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基于DMM-EKF的超级电容器剩余使用寿命预测

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机械工程学报 2024年第14期60卷 306-316页

作者：楼功茂林文文王宇作宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 宁波大学先进储能技术与装备研究院宁波315211 宁波大学浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室宁波315211

超级电容器是一种新型的电化学储能器件,具有循环寿命长、功率密度高、工作温度广等优势,已在轨道交通、工业节能和电网调频等领域广泛应用。准确评估超级电容器的健康状态及剩余使用寿命,对优化储能管理系统,消除安全隐患至关重要。为... 详细信息

超级电容器是一种新型的电化学储能器件,具有循环寿命长、功率密度高、工作温度广等优势,已在轨道交通、工业节能和电网调频等领域广泛应用。准确评估超级电容器的健康状态及剩余使用寿命,对优化储能管理系统,消除安全隐患至关重要。为此,提出一种基于衰退模式匹配(Decay mode matching,DMM)和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter,EKF)的预测方法,实现超级电容器剩余使用寿命的准确预测。在历史衰退数据库的基础上,采用豪斯多夫距离来选取与被预测超级电容器衰退模式最匹配的历史衰退过程,即相似衰退过程。基于双指数经验模型建立面向容量衰退的系统模型和量测模型,以相似衰退过程的双指数拟合结果作为初始参数,使用扩展卡尔曼滤波算法进行超级电容器的剩余使用寿命预测。试验结果表明,所提出方法具有较高的预测精度,且鲁棒性好,在两种不同噪声下不同工况单体预测误差均低于1.4%。

关键词：超级电容器剩余使用寿命扩展卡尔曼滤波双指数模型衰退模式匹配

基于并行计算平台的太赫兹雷达ISAR高分辨成像技术研究

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基于并行计算平台的太赫兹雷达ISAR高分辨成像技术研究

作者：罗功伟电子科技大学

学位级别：硕士

面向光纤多参数传感器的低功耗解调系统研究与应用

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面向光纤多参数传感器的低功耗解调系统研究与应用

作者：吴则功齐鲁工业大学

学位级别：硕士

光纤光栅具备本质安全、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优势。目前,基于光纤光栅的温度、压力、应变、位移等多参数传感器已经逐步应用于煤矿、桥梁,航天等领域。光纤光栅解调系统用于解调传感器的波长信息,是整个传感网络的重要一环。... 详细信息

光纤光栅具备本质安全、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优势。目前,基于光纤光栅的温度、压力、应变、位移等多参数传感器已经逐步应用于煤矿、桥梁,航天等领域。光纤光栅解调系统用于解调传感器的波长信息,是整个传感网络的重要一环。但现有的解调系统存在功耗高、成本高、体积大等问题,不适用于所需监测点较少、供电困难的场景中。为解决上述问题,本文开展低功耗、低成本、高精度的光纤光栅解调系统研究。主要研究内容如下:(1)说明了本文的研究背景及意义,并介绍了光纤多参数传感器的发展以及光纤光栅解调技术的进步。阐述了光纤光栅的结构以及光纤光栅的温度、应变感知原理,同时对比现有的光纤光栅解调方法,将扫描激光器法作为最终选择。(2)提出了使用乙炔吸收光谱自校准的光纤光栅解调系统,该系统使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为光源,并利用乙炔吸收峰作为波长参考用于解调光纤光栅。其中为降低系统功耗未对激光器使用温度控制,通过研究激光器在0～40°C时的波长重叠范围,进而确定解调系统在该温度范围内运行时的波长解调范围。另外设计了散热装置促进激光器散热,使解调系统在间歇工作模式时提高了电能利用效率。在处理乙炔吸收峰的归一化数据中,根据吸收峰的强度不同作为重要的识别特征,提出了基于定位特征峰、辅助峰的吸收峰识别算法,另外使用吸收峰分割算法将识别后的吸收峰序列进行分割,对分割后的各个单峰区域单独寻峰。最终实验结果表明解调系统的波长重复性为±3pm,波长精度为±2pm,运行功耗降低至0.264W。(3)基于低功耗解调系统,搭建了应用于煤矿巷道的多参数监测系统。为了满足实际监测需要,设计了一种大量程的光纤顶板离层传感器,并在实验室中使用低功耗解调系统对光纤顶板离层、锚索应力以及温度等多参数传感器进行测试,实验结果表明低功耗解调系统的位移解调精度为±2mm、压力解调精度为±4k N。在实际应用中使用容量为20Ah的电池供电,计算得到低功耗解调系统在间歇工作模式时的运行时长至少为100天。最终解调系统还监测到巷道顶板的伪顶岩层存在17.5mm的塌陷量,证明了该解调系统在实际应用中具备较好的可行性、可靠性。

关键词：低功耗解调系统光纤多参数传感器乙炔吸收峰垂直腔面发射激光器

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不同海拔铁心杉群体遗传多样性研究

不同海拔铁心杉群体遗传多样性研究

作者：谢功良中南林业科技大学

学位级别：硕士

铁心杉(Iron-Heart Cunninghamialanceolata)是发现于小溪国家级自然保护区的一个杉木新品种,具有纹理密实、耐腐性良好、心材呈深棕色且心材率高等特点,其木材基本密度也显著优于其他杉木,材质优良,开发潜力巨大。本研究以来自小溪国... 详细信息

铁心杉(Iron-Heart Cunninghamialanceolata)是发现于小溪国家级自然保护区的一个杉木新品种,具有纹理密实、耐腐性良好、心材呈深棕色且心材率高等特点,其木材基本密度也显著优于其他杉木,材质优良,开发潜力巨大。本研究以来自小溪国家级自然保护区的四个不同海拔铁心杉群体的98个样本为研究对象,利用形态学标记与SNP分子标记技术,开展表型多样性、遗传多样性分析,并探讨了表型性状与海拔气候因子之间的相关性,旨在明确不同海拔梯度上铁心杉的遗传多样性特征、遗传分化及变异模式,探究海拔气候因素对铁心杉表型性状的变异的可能作用机制,为铁心杉种质资源的保护和合理利用提供科学策略。研究的主要结果如下:(1)不同海拔铁心杉群体的的巢式方差分析结果表明,除叶宽、木材基本密度、吸水率外,铁心杉的叶表型性状和木材性状在群体间具有显著或极显著的差异;群体内方差分析表明,12个叶表型性状均存在极显著差异,而7个木材性状在群体内无显著差异。随着海拔升高,叶表型性状(13.95%～18.52%)与木材性状(10.27%～14.77%)的变异系数整体上均呈现下降趋势,揭示了中低海拔的铁心杉群体相较于高海拔群体拥有更高的表型多样性,形成了一个L=M>H的变异模式。(2)对12个叶表型性状相关性分析表明,针叶厚、比叶面积、比叶重等3个性状与海拔气候因子均呈极显著相关,而针叶宽、单叶鲜重与海拔及气候因子均无显著相关,单叶面积等其余7个叶表型性状与海拔气候因子存在部分相关性。木材性状与海拔气候因子的相关性分析表明,心材比、管胞长、管胞宽、管胞长宽比等4个性状与海拔气候因子存在显著或极显著相关,而木材密度、吸水率与海拔气候因子无显著相关性,平均年轮宽度与管胞宽与海拔气候因子表现为部分相关性。(3)通过随机森林分析,研究发现在中低海拔梯度上,海拔因子是影响叶表型性状和木材性状变异的主导环境因子。然而,随着海拔的升高,海拔因子对木材性状变异的贡献率逐渐减少,而气候因子的影响相对增强,其中温度对表型变异的影响超过了降水。(4)通过GBS测序共获得9852113个SNP标记,样本平均杂合率为5.85%,获得SNP的平均完整度为33.93%。系统发育树的结果显示,98个铁心杉样本被分为三个类群,且来自不同海拔的样本并没有按照海拔高度聚合,而是分散在各个类群中。与叶表型性状和木材性状的聚类分析结果相类似。这些发现一致表明,铁心杉的分布并不遵循海拔和地理距离的规律。群体遗传结构结果则表明,所有的铁心杉样本可能为1个亚群。主成分分析也表明来自不同海拔群体的铁心杉样本基本聚为一簇。因而通过群体遗传分析可知,不同海拔铁心群体并无显著遗传分化,暗示所有铁心杉群体可能属于同一亚群。这表明不同海拔铁心杉群体的表型变异主要受环境因素的影响,而非遗传变异所驱动。(5)根据现有研究结果,我们提出以原地保护为主,异地保存与利用的铁心杉资源保护与利用策略。在铁心杉资源保护方面,要维持不同海拔铁心杉的表型和遗传多样性。中低海拔群体的高变异性为育种提供了丰富的遗传资源,而高海拔群体的保护则有助于维持其独特的适应性特征。在铁心杉资源保存与利用时,要注重收集来自不同海拔群体的铁心杉资源,促进不同海拔群体间的基因交流,从而有助于增加遗传多样性,提高种群的适应能力和抵抗力。但同时要侧重对群体内优良个体选择,以获得具有代表性的核心种质资源。

关键词：铁心杉叶表型木材性状遗传多样性海拔

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热压钕铁硼永磁环反挤压工艺研究

热压钕铁硼永磁环反挤压工艺研究

作者：杜纪功烟台大学

学位级别：硕士

钕铁硼永磁材料磁性能优异,在航空航天、汽车、军事等诸多领域有广泛应用,反挤压工艺因为可以实现近终成型和所需模具较少等优点而应用在热压钕铁硼永磁环的制备过程中,但制备出的永磁环因易开裂和成形性能不高等缺点,导致其生产效率和... 详细信息

钕铁硼永磁材料磁性能优异,在航空航天、汽车、军事等诸多领域有广泛应用,反挤压工艺因为可以实现近终成型和所需模具较少等优点而应用在热压钕铁硼永磁环的制备过程中,但制备出的永磁环因易开裂和成形性能不高等缺点,导致其生产效率和应用前景受限。本文首先通过高温热模拟压缩实验获得材料的应力应变曲线,分析压缩后样品微观形貌。然后利用Deform软件建立热压钕铁硼永磁环的反挤压模型,深入研究工艺参数对反挤压过程中等效应力、等效应变、损伤及挤压载荷等特性的影响,为热压钕铁硼永磁环的反挤压工艺提供可靠的技术支持。主要结论如下:(1)钕铁硼永磁材料的热模拟应力应变曲线表明,随着变形温度的升高,应力呈现先降低后升高的趋势,当温度超过800℃时应变速率成为主导参数。微观组织观察表明,钕铁硼材料达到一定温度时出现粗晶组织,该区域富钕相聚集,是导致磁环开裂的重要原因。产生的原因主要是快淬带两侧的冷却速率不同。(2)研究了背压板压强和凸模倒角半径对反挤压工艺的影响。随着背压板压强增大,挤压过程中的等效应力和损伤减小,挤压载荷和轴向应力增大且不稳定,对等效应变的影响较小。此外,随着倒角半径增大,等效应力和损伤逐渐小,当倒角半径为2 mm时,挤压过程中载荷波动最小。(3)研究了挤压速度、摩擦系数和初始温度对热压钕铁硼反挤压特性的影响。随着凸模挤压速度的增加,圆环件的等效应力与等效应变逐渐增大,尤其是等效应力变化更显著。损伤先减小后增大,当挤压速度为0.5 mm/s时,圆环损伤区域最小。此外,摩擦系数对等效应力和等效应变的影响较小,对损伤的影响呈线性关系,摩擦系数为0.25时挤压载荷输出较为稳定。温度升高可以增强材料的塑性变形能力,对热压钕铁硼来讲,在700℃-800℃的温度范围内,可以明显降低圆环的损伤分布和轴向应变差值,圆环的变形均匀性明显提升。

关键词：热压钕铁硼永磁材料反挤压变形有限元法模具结构工艺参数

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小样本条件下滚动轴承故障诊断方法研究

小样本条件下滚动轴承故障诊断方法研究

作者：邓功也太原科技大学

学位级别：硕士

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面向桥梁既有裂缝的智能监测系统研究与实现

面向桥梁既有裂缝的智能监测系统研究与实现

作者：蔚承功齐鲁工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着大型桥梁建设数量的不断增加以及形式和功能的日益复杂,桥梁的结构健康监测技术变得越来越重要。裂缝作为桥梁工程中最主要的病害之一,能否对其进行及时的监测和养护关系到桥梁的安全性和耐久性。通过对桥梁裂缝应变的监测,... 详细信息

近年来,随着大型桥梁建设数量的不断增加以及形式和功能的日益复杂,桥梁的结构健康监测技术变得越来越重要。裂缝作为桥梁工程中最主要的病害之一,能否对其进行及时的监测和养护关系到桥梁的安全性和耐久性。通过对桥梁裂缝应变的监测,可以对桥梁结构的受力现状和发展趋势进行评估和预测。现有的针对于桥梁既有裂缝的监测方式及设备由于布线困难、安装位置受限以及易受外界干扰等问题,其监测范围和效果受到限制,已难以满足现代工程监测的需求。对此,本文设计并实现了一种面向桥梁既有裂缝的智能监测系统,通过先进的传感器技术、无线通信技术、嵌入式系统技术和数据处理算法,大大提高了系统的部署灵活性、实时性以及扩展性,实现了对桥梁既有裂缝的高精度实时监测。本文针对于桥梁既有裂缝的智能监测系统设计与实现主要完成了以下工作:(1)本文通过对硬件系统的设计优化,成功实现了硬件数据采集端的小型化,提升了系统整体性能和便携性,同时确保了监测过程中数据的准确性和可靠性。设计过程主要包括硬件组件的选择、布局优化和信号处理技术的高效应用,最大化地提高了硬件的工作效率和数据处理能力。这种小型化设计使得系统能够在各种环境中高效、准确地完成数据采集任务,为用户提供了一个高性能、高精度和易携带的监测解决方案。(2)本文通过对LPWAN通信技术的建模分析,提出了两种(NB-Io T和Lo Ra)LPWAN技术的实际应用方案,提高了能源效率和系统可靠性,并根据相应的通信方案设计开发了对应的可视化软件系统,为桥梁既有裂缝监测系统的能效优化提供了新思路。(3)本文设计了一种高效的自适应数据滤波算法和线性校准算法,针对监测环境中的多种误差源进行细致分析与处理,显著提升了监测系统的精度和稳定性。通过自适应滤波和校准算法的优化处理,使得监测系统能够高效适应动态环境并提升监测数据的准确性,为高精确的桥梁既有裂缝监测提供了新的技术路径。(4)本文通过硬件系统和软件系统的紧密整合,达到系统高精度和实时性的设计目标,实现了对桥梁既有裂缝的实时精确监测。同时,通过硬件系统的驱动设计,完成了硬件系统的低功耗的设计目标,保证了系统实际应用的可靠性。通过实验测试,该系统具有高精度监测、实时数据传输和低功耗运行等优点,为桥梁既有裂缝的监测提供了新的技术手段。通过系统设计、实现和测试,系统对于应变信号的采集精度,在0～10000με范围内,对应变信号的采集误差小于0.01%。通过多组裂缝监测实验,系统对裂缝监测的误差小于0.1%,验证了系统对桥梁裂缝监测的可靠性。在保证系统监测精度的同时,降低了系统的功耗,简化了硬件系统的体积,系统功耗仅71.39m W,体积仅为10cm*10cm*4cm。本文系统不仅在技术上创新,提升了桥梁结构既有裂缝监测的技术水平,而且在工程应用中展现出广阔的应用前景,为未来工程监测技术的发展提供了强有力的支持。

关键词：桥梁结构应变信号既有裂缝无线传输低功耗

基于HPLC-TOF/MS技术的进口保健食品中精神活性物质检测方法的建立

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基于HPLC-TOF/MS技术的进口保健食品中精神活性物质检测方法的建立

作者：步献功吉林大学

学位级别：硕士

研究目的:精神活性物质（Psychoactive Substances）指能够影响人类情绪、行为、改变意识状态,并有致依赖作用的一类化学物质。进口保健食品中可能会添加本不应存在于食品的精神活性物质,改变了其食品属性,可能会危害消费群体的身心健... 详细信息

研究目的:精神活性物质（Psychoactive Substances）指能够影响人类情绪、行为、改变意识状态,并有致依赖作用的一类化学物质。进口保健食品中可能会添加本不应存在于食品的精神活性物质,改变了其食品属性,可能会危害消费群体的身心健康。本研究旨在建立一种前处理简单便捷,覆盖的精神活性物质目标物种类多,借助精神活性物质谱库,一次进样可实现筛查与确证进口保健食品中的多种精神活性物质的检测方法,为相关物质检测方法的完善和新检测标准的制定提供参考。研究方法:1.本研究将72种精神活性物质标准品注入高效液相色谱串联飞行时间质谱系统,设置碰撞能量范围20～60 e V,化合物的离子加合方式为[M+H]+,在飞行时间质谱信息依赖性采集模式下采集各物质的质谱信息,可获得所有目标物的一级质谱和二级质谱信息,将上述信息导入SCIEX OS（Version 2.0）软件,建立精神活性物质谱库。质谱库中的待测精神活性物质的母离子精确质量数、相对分子质量、中英文名称及分子式、二级碎片离子等信息用于待测物筛查与确证。通过将实际样品测得信息与质谱库中的标准物质信息进行比对,对保健食品中精神活性物质进行筛查与确证。2.本研究比较了甲醇和乙腈两种不同提取剂的提取效果,对固相萃取柱的净化过程进行优化,通过比较回收率,选取合适的提取试剂和固相萃取柱,得到最优的前处理方法,从而最大限度地从保健食品中提取出可能添加的精神活性物质,建立进口保健食品中添加的精神活性物质的检测方法。3.通过优化色谱柱和流动相选择高效液相色谱条件以及质谱参数,本研究利用HPLC-TOF/MS,结合优化后的样品前处理方法,建立了适用于保健食品中添加的精神活性物质的分析方法,通过线性范围、检出限、定量限、精密度及回收率对建立的方法进行方法学评价。利用建立的方法,对长春海关技术中心提供的26份进口保健食品中72种精神活性物质进行检测,考察方法的实用性。研究结果:1.在飞行时间质谱信息依赖性采集模式下对各标准物质的质谱信息进行采集,发现在正离子模式下,72种精神活性物质均形成[M+H]+准分子离子峰,且每种物质至少包含2个特征二级碎片离子,所有目标化合物母离子精确质量数偏差均在±5 ppm以内,建立了可用于对72种精神活性物质目标物准确筛查与确证的质谱数据库。2.本研究对于胶囊（取内容物）、液体、片剂（用研钵碾碎）、软胶囊（取内容物）基质样品,混匀后分别用乙腈进行提取,提取液经亲水亲脂型固相萃取柱（HLB）净化后,收集洗脱液于40℃氮吹至近干,再用10%乙腈水溶液复溶,上机检测。3.对色谱和质谱参数进行优化后,依托精神活性物质筛查与确证的质谱数据库,建立了适用于保健食品中多种精神活性物质的定性定量检测方法。经方法学验证,该方法的检出限、定量限、平均加标回收率均满足分析要求,可以用于进口保健食品中精神活性物质的检测。4.应用本研究建立的方法,检测了长春海关技术中心提供的来源于进口韩国、日本、美国等地的26份保健食品样品,对样品中72种精神活性物质进行检测与分析。结果显示26份样品均未检出目标物。结论:本研究使用优化后的前处理方法对进口保健食品样品进行前处理,结合高效液相色谱-飞行时间质谱技术建立了保健食品中72种精神活性物质筛查确证以及定量的检测方法。（1）建立了用于对72种精神活性物质目标物准确筛查与确证的质谱数据库。（2）建立的方法可以实现ng/g级的检测限,各物质的检出限范围为0.01～0.5 ng/g;定量限范围为0.2～2.0 ng/g。（3）四种不同剂型基质保健食品中不同水平下的平均加标回收率在70.15%～111.25%之间,测定结果的相对标准偏差在3.03%～13.67%之间。

关键词：保健食品精神活性物质固相萃取技术高效液相色谱-飞行时间质谱

广州市篮球馆智慧化配置评价体系构建及实证研究

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广州市篮球馆智慧化配置评价体系构建及实证研究

作者：叶垠功广州体育学院

学位级别：硕士