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多层结构声表面波温度传感器的研究与设计

多层结构声表面波温度传感器的研究与设计

作者：吴展翔华中科技大学

学位级别：硕士

声表面波技术是一门结合声学、压电材料以及微电子技术等为一体的新技术。基于声表面波技术的传感器在实际应用中，具有无源无线、安全稳定、灵敏性高等优点，已经在诸如高压电气开关柜温度实时监测等方面得到了初步应用。与传统声表... 详细信息

声表面波技术是一门结合声学、压电材料以及微电子技术等为一体的新技术。基于声表面波技术的传感器在实际应用中，具有无源无线、安全稳定、灵敏性高等优点，已经在诸如高压电气开关柜温度实时监测等方面得到了初步应用。与传统声表面波器件仅有单一的基底材料相比，多层结构声表面波器件在基底材料上镀了不同材料的薄膜，这样可以有针对性的改善传统声表面波器件机电耦合系数较低等的一些缺陷，提高器件的性能，并增加了许多其他特性。目前多层结构声表面波器件主要用于通信和信号处理领域。本文将其应用于传感领域，研究其性能特性，并制作和测试ZnO/石英结构的多层结构声表面波温度传感器。本文的主要内容分为三部分：第一部分为多层结构器件中声表面波的传播特性的研究。从质点的受力分析出发，结合力学与电磁学定律，我们推导了压电材料中声表面波的传播速度求解方法，并以此为基础得到多层结构器件中描述声表面波传播特性的状态方程以及其求解方法。接着利用以上理论得到了表面有效介电常数、频散曲线以及机电耦合系数等的表达式，并计算了ZnO/石英结构的声表面波器件中的上述特性。第二部分是对多层结构声表面波温度传感器进行仿真与设计。使用有限元（FEM）软件对以上结构器件进行了建模和仿真，以研究叉指换能器结构参数的变化对器件性能的影响。接着根据多层结构器件的频散特性改进了传统δ函数模型，利用改进后的模型对器件进行了仿真和设计。最后对制作出的多层结构声表面波温度传感器进行了测试，然后分析了测试中出现问题的可能原因。第三部分是对无源无线声表面波温度传感系统的组成进行了研究，研究了系统中各部分的工作原理以及运作机制。

关键词：声表面波多层结构温度传感器频散特性

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声表面波温度传感器的仿真与设计

压电与声光 2014年第1期36卷 8-11页

作者：吴展翔刘文卢小荣华中科技大学武汉光电国家实验室湖北武汉430074 常州智梭传感科技有限公司江苏常州213164

利用有限元软件COMSOL对声表面波温度传感器进行仿真。声表面波温度传感器基底材料为YX-切石英单晶,并在石英上镀ZnO薄膜,叉指换能器和反射栅采用铝电极。通过仿真研究了叉指换能器的高度、金属化率变化对声表面波温度传感器性能的影响... 详细信息

利用有限元软件COMSOL对声表面波温度传感器进行仿真。声表面波温度传感器基底材料为YX-切石英单晶,并在石英上镀ZnO薄膜,叉指换能器和反射栅采用铝电极。通过仿真研究了叉指换能器的高度、金属化率变化对声表面波温度传感器性能的影响,并根据仿真结果设计和制作了一种镀ZnO薄膜的SAW温度传感器。测试结果表明,制作的传感器灵敏度较高(8.8kHz/℃),误差小,具备良好的温度-频率特性。

关键词：声表面波温度传感器 ZnO薄膜叉指换能器 COMSOL

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环境美学:日化品牌与可持续包装的视觉传达

日用化学工业（中英文） 2024年第4期54卷 I0016-I0017页

作者：吴展齐兰州石化职业技术大学数媒与印刷工程学院

对于日化品牌而言,包装是必不可缺的部分,承载着品牌的精神和灵魂,影响着消费者的购买欲望及行为。在大力推进新时代生态文明建设过程中,公众对于生态环境的关注度不断提高,对日化品牌包装提出了全新要求,迫切需要推进可持续包装,在减... 详细信息

对于日化品牌而言,包装是必不可缺的部分,承载着品牌的精神和灵魂,影响着消费者的购买欲望及行为。在大力推进新时代生态文明建设过程中,公众对于生态环境的关注度不断提高,对日化品牌包装提出了全新要求,迫切需要推进可持续包装,在减少品牌生态足迹的同时,凸显环境美学所推崇的人与人、人与自然、人与社会和谐共处的审美观念,将自然生态环境之美与现代日化品牌包装之美结合起来,打造独特的视觉感受。基于淳朴的自然价值观、可持续发展的环境美学理念开展日化品牌包装设计已成必然发展趋势,通过深化对于环境美学审美价值的认知,兼顾人文发展与生态发展,创新日化品牌包装设计思路及方式,优化包装视觉传达效果,使日化品牌更具自然韵味,被广大消费者所接受和熟知,塑造日化品牌个性与识别性,实现销量提升与品牌塑造的双赢效果。

关键词：日化品牌购买欲望环境美学自然价值观生态环境生态文明建设生态足迹品牌塑造

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基于牛牙几何特征的仿生研磨副结构协同设计

机械工程学报 2024年

作者：王金栋吴展扬谢宇鸿西南交通大学机械工程学院

研磨副表面形状是制约粉体加工质量的关键因素。面向粉体加工领域高细度、低温升的粉碎需求，围绕典型旋转式研磨副性能提升，受反刍动物牙齿功能机制启发，建立一种基于牛牙几何特征的仿生多级研磨副结构协同设计新方法。采用逆向工程... 详细信息

研磨副表面形状是制约粉体加工质量的关键因素。面向粉体加工领域高细度、低温升的粉碎需求，围绕典型旋转式研磨副性能提升，受反刍动物牙齿功能机制启发，建立一种基于牛牙几何特征的仿生多级研磨副结构协同设计新方法。采用逆向工程重构牛牙的三维模型，通过仿生耦元提取与表征，对仿生多级研磨副结构进行设计；引入离散单元法模拟半夏破碎过程，构建仿生研磨副结构参数与破碎率、破碎热和断裂时长的Kriging代理模型，提出一种混合加点动态更新代理模型与NSGA-II算法结合的仿生多级研磨副结构参数多目标优化方法，实现仿生多级研磨副最佳结构参数集成，并通过试验对该设计方法的有效性进行验证分析。

关键词：研磨副牛牙仿生设计结构优化

一种基于自适应时钟和波纹减少环路的高精度电流反馈仪表放大器

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仪器仪表学报 2024年

作者：胡炜吴展鹏程捷文魏榕山福州大学物理与信息工程学院

电流反馈仪表放大器芯片因其高精度、高共模抑制比等优势，广泛应用于微弱信号检测。传统CFIA利用斩波技术降低1/f 噪声和失调电压以提升放大器精度，但额外引入斩波波纹会显著限制其精度提升。为此，本文提出一种基于自适应时钟和波纹... 详细信息

电流反馈仪表放大器芯片因其高精度、高共模抑制比等优势，广泛应用于微弱信号检测。传统CFIA利用斩波技术降低1/f 噪声和失调电压以提升放大器精度，但额外引入斩波波纹会显著限制其精度提升。为此，本文提出一种基于自适应时钟和波纹减小环路的新型电流反馈仪表放大器ARCFIA，该放大器针对传统斩波放大器波纹，采用波纹减少环路RRL对其抑制，并借助自适应时钟ACLK，将斩波开关的输入参考噪声谱密度降低。实验结果表明，ARCFIA实现了低于1.4 μV的低失调电压和17.2 nV/√Hz的输入参考噪声，同时波纹被减少到ARCFIA噪声基底以下，通过减小失调、噪声和波纹，实现了精度的进一步提升。此外，ARCFIA还具有一定潜力应用于复杂环境下的高精度测量系统。

关键词：高精度低噪声低失调波纹减少自适应时钟电流反馈仪表放大器

基于机器学习的农业水资源利用效率评价与分析

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中国农村水利水电 2024年第9期 188-195页

作者：吴展王春晓上海海洋大学经济管理学院上海201306

为提升我国北方农牧交错带农业水资源利用效率,研究旨在提出一种基于机器学习极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法的农业水资源利用效率评价和分析框架。首先,利用熵权TOPSIS(Technique for Order Preference by Simil... 详细信息

为提升我国北方农牧交错带农业水资源利用效率,研究旨在提出一种基于机器学习极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法的农业水资源利用效率评价和分析框架。首先,利用熵权TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)模型对北方农牧交错带七省区2008年至2021年的农业水资源利用效率进行测度;其次,将效率值作为XGBoost回归预测算法的先验样本进行训练测试,并使用贝叶斯优化(Bayesian Optimization,BO)算法对极限梯度提升回归预测模型的超参数进行优化。此外,应用五折交叉验证对TOPSIS-XGBoost回归模型结果进行稳健性检验;最后采用SHAP(Shapley Additive Explanation)模型系统分析影响北方农牧交错带七省区农业水资源利用效率的关键驱动因素。研究结果表明:2008年至2021年的北方农牧交错带七省区农业水资源利用效率整体有所提高,平均效率值由2008年的0.328上升至2021年的0.437,但总体效率均值较低;2021年河北省、宁夏回族自治区、辽宁省、陕西省和内蒙古自治区的农业水资源利用效率相对较高,效率值分布在0.40至0.59之间;甘肃省和山西省的农业水资源综合利用效率较低,效率值分别为0.33和0.31;BO-XGBoost回归预测模型测试集的R2较基准XGBoost模型提高了2.63%,且五折交叉验证的R2均值为0.96,表明模型误差较小,具有良好的预测性能和稳健性;供水模数、有效灌溉率以及农业规模化程度是影响七省区农业水资源利用效率的关键驱动因素。TOPSIS-BO-XGBoost-SHAP模型可为我国农业可持续发展提供科学参考和技术支持。

关键词：机器学习农业水资源利用效率北方农牧交错带 XGBoost回归算法 SHAP模型

基于参数优化VMD与XGBoost算法的玉米蛋白粉价格预测

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饲料研究 2024年第13期47卷 178-183页

作者：吴展王春晓上海海洋大学经济管理学院上海201306

玉米蛋白粉价格稳定对饲料工业可持续发展和国家粮食安全具有重要意义,但其价格序列具有非平稳、非线性特征,难以精确预测。试验旨在基于XGBoost算法,构建玉米蛋白粉价格预测模型。首先,利用鲸鱼算法(WOA)优化变模分解(VMD)的K值和惩罚... 详细信息

玉米蛋白粉价格稳定对饲料工业可持续发展和国家粮食安全具有重要意义,但其价格序列具有非平稳、非线性特征,难以精确预测。试验旨在基于XGBoost算法,构建玉米蛋白粉价格预测模型。首先,利用鲸鱼算法(WOA)优化变模分解(VMD)的K值和惩罚参数,对原始价格序列进行自适应分解,降低数据噪声。其次,将Pearson特征筛选后的变量作为极限梯度提升树(XGBoost)模型的输入,进行训练和测试。最后,使用10折交叉验证和学习曲线检验模型性能,并结合SHAP模型分析关键影响因素的非线性效应。结果显示,上一期豆粕期货价格对本期玉米蛋白粉价格波动具有显著的正向影响。研究表明,贝叶斯算法(BO)优化的XGBoost模型具有较好的预测性能,优于基准模型。

关键词： XGBoost算法价格预测玉米蛋白粉变分模态分解 SHAP模型贝叶斯优化

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磁性聚苯胺吸附材料的制备及对碘的吸附性能研究

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湿法冶金 2024年第3期43卷 284-292页

作者：张祎鹏吴展华中国原子能科学研究院北京102413

研究了以聚苯胺(PANI)包覆四氧化三铁制备Fe_(3)O_(4)@PANI磁性吸附材料,并用于吸附水中的碘单质。采用SEM、TEM、FT-IR、XRD、VSM、XPS和Raman等方法对该复合材料吸附前后的形貌与性质进行表征,探究了该复合材料的吸附机制,同时考察了... 详细信息

研究了以聚苯胺(PANI)包覆四氧化三铁制备Fe_(3)O_(4)@PANI磁性吸附材料,并用于吸附水中的碘单质。采用SEM、TEM、FT-IR、XRD、VSM、XPS和Raman等方法对该复合材料吸附前后的形貌与性质进行表征,探究了该复合材料的吸附机制,同时考察了吸附时间、碘溶液浓度、吸附温度及再生对吸附性能的影响。结果表明:聚苯胺包覆四氧化三铁吸附溶液中的I_(2)时,碘分别与聚苯胺的苯环、醌环及醌环结构单元的氮原子结合;Fe_(3)O_(4)@PANI对I_(2)的吸附为自发吸热的过程,符合准二级动力学模型与Langmuir等温吸附模型;在303.15 K时,理论最大吸附量为1777.13 mg/g,负载吸附剂用乙醇脱附并循环使用3次后,其吸附率可达第1次吸附率的44.22%。

关键词：磁性吸附材料聚苯胺四氧化三铁碘制备吸附

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基于临界半衰期的连续流反应热安全风险评估方法

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含能材料 2024年第3期32卷 298-311页

作者：盛敏田均均王芳芳李玮晔吴展华华东理工大学反应安全中心上海200237 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

为了更好地评估连续流反应热安全风险,研究以通道式反应器为例,通过构建基于热量衡算和物料衡算的反应体系模型,对连续流反应体系的实际传热量和热安全风险进行了研究。针对通道式反应器进口端的绝热温升反应现象,提出了临界半衰期作为... 详细信息

为了更好地评估连续流反应热安全风险,研究以通道式反应器为例,通过构建基于热量衡算和物料衡算的反应体系模型,对连续流反应体系的实际传热量和热安全风险进行了研究。针对通道式反应器进口端的绝热温升反应现象,提出了临界半衰期作为热安全判据的方法,获得了具有热安全高风险的两大反应条件,分别为:当目标反应产热总量大于800 J·g^(-1),且该反应在反应温度下半衰期小于临界半衰期;当分解反应产热总量大于800 J·g^(-1),且目标反应在反应温度下半衰期小于临界半衰期,同时分解反应在100%MTSR(工艺反应能够达到的最高温度)下半衰期也小于临界半衰期。并且通过氯苯硝化反应验证其准确性和实用性,结果显示,通道式反应器在该条件下可发生分解爆炸反应,证实了该评估方法可用于确定连续流反应热安全的高风险条件。

关键词：通道式反应器传热速率绝热温升反应反应安全风险评估方法分解爆炸事故