2025年, 第44卷, 第01期　
刊出日期：2025-01-15

  

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  基于特征间几何约束的指针仪表读数识别方法

  刘昶, 卢景峰, 刘青

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 1-8.

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  在指针式仪表示值监控系统中，倾斜拍摄仪表图像时会导致识别结果出现偏差，为此提出一种基于仪表特征间几何约束的识别方法。首先利用一幅平铺于仪表上表面的平面标定板图像实现相机参数标定，生成仪表在标定平面上的虚拟图像；然后利用表壳上表面、刻度平面、指针平面与虚拟像平面间的平行关系，确定表壳圆的圆心、仪表刻度圆心、指针转轴中心特征间的透视投影约束关系，利用图像的极坐标变换和离散傅里叶变换提取仪表刻度圆心的最优位置及起始刻度线的角度，利用Hough变换的投票原理估计指针的转动角度；最后利用角度法实现仪表读数的解算。以某型号指针式温度计为测试对象进行实验验证，识别结果的平均误差为0.23℃,最大误差为0.7℃,本文方法能够准确识别仪表读数且识别精度优于人工读数。
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  基于改进LSTM的数码雷管模组印刷质量预测

  许可, 高宏宇, 宫华, 孙文娟

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 9-18+24.

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  由于数码雷管模组印刷过程中生产工艺复杂、强时序性等特点，其质量的精准预测已成为提高产品质量管理水平的关键。基于此提出一种改进长短期记忆(long short-term memory, LSTM)网络的数码雷管模组印刷质量预测模型。首先根据数码雷管模组印刷过程提炼机器运行参数、环境参数与检测参数作为印刷产品质量的原始特征，并对关键检测参数进行时序特征重构以增强特征表达能力；其次基于改进的LSTM网络建立数码雷管模组印刷特征提取框架，采用卷积神经网络提取空间特征避免LSTM挖掘高维印刷特征时隐含关系的不足，通过全局注意力机制自适应学习不同时刻印刷特征对印刷产品质量的贡献度，为LSTM提取的深层时序特征分配不同权值；最后以深层特征作为输入，通过全连接网络实现数码雷管模组印刷产品的质量预测。实验结果表明，相较于BP神经网络、门控循环单元网络、LSTM等预测方法，改进的LSTM网络有效提高了数码雷管模组印刷产品质量的预测精度。
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  基于特征解码的表情识别方法研究

  吴东升, 林玉婷, 徐鹏飞

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 19-24.

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  针对目前大多数面部表情提取未充分考虑语义特征以及个人独特面部特征导致面部表情识别准确性低的问题，提出一种基于特征解码的高效表情识别方法，称为FER-FD方法。该方法由两个模块组成，即特征解耦模块(FFD)和语义强化模块(VTS)。首先，FFD模块使用两个深度二维卷积神经网络从输入图像中提取面部和表情特征，面部特征解耦器将面部特征与表情特征解耦，以最大限度地减少个人独特面部特征的影响；其次，VTS模块采用两个关键思想以无监督的方式自动捕获面部运动，从而建立全局面部区域的深层语义信息；最后，将两个模块的特征串联起来，以更准确地预测样本的面部表情。实验结果表明，本文提出的特征解码方法在CK+数据集上获得了98.78%的准确率，对不同场景具有可扩展性和适应性，具有较好的泛化能力。
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  时间反转短参考正交双倍速DCSK调制方案

  隋涛, 李宏达

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 25-30+38.

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  为解决传统差分混沌移位键控(differential chaotic shift keying, DCSK)通信系统传输数据速率低以及安全性差的问题，提出一种时间反转短参考正交双倍速差分混沌移位键控通信系统(time-reversal short reference orthogonal double speed DCSK,TR-SR-ODBR-DCSK)。该方案利用Walsh函数产生两路正交的混沌信号调制两位数据信息，在同一个时隙内同时传输两个比特信息，信息传输速率提高了一倍，同时提高了通信系统的能量利用率；在此基础上将系统中传输的参考信号进行时间反转，消除同一时隙信号间的相关性，提高系统安全性及信号保密性。利用通用软件无线电外设(universal software radio peripheral, USRP)和LabVIEW仿真软件搭建半实物的仿真平台，仿真结果验证了混沌通信系统的可行性和有效性。
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  基于HPDE-YOLO的钢材表面缺陷检测算法

  冯迎宾, 刘文泽

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 31-38.

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  针对钢材表面缺陷检测算法精度低、计算量大等问题，提出一种基于YOLOv8n的检测算法HPDE-YOLO(high-level path aggregation dynamic efficient network-YOLO)。首先，引入高效多尺度注意力(efficient multi-scale attention, EMA)机制，与主干部分的C2f融合，增强特征提取能力，并采用C2f-Faster结构提高模型计算速度；其次，提出一种高级筛选双向特征融合金字塔与路径聚合网络(high-level screening-feature bidirectional fusion pyramid and path aggregation network, HS-FPAN),在多个尺度上同时增强语义特征，有效提升模型对细节的捕捉能力；最后，融合动态上采样模块DySample,进一步提升模型检测速度。在NEU-DET数据集上的实验结果表明，相较YOLOv8n模型，HPDE-YOLO模型检测的平均精度均值mAP@0.5达到84.2%,提升了5.7个百分点，裂纹类缺陷检测的平均精度均值mAP提升了26.88个百分点，参数量减少了45%,浮点运算量减少了32%。HPDE-YOLO模型在满足轻量化的同时能够有效提升钢材表面缺陷检测的精度，且易于移动端部署，满足工业生产需求。
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  基于混合滤波的RSSI无线网络测距算法

  刘姝廷, 张贺, 张媛媛, 杨超前

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 39-43.

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  针对基于ZigBee网络的节点接收信号强度指示(received signal strength indication, RSSI)在复杂环境测量会产生偏差的问题，提出一种基于混合滤波的无线网络测距算法。该方法在运用卡尔曼滤波的基础上融合了基于中值自适应加权高斯滤波的混合滤波，首先用卡尔曼滤波算法去除波动性较大的RSSI值，再利用中位值抗差性原理和自适应函数降低RSSI数据的波动。仿真实验结果表明，混合滤波无线网络测距算法能够较大程度减小异常值带来的波动，有效提高RSSI采样精度。
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  基于机器学习的镍基单晶高温合金蠕变寿命预测模型研究

  杜晓明, 陆瑶, 刘纪德

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 44-50.

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  构建合适的镍基单晶合金蠕变寿命预测模型，对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要意义。采用多项式回归、最近邻回归、支持向量机回归、决策树回归四种机器学习算法，建立镍基单晶高温合金蠕变寿命与合金成分、微观组织和蠕变工艺参数的关系模型，为镍基单晶高温合金的蠕变性能调控提供了新方法。基于蠕变寿命预测模型，系统地比较了四种算法和特征选择对模型性能的影响。结果表明，支持向量机回归模型的预测结果最优，相关性较高的四个特征依次为γ′固溶温度、Ta、W、Re。研究结果可为获得更有效的镍基单晶高温合金蠕变性能预测方法提供参考。
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  氯化胆碱-乙二醇-水媒介制备M型钡铁氧体及其相对结晶纯度研究

  于巧吉, 任本景, 孙钰琦, 许清馨, 王晓仪, 于爽, 孟锦宏

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 51-58.

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  采用氯化胆碱-乙二醇（CC-EG）部分取代水溶剂，以相对结晶纯度（RCP）为实验指标，依据7因素12水平均匀设计方案，经化学共沉淀方法制备得到高结晶度、高纯度的M型钡铁氧体(BaFe₁₂O₁₉)。通过对制备样品的XRD谱进行分峰拟合，计算各样品的RCP;经二次多项式逐步回归分析，建立RCP与主要合成因素（Fe/Ba摩尔比、CC-EG含量、pH、静置时间、预烧温度、焙烧温度、焙烧时间）间的回归模型；依据回归分析结果，探究模型中各项、各因素及因素间相互作用对RCP影响的主次顺序，揭示了将CC-EG引入BaFe₁₂O₁₉合成过程以提高其RCP的可行性。最优水平组合分析及验证实验结果进一步表明：以CC-EG部分取代水溶剂可提高BaFe₁₂O₁₉的结晶有序程度并降低其微观应变，因而可明显提高其RCP;XRD、SEM和VSM分析结果表明，RCP的提高明显有助于BaFe₁₂O₁₉片状颗粒径向尺寸和饱和磁化强度的提高；以氯化胆碱-乙二醇-水为媒介可制备性能优良的BaFe₁₂O₁₉。
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  多裂隙缺陷陶瓷轴承破坏机理研究

  郭鹏翔, 谷晓娇, 朱振伟

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 59-64+71.

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  针对氮化硅陶瓷轴承的多裂隙缺陷会影响其力学性能及使用寿命的问题，提出了一种结合离散元(DEM)仿真和FISH语言程序的方法研究轴承缺陷。首先，采用DEM对轴承进行建模，通过力学校准实验测定相关力学性能参数，并通过试错法进行细观参数的标定，采用FISH语言程序建立氮化硅陶瓷轴承简化模型，并在模型中预制不同倾角和数量的平行裂隙缺陷；然后，通过模拟和数值计算，研究了裂纹在不同倾角和数量裂隙缺陷下的演化规律，同时结合裂纹周围的速度矢量场，分析了裂纹扩展的复杂性。实验结果揭示了受压下多裂隙缺陷的陶瓷材料损伤破坏机制，可为陶瓷轴承加工工艺、故障诊断、力学性能及使用寿命等研究提供理论指导。
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  长直坑道内爆炸冲击波相似规律研究

  王新颖, 秦毅, 赵涯, 綦鸿力

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 65-71.

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  通过长直坑道内炸药爆炸后冲击波的超压峰值变化研究坑道内爆炸冲击波的相似规律。使用AUTODYN软件建立长直坑道仿真模型，采用映射方法将3.25 kg当量的球形TNT炸药在空气中的爆炸状态映射到长直坑道中，采用经典试验结果对模型进行验证。根据几何相似原理，通过改变坑道尺寸、坑道截面形状、炸点位置和炸药当量建立多组不同的模型，模拟计算得到坑道内爆炸冲击波的超压峰值，分析超压峰值的相似规律。结果表明，保持坑道截面积不变、改变截面形状及保持爆心距与炸药当量的比值不变、改变炸药当量，各模型计算得到的冲击波超压峰值具有相似规律。采用本文方法可对其他满足几何相似原理的坑道内爆炸冲击波参数进行预测，为地下空间设施的安全设计提供参考。
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  栅极几何结构对MIS栅结构常关p-GaN/AlGaN/GaN HEMTs性能的影响

  都继瑶

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 72-77.

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  高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors, HEMTs)具有高速开关和极高击穿电场等特性，在功率器件领域应用广泛。为提高HEMT器件性能，通过实验研究了栅极几何结构对具有金属/绝缘体/半导体(MIS)栅极结构的常关型p-GaN/AlGaN/GaN HEMTs性能的影响。栅极介质层采用5 nm厚的原位生长AlN,AlN/p-GaN界面呈现出更明显的能带弯曲和更宽的耗尽区，有利于阈值电压向正向偏移，且其相对较宽的能带错位有助于抑制栅极电流。实验结果表明：与栅极非覆盖区长度为0μm和6μm的MIS栅极相比，非覆盖区长度为3μm的MIS栅极可提高器件综合性能，有效抑制正向栅极电流，将阈值电压提高至3 V,并较好地保持电流密度为46 mA/mm;栅极结构中两侧没有栅极覆盖的区域在导通过程和导通状态下均可引起较大的沟道电阻，且沟道电阻随着非覆盖区长度增加而上升。
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  基底材料对润滑油中金属元素LIBS检测的影响

  赵静怡, 段皓, 蔡明洋, 李倩, 李业秋

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 78-84.

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  润滑油中金属元素的含量和成分的变化能反映发动机的使用状态。通过对比四种基底(Al、Ni、Zn、Cu)增强下润滑油中金属元素BaⅡ455.4 nm的激光诱导击穿光谱(LIBS)特性，对不同基底材料的激发效果进行了评价，并利用多元线性回归模型建立了Ba元素激发效果与基底元素物理特性的联系。结果表明：第一电离能、蒸发潜热、热传导率对润滑油中金属元素的激发效果影响较小，且呈正相关；相对原子质量、原子序数、熔化潜热、密度对润滑油中金属元素的激发效果影响较大，且呈负相关。该结果为润滑油金属元素LIBS检测过程中基底材料的选择提供了依据，并为提高金属元素检测准确率和检出限提供了一种可行性方案，对发动机故障检测有重要意义。
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  高光束质量平-凸谐振腔Nd∶YVO₄激光器

  栾智杰, 崔建丰, 王浪, 邬小娇, 李福玖, 岱钦

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 85-89.

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  采用一种由878.6 nm激光二极管（LD）端面抽运Nd∶YVO₄晶体，获得高光束质量的1 064 nm脉冲激光输出。使用Matlab软件对晶体热透镜焦距进行模拟分析，并通过软件计算选取合适的平-凸谐振腔腔型，缓解热效应的同时获得最佳输出状态。泵浦功率为48 W时获得平均输出功率15.03 W的1 064 nm连续光输出。通过磷酸钛氧铷（RTP）电光调Q的方式，在重复频率为10 kHz时获得了稳定的1 064 nm脉冲激光输出，最大输出平均功率为8.78 W,动-静转化比为72.9%,脉宽为8.70 ns,光束质量因子为1.2。实验结果表明：利用波长878.6 nm作为泵浦源并采用平-凸谐振腔的方式，有利于缓解晶体的热效应、提高光束质量、获得基模脉冲激光输出。
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  通风方式对非对称隧道火灾烟气蔓延的影响

  肖峻峰, 胡涛涛, 秦荣水, 梁至昕

  沈阳理工大学学报. 2025, 44(01): 90-96.

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  为研究非对称隧道内不同通风方式对火灾烟气蔓延的影响，利用PyroSim数值模拟软件构建非对称隧道模型，对隧道内烟气流速、温度分布和烟气运动进行研究，并分析了不同风速对人员疏散的影响。结果表明：上坡隧道内诱导气流与补充气流存在竞争关系，随着坡度差增大，烟气流速增加，烟气从上坡隧道排出，新鲜空气从平坡段隧道进入补充燃烧消耗；自然通风下隧道充满烟气，在纵向风速1.5 m/s下隧道环境得以改善；随着风速继续增大，隧道烟气流速紊乱，烟气层被扰乱。在实际非对称隧道中，建议火灾初期以1.5 m/s的纵向风速进行通风，待人员疏散后再增加风速加速排烟。