摘要:为提高板结构缺陷检测效能，提供一种基于宽带激励的超声局部谐振检测方法。利用最大类间方差法对宽带激励下的超声波场进行了分析处理，得到了缺陷的超声局部谐振频率，并将超声局部谐振频率下声场的空间分布用于板结构损伤检测成像；针对特定材料及厚度的各向同性板结构，通过均匀设计试验的方法，建立了缺陷尺寸与其超声局部谐振频率的关系模型。实验结果表明，所提超声局部谐振检测方法可以高效地实现各向同性及各向异性板结构损伤检测。利用回归分析模型还可实现缺陷几何参数的反演，且反演精度较高（半径反演误差最大为2 mm，厚度反演误差最大为06 mm）。该方法为板结构缺陷检测及定量分析提供了可行的技术方案。

摘要:不同电磁超声换能器（EMAT）的辐射声场分布特性不同，为了保证检测的有效性，需要对其声场分布进行准确测量。为测量固体金属材料中超声横波辐射声场的分布，采用针式EMAT作为测量超声横波声场的换能器，研究了基于断层扫描方式测量并重构三维辐射声场的方法。进一步建立了三维声场断层扫描测量实验系统，分析了测量系统的误差，并提出测量数据的补偿方法。实验测量了环形线圈EMAT在激励频率35 MHz时的辐射声场分布，获得其在铝和20#钢中的三维辐射声场，并分析得到其近场距离约为8 mm。结果表明该方法可有效地呈现超声横波在固体金属材料内部不同深度截面的声场分布，并对其处理可以获得待测EMAT在固体中的三维辐射声场分布。

摘要:风力机叶片、飞机机翼等结构均为大面积曲面板类结构，基于Lamb波的结构健康检测技术对细微损伤比较敏感，是目前最具应用前景的技术之一。传统的Lamb波传感器大都采用PZT陶瓷制成，质地脆且硬度大，不能适应于曲面结构检测。将PZT陶瓷粉末与环氧树脂复合制备了一种新型柔性03型压电复合材料，研究了质量比、极化电场、极化温度和极化时间等因素对压电复合材料性能参数的影响，开展了多因素正交实验来确定材料制备的最优极化工艺参数。实验研究了该压电复合材料制成的传感器对Lamb波的传感响应特性，与现有的MFC、PVDF和传统压电片等传感元件的响应特性进行了对比分析。将制备的传感器应用于翼型曲面板，利用椭圆定位方法进行损伤检测。研究结果表明，PZT陶瓷/环氧树脂压电复合材料传感器具有良好的传感响应特性，能够很好地贴合于曲面板表面，与只能部分耦合于曲面板的传统压电片相比，采集的Lamb波信号更加准确，从而为曲面板类结构健康监测提供一种新型的柔性压电传感技术。

摘要:针对机车齿轮箱检测获取的多源信号具有数据量大、相关性低和可靠性差等问题，提出一种新型智能优化算法为多元函数粒子群优化算法。研究了粒子种群的异众比率和适应度对惯性权重的影响，在传统粒子群算法的基础上提高了算法的收敛速度及效率，以正则化模态差的适应度函数作为测点数量的评价指标，根据齿轮箱模态振型分析，实现了齿轮箱的多传感器检测优化。以齿轮断齿故障为试验对象，通过与传统检测方法比较分析，准确获取了齿轮箱输入轴转频395 Hz，第三级啮合频率905 Hz以及2~5倍频成分，快速识别了故障齿轮的位置。实验结果表明了该方法能够增强结构参数的识别率，有效提高了故障诊断的准确性，同时为机车故障预警和安全服役提供了关键技术基础。

摘要:针对管道中突发的泄漏，提出一种基于粒子滤波与压缩感知的泄漏定位方法。首先，基于特征线法建立管道的状态空间方程，使用改进粒子滤波算法对泄漏管道瞬态过程进行状态估计，利用估计值与观测值的均方误差，通过求解优化问题的方式对泄漏点进行定位，并得出泄漏量与泄漏系数的估计值。针对测量值采集、储存和传输设备导致的估计精度低的问题，使用压缩感知对管道的测量值进行预处理。多次实验结果证明，所提出方法使用压缩率为65%～75%的重构信号作为粒子滤波输入时仍能有效定位，相对定位误差约为1%。

摘要:重载铁路因具有大轴重、高运量、高行车密度等特点,加之运量的持续高位运行,钢轨伤损数量增多,种类复杂化,给铁路的高效运行留下了安全隐患。中国重载线路在用的大型钢轨探伤车由于对轨头核伤的检出率只能达到30%~40%,因此重载线路钢轨探伤主要依赖探伤仪,利用列车间隔或天窗点进行作业,检测速度慢,对操作人员要求高,存在较大的人身及线路安全风险。本文研究一种新型的基于相控阵超声波探伤技术的高速钢轨探伤车,可实现检测速度80 km/h以上,兼容所有线路轨型特点,同时兼顾智能判伤、实时报警、三维直观化显示等功能需求,实现提高缺陷检出率及工作效率、减少用工、提升安全保障水平的目的,对提升我国重载铁路钢轨探伤技术水平具有重要意义。

摘要:针对传统技术检测漆层下金属表面裂纹信噪比低的问题，提出了一种基于方向调制原理的涡流热成像检测技术。首先介绍了方向调制的原理，通过推导方向调制的数学模型，从理论上证明了方法的可行性，根据理论公式与实际情况选择了调制频率，根据该方法搭建了实验平台；分析了涡流无法完整旋转的问题，并提出了一种基于驱动PWM驱动信号翻转的改进方法；针对加热可能导致的谐振频率漂移问题，提出了一种双通道频率跟踪策略；最后对不同漆层厚度下45#钢的人工裂纹与0517 mm漆层厚度下20#钢磨平焊缝裂纹进行检测并与磁粉法的结果对比。实验结果表明：方向调制方法可检测出0902 mm漆层下的人工裂纹与0517 mm漆层下的模拟自然裂纹；对比0486 mm漆层下人工裂纹与0451 mm漆层下模拟自然裂纹的磁粉法检测结果，方向调制方法有效提升了漆层下裂纹的检测能力。

摘要:电磁超声检测中，激发(TX)线圈利用强脉冲电流激励超声波的同时，会对接收(RX)线圈造成电磁冲击。在电磁冲击期间，RX线圈无法工作并需要稳定时间，从而形成电磁冲击盲区。针对此问题，提出一种可抑制电磁冲击盲区的新型电磁超声检测技术，该技术中采用了一种特殊RX线圈结构。一方面，该线圈结构中相邻线段之间间距满足超声波相长干涉的匹配关系；另一方面，该线圈与TX线圈的互感为0，使其能从电磁超声的脉冲激励系统中退耦。分析了所提新型电磁超声检测技术抑制电磁冲击的原理，并从理论上给出了该特殊RX线圈的设计方法。最后，通过实验表明该技术对电磁冲击抑制达到948%，从而验证了有效性。

摘要:漏磁内检测是目前管道无损检测的重要手段。在进行漏磁无损检测评估中，异常边缘检测是十分重要的环节，异常边缘的精确程度直接影响到后续的反演评估环节。由于数据噪声的存在，使得边缘检测精度大大下降，特别是复杂异常区域。同时，面对庞大的漏磁数据，一般机器学习算法耗时较多。因此，针对漏磁内检测中异常边缘检测问题，本文提出一种基于数据融合的小波变换漏磁异常边缘检测算法。该算法基于小波多尺度变换与分解，将数据层融合、特征层融合以及决策层融合相结合。首先，原始数据经过多色彩空间变换，并将变换结果进行数据融合。然后，融合数据进行小波多尺度变换。其次，针对每一尺度下变换数据进行小波多层分解，并对每一层级进行小波模极大值边缘检测，将边缘检测结果加入到细节分解系数融合中，并重构数据。最终将多尺度下的边缘检测效果进行融合得到最终检测边缘。实验分别在仿真数据集和真实管道数据集上进行，并和其他边缘检测算法，如Sobel、Canny、Roberts、Prewitt、Log 进行了比较，实验结果显示，本文提出的异常边缘检测算法效果优于传统边缘检测算法，边缘指标OA高于70%，能够满足实际工程需要。

摘要:针对供水管道泄漏声振动信号的信噪比较低导致用于时延估计泄漏定位误差大的问题，提出基于改进经验小波变换及互谱相位差谱的供水管道泄漏定位方法。首先采用小波包分解得到不同尺度的信号能量谱，根据小波包能量谱局部极小值的分布自适应确定频带分割区间，解决了传统经验小波变换中频谱划分问题；然后基于频带分割区间构建正交小波滤波器组对信号进行经验小波变换分解得到多个分量，根据相关系数选取有效分量，同时利用有效分量的互谱相位差谱呈水平变化的频带对有效分量信号进行带通滤波，滤除干扰噪声；最后对滤波后的信号进行互相关时延估计来确定泄漏位置。仿真及实验结果表明，该方法能够有效的实现供水管道泄漏定位，并与互相关、VMD与互谱分析相结合的泄漏定位方法相比，平均相对定位误差分别减少67倍和15倍。

摘要:车道线检测作为智能驾驶领域的关键技术，在车道偏离预警(LDW)和车道保持(LK)、车道变换(LC)和前向碰撞预警(FCW)、自适应巡航控制(ACC)等先进驾驶辅助系统(ADAS)中发挥重要作用。利用视觉的方法在车道线检测技术研究中占据主导地位，也是未来的发展方向。综述了近二十年来利用视觉的车道线检测方法的研究进展。首先简述了车道的分类及其特征，阐明了车道线检测的一般流程及面临的挑战；重点阐述了检测车道线的基于特征、基于模型、基于学习及其他方法的检测原理，评述了其优缺点并进行了分析与比较；随后介绍了车道线检测的常用数据集及性能评估指标；最后针对车道线检测方法目前存在的问题，对进一步的研究方向进行了展望。

摘要:目前口腔癌触诊检查依赖于医生经验，术中冰冻切片的检测方式为有创检测，准确性较低，为满足临床手术对口腔癌检测的实际需求，研究了基于高波数（2 400～4 000 cm-1）光纤激光拉曼光谱的口腔癌检测方法。研究光纤拉曼光谱实现口腔癌检测的原理，分析了主成分-线性判别分析(PCALDA)统计算法的可行性，搭建了便携口腔癌组织检测光纤拉曼系统，制备了口腔癌组织和正常组织病理切片，采集了口腔癌组织和正常组织的高波数拉曼光谱，利用PCALDA算法对光谱进行处理和分析。光谱分析结果表明，癌组织和正常组织的平均光谱在2 780、2 890、2 936、3 180、3 285、3 300、3 650 cm-1有较大区别，利用PCALDA分析，对正常组织和口腔癌组织拉曼光谱进行降维分类，检测准确率为966%，与共聚焦显微拉曼光谱检测相比，提高了检测效率，较指纹拉曼光谱检测准确率提高约06%，研究表明高波数拉曼光谱结合统计学方法可以较好的区分正常组织和癌组织，有望成为一种高灵敏度，高时效性和高准确率的口腔癌检测方法，对术中口腔癌检测有重要意义。

摘要:针对激光雷达与相机联合使用遇到的点云稀疏、相机受环境光照影响失真等问题，提出一种基于点云中心的激光雷达与相机自动配准方法，避免了传统联合标定需要手动选择特征点以及连续采集多帧等问题。该方法在对点云与图像预处理后，利用平面法向量的一致性实现多标定板点云自动分割，提取标定板在激光坐标系和相机坐标下的点云；然后通过点云聚集迭代求解中心点，实现两个传感器标定板对应点云中心的粗配准；最终利用迭代最近点算法进行精配准，获得标定参数，完成联合标定。实测表明，在激光雷达误差±3 cm范围内，点云正确投影比例达到9793%，可以有效获取高精度联合标定参数，满足空间环境对激光雷达和相机数据融合的要求。

摘要:砂带磨削广泛应用于工业领域，由于其与工件的柔性接触及砂带磨粒分布的非均匀性，导致砂带磨削中材料去除率难以从理论上精准预估，直接影响砂带磨削效率及其质量控制。基于此提出一种基于火花图像信息的砂带磨削材料去除率识别方法，给出了火花图像的分割处理算法，建立了火花图像的颜色、亮度、面积及轮廓特征的量化特征模型，基于皮尔逊系数分析了火花图像特征与砂带磨削材料去除率之间的相关性，分别建立了基于火花图像单特征的线性回归预测模型和基于支持向量回归（SVR）算法的多特征回归预测模型，采用最大误差、均方差及决定系数作为模型的评价参数，结果表明基于径向基核函数的多特征SVR模型的具有较高的预测精度，决定系数可达0976。所提出的方法为砂带磨削材料去除率的有效控制提供了一种新途径。

摘要:在非结构化环境机器人抓取任务中，获取稳定可靠目标物体抓取位姿至关重要。本文提出了一种基于深度卷积网络的多目标动态三维抓取位姿检测方法。首先采用Faster RCNN进行多目标动态检测，并提出稳定检测滤波器，抑制噪声与实时检测时的抖动；然后在提出深度目标适配器的基础上采用GGCNN模型估算二维抓取位姿；进而融合目标检测结果、二维抓取位姿以及物体深度信息，重建目标物体点云，并计算三维抓取位姿；最后搭建机器人抓取平台，实验统计抓取成功率达到956%，验证了所提方法的可行性及有效性，克服了二维抓取位姿固定且单一的缺陷。

摘要:随着无人驾驶汽车的快速发展，仅依靠单一传感器的环境感知已经无法满足车辆在复杂交通场景下的目标检测需求。融合多种传感器数据已成为无人驾驶汽车的主流感知方案。提出一种基于激光点云与图像信息融合的交通环境车辆检测方法。首先，利用深度学习方法对激光雷达和摄像头传感器所采集的数据分别进行目标检测；其次，利用匈牙利算法对两种目标检测结果进行实时目标跟踪，进而对两种传感器检测及跟踪结果的特征进行最优匹配；最后，将已匹配及未匹配的目标进行择优输出，作为最终感知结果。利用公开数据集KITTI的部分交通环境跟踪序列及实际道路测试来验证所提方法，结果表明，所提融合方法实时车辆检测精度提升12%以上、误检数减少50%以上。

摘要:为了实现现场快速安全检查过程中敏感物质的细分，探讨了一种通过X射线背散射信号求取物质密度的方法，并完成了实现该方法的核心部件——一种基于硅光电倍增管（SiPM）的的线阵式闪烁体探测器的设计和功能验证。该探测器具有能量分辨的能力，能够分析不同物质在不同能量下的散射衰减。在环境温度-10℃～50℃条件下，该探测器输出的脉冲幅值稳定，能量分辨率在221%～257%变化（室温条件时能量分辨率为236%@595 KeV）。其线阵的结构为实现散射与透视图像空间上的一一对应，进而实现散射信息与透视信息的融合打下了基础。不同材料的散射能谱测量结果表明，该探测器所探测的能量曲线能够反映物质的密度特性，验证了其用于散射能谱探测以实现物质分类的可行性，在现场查缉装备的智能识别方面极具应用前景。

摘要:复杂油气藏的开采面临严重的溢流、漏失等钻井事故风险，实时监测近钻头环空流量信息可以在事故早期发现工况异常，有效降低井控风险。对钻井过程中的环空流量电磁测量方法进行了研究，首先对基于法拉第电磁感应定律的井下环空流量电磁测量方法的测量原理进行了研究；其次分析了井下环空流量电磁测量系统设计思路，详细推导了其虚电流密度分布及其机械结构力学模型；然后，通过有限元仿真软件进行励磁线圈结构优化及主体力学分析得到测量系统的最优结构；最后，搭建井下环空流量电磁测量地面原理样机并进行实验测试验证。实验结果表明，电磁测量原理样机测量精度在1%左右且安全系数大于9，可以满足井下环空流量测量的需要。本文完成的井下环空电磁测量方法，对于后续井下环空流量测量方法的实现以达到早期井控的目的，继而降低钻井风险具有指导意义。

摘要:针对现有扫描电化学池显微镜（scanning electrochemical cell microscopy, SECCM）的扫描方法在扫描成像快速性上的不足,提出一种基于阿基米德螺旋线的新型SECCM快速扫描方法。传统跳跃扫描模式的跳跃高度是在没有先验知识的情况下靠人工经验设定的,为了避免碰撞其取值往往偏大,因此设置的扫描行程越长,消耗时间越久,速度慢、效率低。利用螺旋线轨迹预扫描快速获得待测平面的最高点,进而有效地降低了传统跳跃模式的跳跃行程,大幅提高了SECCM的扫描成像速度。此外,以螺旋线轨迹高速运动来检测最高点时,轨迹具有无冲击、因此样本运动过程无偏移,该扫描方法具有成像稳定性高的优点。通过带状金属表面成像实验表明，相对于传统跳跃扫描模式,阿基米德螺旋扫描方法在保证成像质量的同时扫描速度提高了约110%。可见提出的方法对提升SECCM扫描速度和成像质量有着重要的意义。

摘要:转炉炼钢生产过程数据特征选择是实现终点碳温预报的关键，针对生产过程高维数据不利于快速精确预测终点碳温的问题，提出一种改进遗传算法的转炉炼钢生产过程数据特征选择方法。首先采用皮尔逊相关系数衡量不同特征的重要贡献度，进而构造反映过程数据特征与终点碳温相关性的目标函数；然后通过目标函数定义了种群的最大、最小、平均适应度和随机个体适应度值4个变量，建立了一种自适应调节交叉变异概率机制，使得迭代寻优时种群分布更加合理的同时又提高了算法后期收敛速度，防止陷入局部最优。最后进行实际钢厂生产过程数据特征选择验证和对比实验，结果表明，特征选择平均用时为025 s，用于终点预报中温度误差在±5℃的精度为8567%，碳含量预测误差在±001%的精度为8067%。

摘要:为了降低微机械（MEMS）陀螺仪的随机误差，提出一种将改进的经验模态分解法（EMD）与传统建模滤波方法相结合的新方法对随机误差进行处理。首先采用传统EMD算法将信号分解为有限个本征模态函数（IMF），并根据皮尔逊相关系数准则和噪声统计特性提出一种筛选机制，将IMF分为噪声IMFs、混叠IMFs和信号IMFs 3类；其次，对混叠IMFs进行时间序列建模，建模完成后进行卡尔曼滤波拟合；最后，将建模滤波后的混叠IMFs与信号IMFs进行重构，得到最终去噪信号。实验分析结果表明，本文方法在抑制随机误差的效果上有明显的优势，极大地改善了信号的质量，提高了惯导的解算精度。

摘要:机械设备实际工作过程中正常样本丰富、故障样本匮乏，卷积神经网络在处理这种分布不平衡的数据时对少数类的识别率很低。为解决上述问题，提出一种代价敏感卷积神经网络，首先经过多层卷积和池化运算学习原始监测数据中的机械设备本征性能状态知识；其次通过全连接层将本征性能状态知识映射为机械设备健康状态；最后利用代价敏感损失函数为少数类样本赋予较大的误分类代价，实现对不平衡的机械故障数据的有效分类。为验证所提方法的有效性，使用具有不同不平衡比的刀具数据集和轴承数据集，利用代价敏感卷积神经网络以及主流的分类算法分别测试其对于不平衡数据的分类性能。实验结果表明，所提方法对不平衡数据集中的少数类样本识别率相对于传统卷积神经网络提升了22%以上。

摘要:以提升火电机组调峰调频灵活性，促进可再生能源消纳为目标，针对某火电机组运行过程中燃烧稳定性、经济性等问题展开研究。采用自适应遗传算法优化核函数参数和正规化参数，建立最小二乘支持向量机(LSSVM)锅炉燃烧过程模型。在建立模型的基础上，采用自适应遗传算法离线建立优化案例库。进而从便于工程应用角度提出一种基于案例推理(CBR)寻优方法，结合主、客观因素利用遗传算法优化案例推理特征权重，提高了检索精度，并自适应地从庞大的案例库中检索出与目标案例相匹配的案例。应用CBR自适应寻优算法，在保证机组稳定燃烧的同时，兼顾锅炉燃烧效率和NOx排放浓度，合理给出二、三次风门挡板开度指令及氧量定值，实现锅炉稳定经济燃烧。将系统整体运用到某350 MW燃煤发电机组，简化了优化计算的过程，寻优时间短，稳定性高，适合在线实时寻优。

摘要:规划一条高时效且低代价的三维（3D）航行轨迹，成为目前无人机广泛应用亟须解决的问题。针对蚁群算法在航迹规划中出现的航迹长度和平滑性不足问题，通过改进蚁群系统中的节点移动规则、构造多重启发信息并结合粒子群优化算法的全局搜索能力，提出了蚁群粒子群融合算法。同时，就飞行航迹中出现的动态避障问题和目标点变化问题，提出了改进生物启发神经动力学模型算法，该算法针对3D静态最优航迹中出现的障碍物和目标点变化，实现了局部在线航迹调整。实验仿真结果表明，蚁群粒子群融合算法能在3D静态环境中规划出一条期望航迹。同时，改进生物启发神经动力学模型算法不仅能对突发障碍动态避障，还能对动态目标点变化实时跟踪。

摘要:机器人柔顺运动有助于提高机器人交互运动时的安全性与稳定性，越来越受到人们的重视。针对一种绳索驱动式具有主被动柔顺性的柔性机器人关节，提出一种适用于绳索驱动式变刚度关节的刚度与位置解耦控制方式，实现了关节位置控制的同时，又实现了关节柔顺性的统一。利用雅可比矩阵和模型间静力学关系，得到关节刚度模型，并通过优化方法对变刚度装置的力学模型和刚度模型构成的非线性方程组求解，实现变刚度关节刚度与位置的非线性解耦。在解耦控制基础上提出一种力矩观测方法，实现了关节力矩补偿，增强了关节位置控制能力；建立了绳索驱动式变刚度关节样机和控制系统，并通过仿真和实验分析的方式验证了所提柔顺控制方式的可行性和有效性。

摘要:乳腺活检机器人在核磁环境下因为材料及驱动的兼容性一直难以同时获得高质量的扫描图像和精准的活检针介入。因此提出一种能够满足核磁兼容并应用于机器人上具有双折线螺纹的可以实现远距离、大行程的双腱鞘柔性传动系统。首先，针对具有双折线螺纹的双腱鞘远程传动系统，对其单关节进行了摩擦力分析。通过对单关节双腱鞘传动的非线性耦合特性进行分析，建立了双腱鞘双向耦合传动模型。并搭建了单关节双向耦合传动实验平台，且对其进行了分析及补偿实验。其次，搭建了双腱鞘传动的多关节乳腺活检机器人实验平台，并对双腱鞘传动的多关节乳腺活检机器人进行了双向耦合运动误差分析以及补偿实验。补偿后针尖进入组织的X、Y、Z 3个方向平均误差分别为139、189和160 mm。实验结果表明，双腱鞘传动的多关节乳腺活检机器人可以满足核磁环境下乳腺活检的精度需求。