结构振动与冲击响应特性专栏

• 融合ESPRIT和FFT的动叶片振动参数辨识方法研究

  范振芳;黄晋英;刘思远;卫焦霖;

  叶端定时（Blade Tip Timing, BTT）是当前研究叶片振动问题最有效的测试技术之一，被广泛应用于动叶片的状态监测与故障诊断。然而，BTT技术固有的非均匀、欠采样特性引发的叶片振动参数辨识困难已成为当前BTT技术亟需解决的难题。首先，研究旋转不变子空间（Estimating Signal Parameter via Rotational Invariance Techniques, ESPRIT）和快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT）辨识叶片振动参数的特征；然后，对叶片振动的频谱分析结果进行扩展；最后，提出一种融合ESPRIT和FFT的动叶片振动参数辨识方法。ESPRIT-FFT方法利用扩展频谱寻找叶片振动频率的估计值，通过ESPRIT算法确定频率所属的频带，进而辨识叶片振动参数。仿真研究证明了ESPRIT-FFT方法的可行性和抗噪性。离心压缩机叶轮振动试验显示ESPRIT-FFT方法辨识叶片振动频率的绝对误差为1.4 Hz，相对误差为0.22%。

  2025年04期 v.39;No.172 373-381页 [查看摘要][在线阅读][下载 1655K]
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• 变厚度悬臂梁式压电俘能器的特性研究

  张雁;马鑫;万杰;孙浩栋;李琪;

  为提高梁式压电俘能器的发电性能，对变厚度悬臂梁式压电俘能器进行俘能特性研究。在有限元仿真中，引入局部坐标系，保证厚度变化时压电层极化方向改变。通过仿真，对比了相同长度下倒锥形、锥形和等截面梁式压电俘能器的发电性能。同时研究了宽度比和厚度比对该俘能器结构发电性能的影响。结果表明，相较于等截面和锥形梁式压电俘能器，倒锥形梁式压电俘能器具有更好的发电性能。在自由端尺寸一定的情况下，固定端宽度和厚度越小，压电俘能器一阶固有频率越低，发电量越大。其中，厚度变化对悬臂梁式压电俘能器的一阶固有频率和发电电压的影响更大。该结果将有助于梁式压电俘能器的结构设计研究，以满足微功率电子产品及微小型远程传感/埋植监测系统的自供电需求。

  2025年04期 v.39;No.172 382-387页 [查看摘要][在线阅读][下载 1209K]
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• 高应变率下开孔泡沫铝压缩性能仿真研究

  谢灵肯;王可慧;赵生伟;谌勇;

  为研究在高应变率下，材料参数和应变率对开孔泡沫铝压缩性能的影响，进行了一系列仿真研究。采用基于三维Voronoi技术的建模方法，得到多种参数的开孔泡沫铝，使用ABAQUS/explicit软件构建算例进行仿真，与对应参数的分离式霍普金森杆（Split Hopkinson Pressure Bar, SPHB）实验结果进行对比，验证了该建模方法的准确性。建立了不同孔隙率（55%, 65%, 75%）、不同孔径（1.5, 1.0, 0.5mm）和不同应变率的多个开孔泡沫铝模型并进行仿真，讨论分析了高应变率下各个材料参数和应变率对其压缩性能的影响。结果表明，在高应变率下，仿真所涉及的参数范围内，减小孔隙率、增大孔径或增大应变率，都能提高开孔泡沫铝的平台应力与吸能能力，提升其压缩性能。

  2025年04期 v.39;No.172 388-396页 [查看摘要][在线阅读][下载 1605K]
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数据采集与图像处理

• TDI-CCD的曝光时长优化方法研究

  潘毅华;张相祎;刘伟艇;李宇阳;刘宾;韩焱;

  曝光时长是时间延迟积分电荷耦合器件（Time Delay Integrated Charge Coupled Device, TDI-CCD）成像系统中的重要参数之一，对成像结果的质量有重要影响。为了提升TDI-CCD成像系统的图像像质，提出一种基于梯度的算法，对速度失配条件下TDI-CCD相机的曝光时长参数进行优化。根据光电成像传感器的成像原理，构建关于TDI-CCD的成像数学模型，通过数学方式将图像灰度与曝光时长进行关联。在此基础上，构建关于曝光时长的代价函数，并采用基于梯度的算法对曝光时长参数进行优化。仿真与实验结果表明，所提方法可将两种场景的峰值信噪比分别提升约50%与20%，有效改善了TDI-CCD在速度失配条件下的成像质量，对目标物探测精度的提升具有重要意义。

  2025年04期 v.39;No.172 397-405页 [查看摘要][在线阅读][下载 1327K]
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• 一种基于多特征融合的低剂量CT去噪方法

  付学敬;桂志国;李志媛;

  深度学习已在低剂量CT(Low-Dose CT, LDCT)去噪领域取得了广泛应用，为了在深度学习训练过程中平衡LDCT图像降噪和纹理细节之间的关系，提出了一种基于多特征提取和注意力机制的LDCT去噪模型。该模型包含3条支路，第1条支路是浅层边缘特征提取支路，可以对输入的LDCT图像进行充分的预训练；第2条支路利用交叉卷积来探索LDCT图像中更多的边缘细节信息；第3条支路利用可训练的Sobel和正常剂量CT边缘标签来进一步加强对LDCT图像边缘细节的表现。最后，利用注意力机制实现多特征融合模块。在美国医学物理学协会（AAPM）公开数据集上的实验结果表明，与现有方法相比，新模型处理的AAPM数据集CT图像峰值信噪比为33.637 6，结构相似性为0.916 9，证明了该方法可以有效去除噪声和伪影，同时有效地保留了CT图像的结构信息。

  2025年04期 v.39;No.172 406-414页 [查看摘要][在线阅读][下载 1464K]
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• 基于超像素分割的暗通道先验图像去雾算法

  李波;胡红萍;杨正民;

  针对图像去雾过程中暗通道先验算法易受白色物体或明亮区域影响导致大气光和透射率估计不准确等问题，提出了一种基于超像素分割的暗通道先验图像去雾算法。首先，利用简单线性迭代聚类超像素算法对暗通道先验进行改进；其次，对有雾图像利用改进的暗通道先验进行超像素分割得到超像素块，接着对每一个超像素块求取局部大气光值并取平均值；然后，对粗透射图进行伽马校正，并利用平均梯度值作为权重对粗透射图和校正后的透射图进行权重融合求取最终透射图；最后，利用大气散射模型的逆过程得到去雾图像。实验结果表明，超像素分割解决了暗通道先验算法估计大气光对最亮像素的依赖问题，所提算法能够很好地提高去雾图像的清晰度，保留图像的纹理细节，且效果优于其他比较算法。

  2025年04期 v.39;No.172 415-423页 [查看摘要][在线阅读][下载 1512K]
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• 基于贝叶斯网络的弹载固态存储器可靠性分析方法

  宁弘扬;徐鹏;杨明;

  为优化计算弹载固态存储器可靠性的过程，方便设计研发初期预测整体系统失效率和可靠度，提出故障树分析和基于贝叶斯网络的弹载固态存储器可靠性研究方法。该方法将故障树模型按照映射规则转化为贝叶斯网络模型，引入桶消元法对联合概率链进行因式分解，结合贝叶斯网络的双向推理算法对各个节点进行失效概率计算。计算结果表明，该方法能够快速高效识别出系统的薄弱环节，预测出系统失效概率和部件重要度，提出冗余设计，提高系统可靠性，为以后弹载固态存储器的研发改进提供了参考方法。

  2025年04期 v.39;No.172 424-429页 [查看摘要][在线阅读][下载 1039K]
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• 基于改进YOLOv8的钢材质表面缺陷检测

  张惠;韩跃平;李瑞红;

  随着新一代信息技术与制造业的深入融合，制造产业发生巨大变革，工业生产中表面缺陷的检测愈发重要。针对钢表面缺陷检测中存在漏检和误检以及检测精度不高等问题，提出一种基于YOLOv8改进模型的算法。首先，在主干网络中将原有C2f模块融合了一种空间和通道重建卷积模块，减少了密集模型参数中的固有冗余，进一步构建轻量级网络模型；然后，在Neck阶段使用双向特征金字塔网络代替路径聚合网络，旨在使用有效的特征融合方式提高算法的检测性能；最后，使用Wise-IOUv1代替原YOLOv8中的CIOU来优化损失函数。实验证明，改进后的YOLOv8算法与原算法相比，m AP提高了8.1百分点，计算量降低了9.6百分点，检测速度提高了8.7百分点，检测效果优于原算法，很大程度提高了钢表面缺陷检测的检测性能。

  2025年04期 v.39;No.172 430-438页 [查看摘要][在线阅读][下载 1350K]
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测试技术与理论基础

• 螺旋灸法机器人的系统设计及控制方法

  徐龙军;张志东;张天生;薛晨阳;郝重耀;

  雷火灸属于艾灸的一种，具有药力猛、渗透力强的特点，螺旋灸法作为雷火灸的一种手法，对青少年近视、干眼症和过敏性鼻炎等疾病有着良好的治疗效果。但是，利用人工进行螺旋灸法存在精确度不高、温度控制不准的问题，且目前可替代人工进行艾灸治疗的设备都不能实现螺旋灸法。针对以上问题，设计了一种控制方法来模拟中医的螺旋艾灸方法，并将其应用于艾灸机器人。首先，使用Coppelia Sim机器人仿真平台对机械臂进行螺旋灸法的轨迹规划仿真；然后，采用改进D-H参数法建立机器人的运动学方程，使用正运动学分析和三次多项式轨迹规划来控制真实艾灸机器人进行螺旋灸法的运动；最后，通过真实机械臂测试得到了30次螺旋灸法的实际轨迹误差，均在误差允许的范围之内。因此，所提螺旋灸法控制方法的运动精度有效地满足了大多数艾灸应用的要求。

  2025年04期 v.39;No.172 439-448页 [查看摘要][在线阅读][下载 1396K]
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• 基于解耦DDQP的三相无线充电系统的设计与研究

  王飞;陈向荣;张洪利;石凡鲁;

  无线充电技术可以完美解决直流充电带来的风险和不便，从而极大推动电动汽车的发展。无线充电系统发射模块或接收模块端线圈可以由一个或多组形状或大小不同的线圈组成。采用双电源模式的DDQP分别驱动DD和Q线圈，通过ANSYS Maxwell仿真辅助设计，优化线圈结构及参数，并搭建试验平台开展试验，论证了一种高效率基于解耦DDQP结构的三相无线充电系统，最终通过实车验证，该充电系统线圈效率最高可达到92.97%。

  2025年04期 v.39;No.172 449-459页 [查看摘要][在线阅读][下载 1716K]
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信号检测、算法与仿真

• 基于SystemVue的微多普勒雷达校准信号生成方法

  王新齐;孙海洋;陈丁;沈岭南;杨子钰;

  微多普勒雷达可有效识别如人体步行姿态等微运动的微动特性，但针对此类雷达测量性能行之有效的校准信号生成方法尚不完善。因此，提出了一种采用半实物仿真平台手段来产生微多普勒模拟信号的方法，以便于对面向步行姿态的微多普勒雷达的校准。首先，介绍了步行姿态微动特性测量原理，分析了刚体平移和旋转运动特性，构建了关键部位散射点的行人姿态简化模型；然后，基于SystemVue雷达仿真软件，搭建面向步行姿态的微多普勒雷达半实物校准平台，利用正交调制和傅里叶变换提取分析了人体模型产生的微多普勒信号频率并生成微多普勒时频分布特征。经试验证明，由人体躯干的频率数据计算出的步行速度平均值和预设值的数值相对误差不超过3%，说明该方法是可行且可靠的。

  2025年04期 v.39;No.172 460-466页 [查看摘要][在线阅读][下载 1112K]
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• 滚筒洗衣机泄露气密检测方法研究

  李鹏;陆永华;陆元华;卢善周;马坤;

  为解决现行注水检测洗衣机泄漏存在的弊端，提高洗衣机整机密闭性检测的效率，提出了一种基于直压检测技术的气动无水检测方案，创新性地设计了检测盒工装，并根据洗涤剂盒内部尺寸设计密封件。基于STM32F1主控芯片进行气压模拟信号的采集及预处理，并实现系统气密性检测流程控制。在预处理阶段提出基于滑动平均和小波分析的去噪方法，运用快速傅里叶变换提取所需频段特征。并进行多孔径模拟泄漏试验，结果表明，在保证不泄漏时，0.120～0.963 Hz频段内的频率幅值都维持在最低水平。此外，针对信号低频特性制定泄漏判定标准，对某工厂多台待检测洗衣机进行泄漏检测试验，验证了所提方法和判定标准的可靠性。

  2025年04期 v.39;No.172 467-474页 [查看摘要][在线阅读][下载 1527K]
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• 基于复值卷积降噪自编码器去噪的矢量水听器DOA估计方法

  任晶;谭秀辉;白艳萍;王宏妍;续婷;程蓉;

  针对现有的基于实值卷积神经网络估计矢量水听器波达方向（Direction of Arrival, DOA）对阵列接收到信号的相位特征提取不充分的缺点，提出了一种基于复值卷积降噪自编码器（Complex-Valued Convolutional Denoising Autoencoder, CV-CDAE）和复值卷积神经网络（Complex-Valued Convolutional Neural Network, CVCNN）联合的矢量水听器DOA估计方法CV-CDAE-CNN。首先，将矢量水听器接收信号的复值协方差矩阵输入CV-CDAE模块去除噪声，之后，将去噪后的样本输入CV-CNN进行分类。其中，CV-CNN在下采样前使用双尺度膨胀卷积增大特征图的感受野，缓解下采样带来的信息损失。通过CV-CDAE去噪以及CV-CNN独特的处理复值方式实现角度分类，进而得到DOA估计值。仿真结果表明，所提出方法与现有的CV-CNN相比，在低信噪比或有限快拍数下泛化能力更强，DOA估计准确率更高，且具有更高的估计精度。

  2025年04期 v.39;No.172 475-482+490页 [查看摘要][在线阅读][下载 1559K]
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通信技术

• 一种基于频率选择表面的高增益超宽带单陷波天线

  武广乾;牛旭印;王少锋;

  为增强一种具有WLAN抑制特性的超宽带陷波天线的增益，设计了一种以FR4为介质基板的单层频率选择表面。所设计的频率选择表面由印刷在基板上的5×5圆形周期金属单元排列而成，每个周期单元包含两个半径不同的圆形环，整体尺寸为75 mm×75 mm；通过优化圆形环的结构和尺寸可以得到所需的传输特性，与天线集成后可以在不影响陷波性能的前提下提高天线增益。仿真结果表明，天线的工作频段为2.5～11 GHz，陷波频段为5.08～6.1 GHz。加载频率选择表面后，实测的S11曲线与仿真结果吻合良好，陷波性能未受影响，主要工作频段内的平均增益提高了3.96 dBi，呈现较好的定向辐射效果，验证了所设计的频率选择表面的有效性。

  2025年04期 v.39;No.172 483-490页 [查看摘要][在线阅读][下载 1664K]
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• 双频段透射反射型超表面及其在阵列天线的应用

  毛冲;韩国瑞;耿彦峰;张文梅;

  提出一种能独立调控幅度和相位的透射反射型超表面，能够在两个频段分别对前向波束和后向波束进行独立控制。所提出的超表面单元由三层金属和两层介质组成，上层I型结构和下层C型环结构的取向角和开口角分别调控反射与透射的幅度与相位，且透射与反射的极化相同，透射模式工作在12.9～15.4 GHz，反射模式工作在18.6～26.4 GHz。中间槽隙层消除了I型结构与C型环结构的干扰，使其透射波束与反射波束可独立调控，可以在所工作的频段范围内独立实现其功能。在此基础上，设计了一块双频多焦点超透镜，可以在指定位置形成焦点，验证了单元幅度相位独立调控能力。最后，设计、制作和测量了17×17的透射反射阵列天线，通过喇叭天线进行馈电。测量结果表明，透射阵列功能的峰值增益为19.60 dBi (1 dB增益带宽为18.69%)，反射阵列功能的峰值增益为26.60 dBi (1 dB增益带宽为26.98%)。所提出的透射反射阵列天线为在宽带范围内实现双向通信提供了新的方案。

  2025年04期 v.39;No.172 491-498页 [查看摘要][在线阅读][下载 2151K]
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• 主持人语

  李海涛;

  <正>随着高端装备轻量化与极端环境服役需求的日益增长,结构动力学与新型能量俘获技术已成为研究热点。振动系统的参数辨识可精准表征其动态响应特性,而振动能量收集技术则有助于实现自供能监测;相关研究对于推动装备安全运行、健康管理和智能运维的发展具有重要意义。在先进材料和新型结构的广泛应用背景下,结构在复杂动态载荷作用下的响应特性研究提出了更高要求。抗压缓冲性能以及侵彻机理研究有助于提升高性能武器装备的安全防护能力,并为其抗冲击设计提供理论依据。

  2025年04期 v.39;No.172 368页 [查看摘要][在线阅读][下载 484K]
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• 《测试技术学报》征稿启事

  <正>《测试技术学报》(ISSN 1671-7449 CN14-1301/TP)由中北大学和中国兵工学会主办,是“中国兵工学会测试技术学会”会刊,刊登有关测试技术的重点科研项目、基金项目的研究成果以及兵器及民用测试的应用技术,是“中国科技核心期刊”。本刊稿件来源于全国各大高校、研究院所及国外一些大学,在国内本专业学者中受到高度重视,重点关注测试技术与理论研究、光电信息与传感技术、故障检测、信号检测、数据采集、图像处理、通信技术等领域。本刊热忱欢迎国内外学者投稿,投稿要求及注意事项如下:(1)来稿具有较高的理论和应用价值。论点具有创造性,论据充分,条理分明,重点突出文字精炼,数据可靠,不披露属于技术保密范围的成果和数据资料。

  2025年04期 v.39;No.172 499页 [查看摘要][在线阅读][下载 330K]
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