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液体微小流量测量技术研究进展

力学学报 2024年第6期56卷 1573-1584页

作者：侯立凯范旭金羽卓刘铭扬包福兵中国计量大学浙江省流量计量技术研究重点实验室杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

随着流体力学与生命科学、材料科学、医疗健康、能源环境和先进制造等多学科领域的交叉融合,微量液体与微流控技术逐渐在这些领域取得了广泛的应用.与此同时,液体微小流量(每分钟几微升、几纳升,甚至更低)的测量需求逐渐凸显出来.随着... 详细信息

随着流体力学与生命科学、材料科学、医疗健康、能源环境和先进制造等多学科领域的交叉融合,微量液体与微流控技术逐渐在这些领域取得了广泛的应用.与此同时,液体微小流量(每分钟几微升、几纳升,甚至更低)的测量需求逐渐凸显出来.随着特征尺度的减小,原有的液体流量测量技术已经无法满足测量准确度的要求,因此,需要流量测量技术的进一步发展来满足微小流量测量和传感器微尺度集成的需求.文章介绍了液体微小流量的应用背景和面临的主要问题,首先,根据测量过程中是否引入外界能量(例如电能、热能等),将现有的和正在开发的液体微小流量测量技术分为有源流量测量技术和无源流量测量技术;其次,分别对其包含的具体测量技术展开论述,主要包括质量流量测量技术(科里奥利和微谐振器)、热式流量测量技术(热损失型、热分布型和热脉冲型)、光流控流量测量技术(光致褪色)、压力转换流量测量技术(压差式、悬臂式和柔性膜形变)、粒子测速技术、重力测量技术和弯月面追踪技术等,并讨论了上述测量技术的传感测量原理、测量性能指标和优缺点;最后,结合液体微小流量测量技术的发展和先进测量体系的建设,总结了液体微小流量测量的应用前景和有待解决的挑战.

关键词：微小流量测量流量计微量液体传感器

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半参数变系数与支持向量机组合模型的BDS-3钟差短期预报算法研究

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：潘雄黄伟凯王聪赵万卓金丽宏武汉纺织大学计算机与人工智能学院中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院武汉纺织大学数理学院

针对卫星钟差序列中非线性特性较为复杂的问题，为了有效地分离周期项改正误差和顾及不能函数化的因素，提高钟差预报的精度，将钟差周期项模型扩充到半参数钟差模型。利用核估计方法，将核函数的窗宽参数与参数解算综合考虑，建立了半... 详细信息

针对卫星钟差序列中非线性特性较为复杂的问题，为了有效地分离周期项改正误差和顾及不能函数化的因素，提高钟差预报的精度，将钟差周期项模型扩充到半参数钟差模型。利用核估计方法，将核函数的窗宽参数与参数解算综合考虑，建立了半参数变系数模型，综合Score检验统计量和支持向量机，进行卫星钟差数据的参数解算、周期项改正分离、异常值识别和残差拟合。首先，引入核估计方法，利用泰勒展式将非参数分量进行修正，综合核函数和窗宽参数，利用三步估计方法得到半参数变系数模型的参数和周期项改正的估计值；然后，构造Score检验统计量进行异常值进行识别，提出了一种综合Score检验统计量的顾及周期项改正的半参数变系数钟差预报模型的异常值识别方法；最后，为了避免对观测值过拟合或拟合不足，对经过预处理的钟差残差数据，利用支持向量机进行进一步拟合，提高模型的拟合和预报精度，采用BDS-3卫星的钟差数据与常用方法进行了对比实验，验证了新方法的可靠性。实验结果表明，本文方法能够精确高效地对BDS-3钟差异常值进行定位，识别并分离周期项改正，有效地提高BDS钟差数据预处理的质量和效率。本文的组合预报模型预报精度优于传统的二次多项式模型、周期项和半参数模型，对于1h、6h和12h预报，本文模型预报BDS-3卫星钟差数据的平均精度优于0.1635 ns。

关键词： BDS钟差异常值半参数变系数模型支持向量机组合预报

基于BiLSTM模型的BDS-3短期钟差预报精度研究

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测绘学报 2024年第1期53卷 65-78页

作者：潘雄黄伟凯赵万卓张思莹张龙杰金丽宏武汉纺织大学计算机与人工智能学院湖北武汉430200 武汉纺织大学数理科学学院湖北武汉430200

提出了一种改进的北斗钟差预测模型,将传统的单向长短期记忆神经网络(LSTM)扩展为双向长短期记忆网络(BiLSTM),引入了3种自适应匹配超参数的算法提高钟差数据短期预报的精度。首先,对LSTM进行优化,建立BiLSTM模型,介绍了超参数的3种选... 详细信息

提出了一种改进的北斗钟差预测模型,将传统的单向长短期记忆神经网络(LSTM)扩展为双向长短期记忆网络(BiLSTM),引入了3种自适应匹配超参数的算法提高钟差数据短期预报的精度。首先,对LSTM进行优化,建立BiLSTM模型,介绍了超参数的3种选择方案(粒子群搜索(PSO)、麻雀搜索(SSA)和贝叶斯搜索(BOA)),并给出了相应的适用范围。然后,详细介绍基于超参数优化BiLSTM模型的钟差预报的步骤。最后,利用GFZ卫星钟差数据,从不同轨道类型、5 min采样间隔、15 min采样间隔等方面进行了1、6和12 h的单天和多天预报对比试验,并进行了相应模型的时间复杂度分析。试验结果表明,采用超参数方案优化后的BiLSTM模型在进行1、6和12 h预报时,相较于二次多项式模型、灰色模型、长短期记忆神经网络的模型和BiLSTM模型,平均精度可分别提升86.21%、83.32%、69.99%和55.17%。在3种优化方案中,使用PSO算法对IGSO类型卫星的优化效果较好;使用BOA算法对MEO类型卫星的钟差优化效果较好;使用SSA算法在整体上优化效果最好。虽然经过超参数优化后的BiLSTM模型训练时间相对常用模型较长,但预报速度较快,总体上能够满足实时预报时间要求。

关键词：钟差预报 BiLSTM 超参数优化神经网络

基于声学黑洞波动控制技术的槽型轨动力吸振器减振降噪特性研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 206-215页

作者：师多佳赵才友易强张明凯高鑫王平西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100044

轨道交通引起的环境振动噪声问题持续增加,即使目前具有多种控制效果良好的减振降噪措施,但仍有望做进一步的提升。在该研究中提出了一种新型的槽型轨道动力吸振器,将声学黑洞波动控制技术与动力吸振原理相结合。该吸振器设计的目标是... 详细信息

轨道交通引起的环境振动噪声问题持续增加,即使目前具有多种控制效果良好的减振降噪措施,但仍有望做进一步的提升。在该研究中提出了一种新型的槽型轨道动力吸振器,将声学黑洞波动控制技术与动力吸振原理相结合。该吸振器设计的目标是保证主结构强度与刚度的前提下,采用附加的声学黑洞阻尼振子作为吸能单元,对主结构的振动能量进行传递、吸收与耗散。为了研究声学黑洞型动力吸振器对槽型轨道振动特性和声辐射特性的影响,利用仿真分析对不同类型的动力吸振器下槽型轨道的位移导纳和振动衰减率进行了评估;采用滚动噪声预测模型计算分析了声学黑洞型动力吸振器的降噪效果并探究了其参数对轮轨振动噪声的影响规律。结果表明:槽型轨在800~1000 Hz频段内的一阶pinned-pinned在未采取措施的情况下振动响应显著,振动衰减率仅为0.68 dB/m,在安装了声学黑洞型动力吸振器之后轨道结构的振动衰减率上升到1.80 dB/m,提高率可达265%。

关键词：声学黑洞动力吸振器振动噪声控制有限元分析边界元分析

地铁小半径曲线段双非减振扣件系统横向力传递特性分析

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：赵才友张明凯赵炎南西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室西南交通大学土木工程学院

为探究地铁小半径曲线段上部锁紧式双层非线性减振扣件系统在服役时横向力的传递特性，通过室内试验测得荷载-位移曲线，根据实际尺寸建立减振扣件系统精细化有限元模型，在与试验对比验证的基础上，分析其内部的横向力传递过程及各个... 详细信息

为探究地铁小半径曲线段上部锁紧式双层非线性减振扣件系统在服役时横向力的传递特性，通过室内试验测得荷载-位移曲线，根据实际尺寸建立减振扣件系统精细化有限元模型，在与试验对比验证的基础上，分析其内部的横向力传递过程及各个部件的受力情况，并由此开展相关因素对减振扣件系统横向力传递的影响规律。结果表明：上部锁紧式双层非线性减振扣件系统在横向荷载的作用下，横向力的内部传递过程较为复杂，表现出明显的非线性特征；同时施加垂向和横向荷载时，减振扣件系统的整个横向传力过程分为工作边轨距块静摩擦力被克服、非工作边轨距块静摩擦力被克服、非工作边侧轨下垫板压缩变形、非工作边轨距块横向支承、轨下垫板静摩擦力增幅减缓5个阶段；钢轨轨底和轨距块之间的摩擦因数、扣压力是影响轨距块由最大静摩擦力变动摩擦力所需要外荷载大小的关键因素，摩擦因数越大，所需要的外荷载越大；而钢轨轨底与轨下垫板之间的摩擦因数对减振系统的横向力传递行为影响较小，这是因为钢轨轨底与轨下垫板之间一直都是静摩擦力，削弱了因摩擦因数的变化对整个横向力传递过程的影响。该研究旨在为今后减振扣件系统的横向刚度设计优化及轮轨动力学仿真计算提供实验依据和理论指导。

关键词：减振扣件系统室内试验有限元仿真横向力传递规律

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正交时频空间调制移动水声通信方法

声学学报 2024年第2期49卷 308-317页

作者：景连友薛哲凯何成兵史文涛殷洪玺西北工业大学海洋研究院太仓215400 大连理工大学信息与通信工程学院大连116024 西北工业大学航海学院西安710072

为提高移动水声通信可靠性,提出了一种基于正交时频空间(OTFS)调制的移动水声通信方法。针对水声信道长时延扩展的特点,设计了一种低复杂度交叉域Turbo迭代均衡算法,先在时域内对接收信号进行最小均方误差(MMSE)均衡,将均衡后的外部信... 详细信息

为提高移动水声通信可靠性,提出了一种基于正交时频空间(OTFS)调制的移动水声通信方法。针对水声信道长时延扩展的特点,设计了一种低复杂度交叉域Turbo迭代均衡算法,先在时域内对接收信号进行最小均方误差(MMSE)均衡,将均衡后的外部信息传递到时延-多普勒域进行软译码;再将译码后的软信息反馈回时域,作为下一次时域均衡的先验信息,实现均衡与译码的迭代检测。此外,针对OTFS水声通信中OTFS符号维度过大导致MMSE均衡复杂度过高的问题,采用了一种低复杂度MMSE算法,先利用矩阵对角线元素得到一组初始估计值,再将矩阵求逆问题转换为求解初始估计值与准确求解值之间的误差,继而通过对误差向量的不断迭代估计来实现低复杂度计算。湖试数据处理结果表明,所提方法可在最大移动速度4 kn的情况下实现OTFS信号的可靠检测。

关键词：移动水声通信正交时频空间调制迭代检测 Turbo均衡

吸湿耦合四点弯曲载荷条件下碳纤维复合材料的性能演变规律

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复合材料学报 2024年

作者：范燕生顾轶卓王俊涛石亮王绍凯李敏中国航空综合技术研究所检测与损伤评价中心北京航空航天大学材料科学与工程学院天目山实验室

为研究吸湿耦合四点弯曲载荷条件下碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能演变规律，通过自行设计的夹具施加四点弯曲载荷，并耦合5倍浓度模拟海水吸湿环境以模拟复合材料承载结构在海水中的服役条件。通过裂纹观测系统原位监测复合材料... 详细信息

为研究吸湿耦合四点弯曲载荷条件下碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能演变规律，通过自行设计的夹具施加四点弯曲载荷，并耦合5倍浓度模拟海水吸湿环境以模拟复合材料承载结构在海水中的服役条件。通过裂纹观测系统原位监测复合材料在力学实验过程中的损伤萌生与扩展，对比分析不同预处理条件对复合材料剩余力学性能及损伤模式的影响，分别通过四点弯曲、三点弯曲及短梁剪切力学试验，对预处理中复合材料的加载区域、等弯矩段进行评估。结果表明，预处理后复合材料的四点弯曲性能降低，一端加载处出现损伤破坏后，随之继续发生多次载荷下降直至最终失效发生；复合材料的等弯矩段短梁剪切性能无明显变化，三点弯曲力学试验结果表明预处理条件对等弯矩段的应力集中作用不显著。从而，预处理条件对加载区域影响显著，使其在失效过程中呈现出多断口扩展，伴随有层间裂纹扩展现象，而对等弯矩段无显著影响。

关键词：碳纤维复合材料四点弯曲模拟海水吸湿损伤模式

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环五孔稀疏孔径系统成像性能研究

光子学报 2024年第7期53卷 135-144页

作者：朱剑凯梁永辉刘冀林霍卓玺杨慧哲国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室长沙410073 中国航天科技创新研究院北京100176 中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100081

稀疏孔径系统作为高分辨率成像解决方案,其成像性能却受子孔径之间活塞误差和各独立子孔径波前残差强烈影响。以均匀环五孔构型为研究对象,通过对点扩散函数和调制传递函数的表征,数值模拟得到了该构型的成像相关误差指标。从频域覆盖... 详细信息

稀疏孔径系统作为高分辨率成像解决方案,其成像性能却受子孔径之间活塞误差和各独立子孔径波前残差强烈影响。以均匀环五孔构型为研究对象,通过对点扩散函数和调制传递函数的表征,数值模拟得到了该构型的成像相关误差指标。从频域覆盖无截断的角度分析了环五孔构型的填充因子,选择范围为27.8%至68.5%。以斯特列尔比(大于0.80)为评价准则,填充因子为43.2%时的子孔径之间的活塞误差最大容忍度约为λ/6,含有独立自适应光学系统的各子孔径的波前残差均方根最大容忍度约为λ/14。填充因子的选择范围从根本上受到子孔径波前残差的限制,而子孔径之间的共相则需以一定的自适应光学校正水平为前提。

关键词：稀疏孔径系统环五孔构型干涉成像波前残差填充因子

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城市轨道交通S型曲线夹直线与长直线地段振动对比试验研究

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噪声与振动控制 2024年第2期44卷 178-184页

作者：张明凯赵炎南许以凯赵才友易强西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学土木工程学院成都610031 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081

夹直线在一定程度上可以保证线型连续和行车平顺,但过短的夹直线长度会导致振动叠加,影响旅客舒适度和列车运行的稳定性,增加运营维护成本。本文通过对城市轨道交通S型曲线夹直线与长直线地段振动对比试验研究,从时域、时频域、振动加... 详细信息

夹直线在一定程度上可以保证线型连续和行车平顺,但过短的夹直线长度会导致振动叠加,影响旅客舒适度和列车运行的稳定性,增加运营维护成本。本文通过对城市轨道交通S型曲线夹直线与长直线地段振动对比试验研究,从时域、时频域、振动加速度级及地面Z振级等方面对获得的数据进行分析,解释了夹直线段振动叠加的产生机理,验证了车体垂向加速度峰值在缓直点处会出现峰值提前现象,并阐述了夹直线段的振动叠加现象对地面环境振动的影响。结论如下:车辆在通过S型曲线线形变化点时产生的冲击振动会通过钢轨以弹性波的形式向前传播,与车辆在夹直线段行驶产生的振动叠加;由于弹性波的形式传播的速度远高于车辆行驶速度,因此会导致夹直线段出现振动加速度峰值提前现象;S型曲线夹直线的垂向振动加速度的优势频率要高于长直线段,且更向高频分散;S型曲线夹直线产生的振动叠加现象不会对地面环境振动产生影响。

关键词：振动与波地铁 S型曲线夹直线试验研究环境振动弹性波