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掺锶的钛酸铅铁电薄膜性能研究

掺锶的钛酸铅铁电薄膜性能研究

作者：程铁栋广东工业大学

学位级别：硕士

本文以溶胶-凝胶工艺并利用快速退火的方法在铂金衬底上制备了包括(PbSr)TiO(PST50)和(PbSr)TiO(PST25)两种组分掺锶的钛酸铅薄膜。同时表征和研究了它们的相结构、表面形貌、介电和铁电特性。所有测试均在室温下进行。我们首先在Pt/Ti... 详细信息

本文以溶胶-凝胶工艺并利用快速退火的方法在铂金衬底上制备了包括(PbSr)TiO(PST50)和(PbSr)TiO(PST25)两种组分掺锶的钛酸铅薄膜。同时表征和研究了它们的相结构、表面形貌、介电和铁电特性。所有测试均在室温下进行。我们首先在Pt/Ti/SiO/Si和LaNiO/Pt/Ti/SiO/Si两种衬底上制备了PST50薄膜,并在室温下研究了这两种薄膜的结构和电性能。XRD表明,两种薄膜均呈钙钛矿结构,其中Pt/Ti/SiO/Si上的薄膜为多晶,而LaNiO/Pt/Ti/SiO/Si上的薄膜呈(100)方向择优取向生长。和随机取向的薄膜相比较,择优取向的薄膜表现出较高的介电常数和介电损耗:在100kHz时介电常数为850而介电损耗为0.032。同时,还用压电响应力显微镜表征了薄膜的畴结构。同时我们还直接在Pt/Ti/SiO/Si衬底制备了PST25薄膜,通过X射线衍射分析发现,薄膜具有纯的钙钛矿多晶结构。在100kHz频率下测得的介电常数和介电损耗分别为350和0.01。在150 kV/cm范围的直流电场作用范围内,测得其介电调谐系数为22.7%。通过介电温度藉发现PST25薄膜的居里点在-107℃附近,相比于相同组分的陶瓷块材(-25℃),薄膜的居里点向负方向发生了80℃的移动。在作用电压±4V范围内,漏电流密度约为10A/cm。本文通过实验研究发现掺锶的钛酸铅薄膜有很好的介电性能,缓冲层LaNiO的引入改善了薄膜和下电极的匹配,从而提高薄膜的介电常数和铁电性能。高介电常数、低损耗的实验结果表明,掺锶的钛酸铅薄膜有非常好的应用前景,是一种可以应用到动态随机存储器与微波调谐器件的介电材料。

关键词：钛酸锶铅薄膜溶胶-凝胶法介电特性铁电特性

基于改进EEMD的红砂岩声发射信号的频谱特性研究

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振动与冲击 2018年第16期37卷 118-123页

作者：戴聪聪程铁栋宗路罗小燕江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

针对EEMD算法在以往选取有效固有模态函数(IMF)时存在误判现象,提出了一种将EEMD与云相似度理论相结合的去噪方法。通过构造连续声发射信号的仿真实验,并与互相关系数法选取固有模态函数作了比较,以信噪比和均方误差作为指标,验证了该... 详细信息

针对EEMD算法在以往选取有效固有模态函数(IMF)时存在误判现象,提出了一种将EEMD与云相似度理论相结合的去噪方法。通过构造连续声发射信号的仿真实验,并与互相关系数法选取固有模态函数作了比较,以信噪比和均方误差作为指标,验证了该方法能更好地提高信噪比;利用改进EEMD算法对红砂岩声发射信号进行频率特征提取,结果表明:声发射信号分解的固有模态函数前三个IMF分量的云相似值较大,与其它分量的差值范围为0.346~0.906,经过多组实验统计分析选取阈值为0.655;通过功率谱分析,将0~25 kHz对应于IMF4、IMF5、IMF6、IMF7、IMF8低频分量,25~150 kHz对应于IMF1、IMF2、IMF3高频分量,且红砂岩破裂过程的声发射信号的有效频段为25~150 kHz。

关键词：声发射信号 EEMD 云相似度模拟仿真功率谱

西门子S7-200PLC在磁选机自动控制系统中的应用

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矿山机械 2007年第4期35卷 155-156页

作者：杨丽荣程铁栋江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

磁选机是选矿生产的重要设备，对磁选机实现自动控制对于提高选矿生产效益，减少工人劳动强度具有重要的作用。随着各矿山企业生产的自动化程度的提高，磁选机作为选矿生产过程的重要设备，传统的手动控制已不能满足生产的需要。因此，... 详细信息

磁选机是选矿生产的重要设备，对磁选机实现自动控制对于提高选矿生产效益，减少工人劳动强度具有重要的作用。随着各矿山企业生产的自动化程度的提高，磁选机作为选矿生产过程的重要设备，传统的手动控制已不能满足生产的需要。因此，有必要设计一套磁选机的自动控制系统，以进一步提高磁选机的性能和选矿生产的总体效益。

关键词：自动控制系统 S7-200PLC 磁选机西门子选矿生产应用自动化程度生产效益

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基于多特征信息融合的砂岩破裂状态识别方法

振动．测试与诊断 2022年第3期42卷 454-461,613,614页

作者：杨丽荣江川刘吉顺戴聪聪程铁栋江西理工大学机电工程学院赣州341000

针对岩体在受外界应力时内部破裂状态靠经验难以准确判断的问题,提出了一种多特征信息融合和最小二乘支持向量机(least square support vector machine,简称LSSVM)的岩石破裂状态识别方法。首先,利用改进集合经验模态分解(ensemble empi... 详细信息

针对岩体在受外界应力时内部破裂状态靠经验难以准确判断的问题,提出了一种多特征信息融合和最小二乘支持向量机(least square support vector machine,简称LSSVM)的岩石破裂状态识别方法。首先,利用改进集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)对砂岩声发射信号进行分解,得到一组有效的平稳本征模函数(intrinsic mode function,简称IMF)分量,对各IMF分量进行自回归(auto regressive,简称AR)建模,提取AR模型系数作为时域特征向量;其次,通过对双谱矩阵进行奇异值分解,分析了砂岩各破碎状态声发射信号的频域特征;最后,利用局部线性嵌入(locally linear embedding,简称LLE)进行特征约简,并将融合特征向量进行归一化处理作为LSSVM的输入,砂岩破裂状态作为输出,采用粒子群算法(particle swarm optimization,简称PSO)对参数自动寻优,实现对岩石破裂状态的诊断识别。结果表明:融合特征具有较强的鲁棒性,且相对单一时域特征识别率提高了6%。

关键词：砂岩破裂多特征融合局部线性嵌入最小二乘支持向量机模式识别

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基于经验小波变换的矿山微震信号识别研究

矿业安全与环保 2020年第4期47卷 39-44页

作者：吴义文程铁栋易其文赵奎江西理工大学江西赣州341000

针对微震信号与爆破震动信号自动识别难的问题,提出了基于经验小波变换(EWT)的矿山微震信号识别方法。运用仿真信号对EWT和经验模态分解(EMD)进行对比检验,表明EWT分解效果要优于EMD,而且可以减少模态混叠问题;对矿山实测的400组爆破震... 详细信息

针对微震信号与爆破震动信号自动识别难的问题,提出了基于经验小波变换(EWT)的矿山微震信号识别方法。运用仿真信号对EWT和经验模态分解(EMD)进行对比检验,表明EWT分解效果要优于EMD,而且可以减少模态混叠问题;对矿山实测的400组爆破震动和微震信号进行EWT分解,得到紧支集频谱的内禀模态分量,借助互信息量筛选得到f1~f7共7个分量,进而分别利用分量f1~f7构建Hankel矩阵,计算每个Hankel矩阵的奇异值平均值、方均根值、标准差,并作为特征量;利用支持向量机(SVM)对微震和爆破震动信号进行分类。结果表明:爆破震动信号分量f1~f7的奇异值方均根值和标准差都要大于微震信号,分量f1~f5的奇异值平均值要大于微震信号;EWT_Hankel_SVD特征提取法识别效果要优于应用较为广泛的EWT_SVD,且基于EWT_Hankel_SVD分类准确率达到92.5%。

关键词：微震信号分类识别特征提取经验小波变换奇异值分解 Hankel矩阵

基于改进EWT-多尺度熵和KELM的球磨机负荷识别方法

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化工学报 2020年第3期71卷 1264-1277页

作者：罗小燕戴聪聪程铁栋蔡改贫刘鑫刘吉顺江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

针对球磨机在磨矿过程中负荷靠经验难以准确判断的问题,提出了一种基于改进的经验小波变换(empirical wavelet transform, EWT)-多尺度熵和核极限学习机(KELM)的球磨机负荷识别方法。首先,针对筒体振动信号的多样性和复杂性特点,对EWT... 详细信息

针对球磨机在磨矿过程中负荷靠经验难以准确判断的问题,提出了一种基于改进的经验小波变换(empirical wavelet transform, EWT)-多尺度熵和核极限学习机(KELM)的球磨机负荷识别方法。首先,针对筒体振动信号的多样性和复杂性特点,对EWT频谱分割方法进行改进,通过构建信号仿真模型,比较EWT、EMD的分解效果,证明该方法的有效性。再将不同负荷状态下的筒体振动信号用改进的EWT算法进行分解得到内禀模态函数(intrinsic mode function, IMF),接着,对分解后的IMF分量进行相关性分析得到敏感分量进行重构;最后,将重构信号的多尺度熵作为表征磨机不同负荷状态的特征向量,并计算多尺度熵偏均值。结果表明:三种负荷信号的多尺度熵及多尺度熵偏均值都存在明显的差异,关系表现为:欠负荷>正常负荷>过负荷。将提取的多维特征向量进行归一化处理并作为KELM的输入,磨机负荷状态作为输出,利用核排列(kernel target alignment, KTA)算法优化核参数,建立磨机负荷状态识别最优模型;通过磨矿实验验证了方法的可行性,相比SVM整体识别率提高了3.4%,且对于EMD-多尺度熵、EWT-多尺度熵分别提高了12.3%、8.9%。

关键词：磨机负荷经验小波变换优化 KELM 计算机模拟模型预测控制

基于EWT＿Hankel＿SVD的矿山微震信号特征提取及分类方法

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仪器仪表学报 2019年第6期40卷 181-191页

作者：程铁栋吴义文罗小燕戴聪聪尹宝勇江西理工大学

针对矿山微震与爆破振动信号自动识别难的问题,提出了基于经验小波变换_Hankel矩阵_奇异值分解(EWT_Hankel_SVD)的矿山微震信号特征提取及分类方法。首先,针对微震信号的瞬态性和多样性,对EWT频谱分割方法进行改进,并利用仿真信号表明... 详细信息

针对矿山微震与爆破振动信号自动识别难的问题,提出了基于经验小波变换_Hankel矩阵_奇异值分解(EWT_Hankel_SVD)的矿山微震信号特征提取及分类方法。首先,针对微震信号的瞬态性和多样性,对EWT频谱分割方法进行改进,并利用仿真信号表明了方法的有效性。其次利用改进EWT对实际矿山采取的微震和爆破振动信号进行分解,借助相关性分析筛选得到f1~f5 5个主分量,进而分别利用分量f1~f5构造Hankel矩阵,计算各Hankel矩阵的最大奇异值和奇异熵。最后利用遗传算法优化的支持向量机(GA-SVM)对微震和爆破信号进行分类识别。结果表明,爆破振动信号分量f1~f4的奇异熵要大于岩体微震信号分量f1~f4的奇异熵,爆破振动信号分量f1~f5的最大奇异值要大于岩体微震信号分量f1~f5的最大奇异值。改进EWT识别效果要优于传统EWT和经验模态分解,GA-SVM识别效果要优于支持向量机、逻辑回归和Bayes判别法,且基于EWT_Hankel_SVD和GA-SVM分类准确率达到94%。

关键词：矿山微震信号模式识别特征提取经验小波变换 Hankel矩阵奇异值分解

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低频力作用下压电发电模型及实验研究

机械设计与研究 2015年第5期31卷 47-50页

作者：杨丽荣程铁栋江西理工大学机电学院江西赣州341000 江西理工大学电气学院江西赣州341000

以PZT／PVDF复合压电材料采用热压工艺制备了压电厚膜，并制做了不锈钢／压电厚膜／金电极结构的压电振子。为了表征压电振子的阻抗特性，在室温下对样品介电特性进行了测量和分析。利用制备的压电振子采用简支支撑方式设计和制作了压... 详细信息

以PZT／PVDF复合压电材料采用热压工艺制备了压电厚膜，并制做了不锈钢／压电厚膜／金电极结构的压电振子。为了表征压电振子的阻抗特性，在室温下对样品介电特性进行了测量和分析。利用制备的压电振子采用简支支撑方式设计和制作了压电发电装置，运用压电方程对该装置建立了压电发电数学模型，并根据模型影响参数进行压电发电实验研究。实验结果表明，单片压电厚膜在外加作用力频率从0～2Hz发生变化时，在负载电阻值为105k1）左右时单个压电振子可以获得约130μw的最大输出电功率。研究中还发现增加并联的厚膜片数目可以成比例的增加输出功率。

关键词：压电发电简支梁低频力

一种具有快速瞬态响应的无片外电容低压差线性稳压器

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电源学报 2023年

作者：程铁栋谈泽辉许立军徐振轩江西理工大学电气工程与自动化学院

提出了一种具有快速瞬态响应的无片外电容低压差线性稳压器（LDO），并通过电压上冲和下冲抑制电路来对电压的跳变进行抑制，改善了LDO的瞬态响应特性。设计了改进的误差放大器，其增益在静态工作状态下较一般误差放大器更大。此外，在... 详细信息

提出了一种具有快速瞬态响应的无片外电容低压差线性稳压器（LDO），并通过电压上冲和下冲抑制电路来对电压的跳变进行抑制，改善了LDO的瞬态响应特性。设计了改进的误差放大器，其增益在静态工作状态下较一般误差放大器更大。此外，在输出电压跳变时，所设计的误差放大器可输出更大瞬态电流，实现对功率管的快速充放电。使用Current buffer的Miller补偿，通过较小的电容面积，完成了电路相位裕度的补偿。仿真结果表明：在2.8V-3.3V时，该电路的输出电压为1.8V，最大负载电流为50mA；负载电流在1mA-50mA之间跃变时，在瞬态增强电路的作用下，输出电压的下冲幅度减少了46mV，下降了51%，响应时间为1.16μs; 过冲幅度减少了29mV，下降了35%，响应时间为1.18μs。

关键词：无片外电容低压差线性稳压器瞬态增强快速瞬态响应