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基于FPGA的低压宽带电力线载波信道模拟器的设计与实现

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基于FPGA的低压宽带电力线载波信道模拟器的设计与实现

作者：田富公重庆邮电大学

学位级别：硕士

如今,电力线通信以诱人的发展前景及潜在的巨大市场价值为全世界所关注,成为众多科研机构和公司争相研究的热点。近年来,在能源信息化大背景下,智能电网、物联网、能源互联网等一系列概念的提出,更是把电力线通信的发展推到一个新层次... 详细信息

如今,电力线通信以诱人的发展前景及潜在的巨大市场价值为全世界所关注,成为众多科研机构和公司争相研究的热点。近年来,在能源信息化大背景下,智能电网、物联网、能源互联网等一系列概念的提出,更是把电力线通信的发展推到一个新层次。随着电力线通信技术的逐渐成熟,其相关产品变得越来越复杂,系统测试在整个产品研发过程中的比重越来越大。为了能够节省人力物力及缩短研发周期,避免场外大量重复、耗时的测试实验,信道模拟器成了必然需求。本文基于Xilinx FPGA System Generator平台设计并实现了一个低压宽带电力线信道模拟器,可以便捷的产生各种需求的信道测试环境,满足电力线开发过程及产品性能测试的需要。首先详细分析了低压电力线通信的一般特性,并从多径信道和噪声两方面分类详述了其对传输信道的影响。低压电力线多径信道中介绍了经典多径信道模型和基于传输线理论的二端口模型。噪声分析中使用被广泛接受的Middleton Class-A模型产生随机脉冲噪声,而突发脉冲噪声则使用改进两阶分层马尔科夫链模型产生,这也是首次提出可以建模具有某种特定包络形态的噪声。其次还介绍了背景噪声、窄带噪声、与工频同步和异步的周期性脉冲噪声,均给出对应的参考模型。接着介绍了多径信道、随机脉冲噪声和突发脉冲噪声的硬件实现方法。通过对比分析FIR与IIR两种滤波器的优缺点,评估相同参考信道下不同参数对硬件占用的影响,及滤波器不同阶数下传输函数曲线间的均方根误差,综合权衡后得到一个较为合理的方案。研究了经典Middleton Class-A脉冲噪声模型,在当前只有理论分析的情况下,首次提出实现方法。介绍突发噪声的工作原理及任意分布伪随机数发生器、状态空间划分、ROM中状态转移矩阵存取等重点模块的实现过程,给出合适的硬件实现方案。最后,运用Xilin FPGA提供的高级工具System Generator,在KC705评估板上实现了信道模拟器。通过各个子模块的验证分析,证明PLC信道模拟器的准确性。

关键词：电力线通信信道模拟器 System Generator Middleton Class-A 马尔科夫链

面向宽带载波的全自动低压配电网信道模拟系统

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电测与仪表 2017年第22期54卷 30-34,70页

作者：王毅田富公叶君孙洪亮龙方家重庆邮电大学重庆400065 国网重庆市电力公司电力科学研究院重庆401123

宽带电力线载波通信系统是当前智能电网通信研究热点,其产品标准和检验技术规范正在制定中。目前缺乏针对复杂电力线信道进行模拟的测试装置和相应标准。文章以智能配电网全自动载波信道模拟试验系统为背景,分析了宽带电力线载波测试装... 详细信息

宽带电力线载波通信系统是当前智能电网通信研究热点,其产品标准和检验技术规范正在制定中。目前缺乏针对复杂电力线信道进行模拟的测试装置和相应标准。文章以智能配电网全自动载波信道模拟试验系统为背景,分析了宽带电力线载波测试装置的系统架构、设计原理及功能,并实测该系统在不同配电参数下的信道特性,验证了该系统模拟场外通信环境的可行性和灵活性。在信道模拟基础上,提出宽带电力线载波产品通信性能测试项目、测试方法及评价方式,为实验室载波通信模拟技术提供整套集成方案,为系统化解决产品检测和验收提供一种便捷、有效的途径。

关键词：宽带电力线载波信道模拟信道特性系统性能检测

不同表面官能团碳点的制备及其气敏特性的研究

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不同表面官能团碳点的制备及其气敏特性的研究

作者：田富同吉林大学

学位级别：硕士

近年来,对气敏材料利用各种改性手段使得金属氧化物半导体气体传感器的气敏性能获得了极大的提高。但是,在气敏机理的解释上,目前主流的氧吸附理论虽然可以很好地解释通过增大接触面积、增加表面氧空位和活性吸附位点等方法即改变表面... 详细信息

近年来,对气敏材料利用各种改性手段使得金属氧化物半导体气体传感器的气敏性能获得了极大的提高。但是,在气敏机理的解释上,目前主流的氧吸附理论虽然可以很好地解释通过增大接触面积、增加表面氧空位和活性吸附位点等方法即改变表面状态以提高材料的敏感特性,但往往难以解释其对特定气体的选择性机理。除改变表面氧空位和吸附位点外,改变气敏材料的表面官能团也是改变其表面状态的一种有效方法。碳点的表面具有丰富的官能团,并可以通过改变碳源、制备方法与制备条件获得不同的表面官能团,且易于掺杂其他半导体气敏材料改变气敏材料的表面官能团,利用碳点或许可以改变气敏材料对不同目标气体的选择性。因此,本论文创新性地设计制备了几种具有不同表面活性官能团的碳点,然后通过在基体半导体材料中掺杂碳点引入表面官能团的方法对气敏材料进行改性,测试并分析了表面官能团对气敏性能的影响,并从表面官能团的新角度分析了气敏选择性机理。主要研究内容如下:首先,为设计制备表面具有羧基官能团的碳点,我们选用一水合柠檬酸为碳源,通过水热法制备了几种具有不同含量表面羧基官能团的碳点,并将其掺杂到Sn O2和Zn O等基体半导体材料中,制备了复合气敏材料。通过TEM、FI-IR、XPS等表征手段对制备的碳点样品进行了详细的表征。为探究通过碳点在基体气敏材料中引入的羧基官能团对其气敏性能的影响,对复合传感器的气敏性能进行了系统测试。测试结果表明,掺杂了羧基官能团的复合传感器在几种不同类型的VOC中对乙醇气体表现出更高的选择性和灵敏度,且随着羧基官能团含量的增多,灵敏度的提升越大。进一步地,为设计制备表面具有羟基官能团的碳点,我们选用聚乙二醇-400为碳源,通过水热法制备了几种具有不同含量表面羟基官能团的碳点,并将其掺杂到Sn O2和Zn O等基体半导体材料中,制备了复合气敏材料。通过TEM、FI-IR、XPS等表征手段对制备的碳点样品进行了详细的表征。为探究通过碳点在基体气敏材料中引入的羟基官能团对其气敏性能的影响,对复合传感器的气敏性能进行了系统测试。测试结果表明,掺杂了羟基官能团的复合传感器在几种不同类型的VOC中对乙酸气体表现出更高的选择性和灵敏度,且随着羟基官能团含量的增多,灵敏度的提升越大。我们也对敏感机理进行了研究,除氧吸附理论外,还用路易斯酸碱理论讨论了由碳点引入的表面官能团对提高Sn O2、Zn O等基体半导体气敏材料选择性所起的关键作用。还采用基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）对几种VOC在碳点表面及表面的羧基官能团和羟基官能团上的吸附能进行了计算。计算结果成功验证了气敏测试结果,并证明了通过在Sn O2、Zn O等金属氧化物半导体气敏材料中掺杂活性官能团修饰的碳点以在其表面引入活性官能团的方法制备复合气体传感器以改变气敏材料选择性的可行性。综上所述,本文提出的通过掺杂表面具有不同活性官能团修饰的碳点以改变金属氧化物半导体气敏材料的选择性的设计策略不仅简单、廉价,而且在提高气体传感性能的同时,或许也为目前解释气体敏感机理乃至半导体气体传感器的靶向设计提供新的思路和参考。

关键词：气体传感器金属氧化物半导体碳点掺杂改性表面活性官能团

断裂相场法在材料失效分析中的应用:界面断裂的超剪切转变

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功能高分子学报 2024年第1期37卷 1-4页

作者：曾鋆崔昆朋田富成中国科学技术大学中国科学院软物质化学重点实验室国家同步辐射实验室安徽省先进功能高分子薄膜工程实验室合肥230026 中国科学技术大学高分子科学与工程系中国科学院软物质化学重点实验室精准智能化学重点实验室合肥230026 北海道大学高等生命科学学院日本札幌001-0021

Ⅱ型裂纹界面断裂速率可以超越材料的剪切波速已经在理论和实验中被证明,这种界面断裂的跨声速转变被普遍认为受“Burridge-Andrews”机制(也称“子-母”裂纹机制)控制。然而,对于这种跨声速转变机制,子裂纹的直接证据很少被报道,甚至... 详细信息

Ⅱ型裂纹界面断裂速率可以超越材料的剪切波速已经在理论和实验中被证明,这种界面断裂的跨声速转变被普遍认为受“Burridge-Andrews”机制(也称“子-母”裂纹机制)控制。然而,对于这种跨声速转变机制,子裂纹的直接证据很少被报道,甚至有些报道中并没有在裂纹跨声速转变过程中观察到子裂纹。近期,中国科学技术大学李良彬教授课题组开展了Ⅱ型裂纹界面跨声速转变的数值模拟研究,“子-母”裂纹扩展过程首次在相场断裂模拟中被重现。他们的工作揭示了一个跨声速裂纹发生的临界预应力水平值,并提出了子裂纹出现的定量化预测准则。

关键词：动态断裂超剪切转变断裂相场模型数值模拟界面断裂

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基于深度学习的电路板缺陷检测研究

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作者：田富强电子科技大学

学位级别：硕士

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植被冠层截留机理研究综述

水文 2024年第4期44卷 1-10,26页

作者：李子曦田富强清华大学水利水电工程系水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084

冠层截留现象作为降水再分配的首个环节,通过对降水的拦截改变到达地面的降水总量及空间分布,对于流域水文过程和生态过程均具有非常重要的意义。通过综述冠层截留主要的研究方法和计算模型,深入剖析降水在冠层中运动的微观物理过程,如... 详细信息

冠层截留现象作为降水再分配的首个环节,通过对降水的拦截改变到达地面的降水总量及空间分布,对于流域水文过程和生态过程均具有非常重要的意义。通过综述冠层截留主要的研究方法和计算模型,深入剖析降水在冠层中运动的微观物理过程,如雨滴在叶片上的附着、弹跳、飞溅等现象的机理规律,探讨现有冠层截留计算方法存在的问题和未来的研究展望。

关键词：冠层截留计算模型微观机理

不同温度和吸附压力下含瓦斯煤自燃微观分形特征研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：李振榕田富超王刚谭波秦玉金中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院青岛理工大学安全科学与工程系

采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式，为研究瓦斯与煤自燃复合灾害致灾机理，本文通过低温液氮吸附、扫描电镜和TG-FTIR测试方法开展不同CH4吸附压力下煤低温氧化微观结构及热分析测试实验，并基于分形... 详细信息

采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式，为研究瓦斯与煤自燃复合灾害致灾机理，本文通过低温液氮吸附、扫描电镜和TG-FTIR测试方法开展不同CH4吸附压力下煤低温氧化微观结构及热分析测试实验，并基于分形理论建立孔隙分形计算模型，探究吸附态CH4对煤孔隙结构和热稳定性的影响。结果表明：吸附态CH4抑制氧化对微孔的热损伤破坏，因此相较于以中、大孔为主的原煤，含瓦斯煤存在大量微孔，且孔隙形态发生变化；随着吸附压力的升高，失水脱附阶段煤样质量损失分别为4%、2.9%、3.2%和3.2%，CH4占据煤氧反应吸附位点导致参与氧化反应的化合物减少，氧化增重阶段参与氧化反应的活性物质减少，煤样氧化增重分别为0.67%、0.41%和0.31%，并且含瓦斯煤自燃各阶段的特征温度点随着吸附压力升高而滞后；构建了基于孔径分布及CH4吸附/解吸过程的分形模型，低CH4压力氧化前期煤表面形态不均一化增大，煤表面吸附气体能力升高，发生氧化反应的可能性增大，煤自燃风险增加，低瓦斯抑制煤自燃的能力较弱，且与原生孔隙的比表面积相关。研究成果探究了不同残余瓦斯含量对煤自燃特性的影响，进一步验证了不同吸附压力、温度下含瓦斯煤竞争吸附—解吸—氧化全过程连续物理模拟平台的准确性，为采空区复合灾害环境下瓦斯与火耦合灾害防治提供了基础支撑。

关键词：含瓦斯煤低温氧化微观结构热重-红外联用分形特征

绿色生产与农产品质量安全的耦合协调关系及其障碍因子研究

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农业现代化研究 2024年

作者：田富俊李史仪谢杰辉福建农林大学公共管理与法学院林肯大学环境社会与设计系(新西兰)

探讨绿色生产与农产品质量安全两大系统之间的耦合协调关系及其障碍因子，对于推进农业农村高质量发展具有重要意义。本研究运用耦合协调度模型，对2012—2020年30个省（区、市）绿色生产与农产品质量安全两大系统的耦合协调度进行时空... 详细信息

探讨绿色生产与农产品质量安全两大系统之间的耦合协调关系及其障碍因子，对于推进农业农村高质量发展具有重要意义。本研究运用耦合协调度模型，对2012—2020年30个省（区、市）绿色生产与农产品质量安全两大系统的耦合协调度进行时空差异分析，并利用Dagum基尼系数分解法探究全国东、中、西和东北地区两大系统耦合协调的差异来源。采用障碍度模型诊断各系统中障碍度排名前列的因子。结果表明：1）全国各省份两大系统的耦合协调度整体呈上升趋势。到2020年，中部地区所有省（区、市）达到或超过初级协调水平；东部地区初级协调与濒临失调省份各占一半；西部与东北地区则主要以濒临失调为主。2）总体基尼系数呈现升高-降低-升高的变化趋势，其中超变密度基尼系数的贡献率最大，区域间基尼系数有所减小。3）农垦科研经费占农业产值的比重和公众对农产品质量安全的关注度是各系统中障碍度和出现频率靠前的因子。基于以上发现，建议各省份构建绿色生产与农产品质量安全的内在耦合机制以促进农业可持续发展，加强区域统筹联动以缩小地区发展差异，并识别关键障碍因子以精准提升耦合协调发展水平。

关键词：绿色生产农产品质量安全农业农村高质量发展耦合协调障碍因子

卤盐阻化剂对煤自燃阻化作用的定量识别及机理

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 132-141页

作者：孟祥宁梁运涛郭宝龙孙勇田富超煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室和煤矿灾害防控全国重点实验室辽宁抚顺113122 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590

煤自燃灾害严重影响煤矿安全生产,卤盐阻化是防治煤自燃灾害的主要措施之一。优化阻化工艺、提高阻化效果的前提是掌握阻化剂的物理、化学阻化作用机制。为此,探究卤盐阻化剂对煤自燃的主要抑制方式,明确其物理、化学作用对煤层阻化的... 详细信息

煤自燃灾害严重影响煤矿安全生产,卤盐阻化是防治煤自燃灾害的主要措施之一。优化阻化工艺、提高阻化效果的前提是掌握阻化剂的物理、化学阻化作用机制。为此,探究卤盐阻化剂对煤自燃的主要抑制方式,明确其物理、化学作用对煤层阻化的贡献比显得尤为重要。基于此,提出一种定量识别卤盐阻化剂阻化作用的方法。本次研究卤盐中具有代表性的MgCl_(2)阻化剂,采用超声波清洗器多次反复冲洗阻化煤样和水洗煤样,得到水洗阻化煤样和水洗参考煤样。通过程序升温试验和红外光谱试验研究不同煤样的指标气体浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团的变化规律,从宏微观角度研究卤盐阻化剂的物理、化学阻化作用。结果表明:水洗阻化煤样的产气浓度、交叉点温度、阻化率和活性基团含量明显低于原煤样,却高于阻化煤样,这说明MgCl_(2)阻化剂对煤自燃起到协同抑制作用,具有物理化学双重阻化效果。煤氧化反应前期,物理阻化作用大于化学阻化作用,煤氧化反应后期,化学阻化作用占主导地位,明显高于物理阻化作用。MgCl_(2)的化学抑制作用体现在能与煤中活性物质反应生成比较稳定的物质(ROCl)和镁络合物(Mg(OH)Cl),使得煤的活性下降,从而降低了煤的自热风险。MgCl_(2)阻化剂物理、化学阻化作用对平庄褐煤的贡献比分别为56.37%和43.63%,对同忻烟煤的贡献比为57.91%和42.09%,对白芨沟无烟煤的贡献比为59.60%和40.40%。随着煤样变质程度的增加,物理阻化作用贡献比增加,化学阻化作用贡献比减小,平庄褐煤的化学阻化作用是白芨沟无烟煤的1.08倍。该研究有助于丰富卤盐阻化剂的阻化机理,并为优化防灭火工艺提供理论指导。

关键词：煤自燃卤盐阻化剂化学阻化作用物理阻化作用阻化率