正最大扩散时间模型。结果:基于能量守恒,推导出液滴撞壁铺展最大距离的模型,将模型与实验进行对比后发现数据误差在5%以内。结论:该模型能较好地预测本文实验以及文献中的数据,为涉及非牛顿液滴撞壁的实际应用提供了一定参考。

    2023年04期 v.34;No.112 580-586页 [查看摘要][在线阅读][下载 5077K]

材料与化学

  • 氯离子诱导硒化锑棒纵向生长及其光电性能研究

    经潇倩;徐扬;

    目的:制备出纵向生长的硒化锑棒,以促进载流子传输从而提高硒化锑光电性能。方法:采用旋涂法制备CdCl_2/FTO基板,再通过水热沉积法在基板上生长硒化锑薄膜。通过改变基板上CdCl_2的质量浓度来探究Cl~-质量-体积浓度对诱导硒化锑棒状垂直生长的影响规律,此外,通过光电化学测试来探究其对光电性能的影响。结果:XRD和SEM结果显示,经过CdCl_2处理过的硒化锑(002)衍射峰增强,垂直基底生长。且随着基板CdCl_2质量浓度提高,硒化锑棒状纵向生长更显著,且光电性能更优异。结论:Cl~-可以诱导硒化锑棒状纵向生长,且棒状纵向生长加快了载流子的传输速度,提高了硒化锑薄膜的光电性能。

    2023年04期 v.34;No.112 587-592页 [查看摘要][在线阅读][下载 1751K]
  • 插层铁磁材料FeTa_4S_8的临界行为研究

    王子;陈煜迪;戴翔飞;杜建华;焦志伟;

    目的:研究层状过渡金属插层材料FeTa_4S_8单晶的临界行为,探究其插入过渡金属元素后的物理性质。方法:采用化学气相输运法制备了FeTa_4S_8单晶样品,用X射线衍射仪验证了样品的物相结构,通过EDXS测试确定了样品的组分并研究了样品的电输运性质和磁性;通过磁性测量数据研究了样品的临界行为。结果:X射线衍射确定了样品的六边形结构,EDXS测试结果显示样品组分比例为1∶4∶8;电输运性质表明在居里温度以下具有良好的金属性;磁性研究表明样品具有铁磁性,在122.6 K发生磁性相变。结论:铁磁单晶样品FeTa_4S_8的临界行为符合平均场理论模型,临界指数β=0.51、γ=1.06;在居里温度T_C=122.6 K处发生顺磁到铁磁的相变。

    2023年04期 v.34;No.112 593-598页 [查看摘要][在线阅读][下载 1936K]
  • Mn~(4+)掺杂La_2MgGeO_6长余辉发光的第一性原理研究

    国金萌;朱华;张奇浩;沈洋;邓德刚;

    目的:在微观层面上具体阐释La_2MgGeO_6:Mn~(4+)长余辉发光材料的发光性质和余辉机制。方法:基于第一性原理计算,研究了La_2MgGeO_6的电子性质以及La_2MgGeO_6:Mn~(4+)和本征点缺陷的热力学特性,得到陷阱中心的深度(缺陷能级在带隙中的位置)。结果:空位缺陷V_O在材料中作为电子陷阱,能级深度为0.69 eV;反位缺陷Mg_(Ge)和空位缺陷V_(Ge)在材料中作为空穴陷阱,能级深度分别为0.74 eV和0.78 eV。结论:Mn~(4+)作为发光中心存在于基质中,参与该材料的有效发光;本征电子陷阱V_O和空穴陷阱V_(Ge)、Mg_(Ge)参与该材料的长余辉发光。

    2023年04期 v.34;No.112 599-607页 [查看摘要][在线阅读][下载 6098K]

生命科学

  • 褐飞虱卵黄原蛋白基因NlVg1的克隆及表达分析

    陈桐桐;张旖旎;郝培应;孙传信;俞晓平;

    目的:卵黄原蛋白是昆虫卵黄磷蛋白的前体,也是卵母细胞成熟和胚胎发育阶段最为重要的生殖蛋白。本文研究褐飞虱Nilaparvata lugens St?l卵黄原蛋白基因的表达规律,旨在为筛选害虫防治靶标及敏感期提供线索。方法:根据褐飞虱转录组测序信息,对预测编码卵黄原蛋白的Unigene 40792序列(NlVg1)进行了克隆,应用实时荧光定量PCR技术对NlVg1在褐飞虱不同发育时期以及不同水稻品种上的表达规律进行了研究。结果:克隆的NlVg1开放阅读框长1 212 bp,编码的蛋白含403个氨基酸残基。通过对转录水平的表达分析发现,NlVg1在褐飞虱1~4龄若虫期不表达,从5龄开始有少量表达,在羽化3 d的成虫时期表达量最高;在抗性水稻品种的表达量低于感性品种。结论:本研究克隆了褐飞虱的1个卵黄原蛋白相关基因NlVg1的全长cDNA开放阅读框,对其编码的氨基酸序列进行了生物信息学分析,并通过荧光定量PCR技术对褐飞虱在不同发育时期以及不同水稻品种饲养条件下的该基因的表达规律进行研究。研究结果为后期选择合适的时期对目的基因进行RNAi等功能研究提供了线索。

    2023年04期 v.34;No.112 608-617页 [查看摘要][在线阅读][下载 2441K]
  • 小鼠BMSCs和人源UCMSCs的生物学特性比较研究

    岳静;庄安琪;廉润通;陈艳;陈善梅;刘光富;伍义行;

    目的:通过比较分析小鼠骨髓来源的间充质干细胞(mBMSCs)和人脐带来源的间充质干细胞(hUCMSCs)的生物学共性特征,为选择hUCMSCs作为移植细胞,开展临床前体内药效评价提供理论依据。方法:采用“全骨髓贴壁法”联合“红细胞裂解法”,分离、纯化得到mBMSCs,再与已有的hUCMSCs进行比较,采用荧光倒置显微镜下观察两者的形态学特点,采用cck8法比较两者增殖活性,采用流式细胞术分析两者表面标志物及干性标志物表达。结果:mBMSCs和hUCMSCs的形态特征高度相似,均呈螺旋状贴壁生长,形态均一,多成梭形。但mBMSCs传代至7代以上,则形态开始改变,有分化趋势,而hUCMSCs传至10代以上,仍稳定生长。mBMSCs和hUCMSCs的表面标志物表达高度相似,CD90及CD105表达率均≥95%,CD45及CD34表达率均≤2%。此外,与mBMSCs相比,hUCMSCs展示了更高的体外增殖活性,并且干性标志物Oct-4、Sox2和Nanog的表达量更高,这可能与细胞来源及体外培养条件有关。结论:mBMSCs和hUCMSCs的形态学特征及表面标志物表达有高度相似性,但hUCMSCs体外增殖活性和干性标志物表达量相对较高。该研究为以hUCMSCs作为移植细胞开展临床前体内药效评价提供了部分科学依据。

    2023年04期 v.34;No.112 618-625页 [查看摘要][在线阅读][下载 2185K]
  • 乌牛早黑茶多糖及其自由基降解产物体外抗氧化和降脂活性研究

    董宗华;邹旋旋;常帅帅;叶露婷;陈昭闻;赵进;葛建;

    目的:探究乌牛早黑茶多糖(Wuniuzao dark tea polysaccharides, WDTP)及其降解产物理化性质和体外功能活性。方法:采用热水提取法制备WDTP,采用自由基降解法获得WDTP降解产物,通过紫外光谱、高效液相色谱、高效凝胶色谱法对两者理化性质进行分析,通过DPPH自由基、ABTS自由基、羟基自由基清除实验和铁氰化钾法比较两者体外抗氧化活性,通过胰脂肪酶抑制实验和HepG2细胞脂质积累实验比较两者体外降脂活性。结果:自由基降解后的WDTP糖含量从63.74%提高至65.28%,糖醛酸含量从17.15%降低至14.67%,单糖组成种类保持一致,单糖摩尔比略有不同,重均相对分子质量从67 303 u降低至55 423 u。与降解前相比,WDTP降解产物的DPPH自由基、ABTS自由基、羟自由基清除活性和总还原力显著增强。与降解前相比,WDTP降解产物抑制胰脂肪酶活性增强,能通过提高PPAR-α,CPT-1A,CYP7A1基因mRNA表达水平来抑制HepG2细胞脂质积累。结论:WDTP经过自由基降解后理化性质发生变化,体外抗氧化和降脂活性增强。

    2023年04期 v.34;No.112 626-636页 [查看摘要][在线阅读][下载 2508K]

信息科学

  • 利用BP神经网络对蛋白质折叠速率的研究

    吴哲楠;徐明啸;姜舟婷;

    目的:通过BP神经网络模型对蛋白质的折叠速率进行预测。方法:以蛋白质的接触序参数(CO、LRO、TCD)为输入信息,折叠速率为输出信息,构建具有1个输入层、2个隐藏层和一个输出层的4层BP神经网络模型,用以尝试多种激活函数,给出合理的预测结果。结果:激活函数是影响BP神经网络效率和精度的最重要因素之一,文中比较了6个激活函数来评估神经网络模型在蛋白质折叠预测中的表现,发现Mish函数预测全β蛋白质比较有效,而Tanh函数更适合一般性蛋白质折叠速率的预测。本文还通过不同的分离截止值来了解蛋白质的序列和折叠率之间的关系,LRO和TCD/CO的分离截止值分别为8和3的模型可以更精确地预测折叠率。结论:在本模型中,蛋白质折叠速率预测结果和实验结果基本吻合,这些研究成果为寻找影响蛋白质折叠过程的动力学因素提供了理论依据。

    2023年04期 v.34;No.112 637-644页 [查看摘要][在线阅读][下载 1922K]
  • 结合改进孪生网络的热红外故障分类方法研究

    战国科;

    目的:针对大多数实际应用场景下热红外故障样本较少、存在严重过拟合等问题,提出了一种新的融合残差网络和孪生网络的分类模型。方法:首先,提出了一种消除位置偏差模块(elimination of position deviation module, EPDM)以消除填充带来的潜在位置偏差,并通过堆叠新的残差模块来构建具有更强特征提取能力的骨干网络。其次,设计了一种特征融合模块(feature enhancement module, FEM),该模块利用空洞卷积扩大感受野,让每个卷积输出都包含较大范围的信息,以获得更加丰富的特征信息。结果:通过实验得出,本文提出的Res-EFB模型准确率(Accuracy)为98.1%,精确率(Precision)和召回率(Recall)可达到1,损失值(Loss)为0.013 6,相似度得分为0.948。结论:实验结果表明,所提出的分类网络可以缓解样本数量不足问题,有效提升故障分类效果,在变压器热图像数据集上的分类正确率达到98.1%。

    2023年04期 v.34;No.112 645-653页 [查看摘要][在线阅读][下载 6936K]
  • 无次级路径建模的反馈有源窄带噪声控制算法

    高原;高敏;郁国良;

    目的:规避离线建模或在线建模获取次级路径信息,减少计算量。方法:提出了基于简化反馈系统的无次级路径建模有源窄带噪声控制算法,分析次级路径脉冲响应由电时延成分、直达声时延成分和一系列反射声组成,通过先测出电时延,再估计出直达声时延,构建次级路径脉冲响应,从而简化次级路径建模方法。结果:所提无需次级路径建模获取次级路径脉冲响应的方法,能够实现反馈有源噪声控制,在降噪量不减的前提下,有效降低计算量。当自适应滤波器长度为256时,计算量仅为530。结论:分别以单频、带限白噪声和带限粉红噪声为噪声源,仿真结果表明所提算法与SAIMC算法降噪量相当,在不同自适应滤波器长度下,计算量均低于SAIMC算法。

    2023年04期 v.34;No.112 654-659页 [查看摘要][在线阅读][下载 2247K]