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单交变激励电容式时栅行波构造及角位移测量研究

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单交变激励电容式时栅行波构造及角位移测量研究

作者：胡帅重庆理工大学

学位级别：硕士

角位移测量技术在工业生产中,特别是伺服控制领域中应用极其广泛,随着精密工程技术的不断推进,对角位移传感器的性能指标要求日益严苛,不但对角位移传感器的尺寸要求越来越小,对其精度和分辨力等指标要求也越来越高,价格要求却越来越低... 详细信息

角位移测量技术在工业生产中,特别是伺服控制领域中应用极其广泛,随着精密工程技术的不断推进,对角位移传感器的性能指标要求日益严苛,不但对角位移传感器的尺寸要求越来越小,对其精度和分辨力等指标要求也越来越高,价格要求却越来越低。时栅角位移传感器是我国的原始创新成果而自主研发的产品,在一些细分领域应用比较广泛,特别是电容式时栅角位移传感器,以其设计简洁和高精度而备受关注。目前高精度的电容式时栅角位移传感器均是尺寸较大的,而小尺寸的传感器精度远低于大尺寸,因此迫切需要研发一种新的电容式时栅,实现高精度的同时还能满足小尺寸的要求。本课题研究是在前期多交变激励电容式时栅角位移传感器基础上,提出一种基于单交变激励电容式时栅角位移传感器,以期解决多交变激励电容式时栅角位移传感器在小尺寸下存在的诸如信号稳定性变差等问题。本文主要研究内容:1.阐述了时栅测量的基本原理,并对电容式时栅传感器实现行波构造基本原理进行了深入分析,阐述了电容式时栅位移测量的原理,并对多交变激励和单交变激励时栅的行波构造进行了理论推导。2.利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对单交变激励电容式时栅传感极片形状及数量进行了仿真,并在此基础上设计了两种单交变激励时栅传感极片,针对单交变激励传感极片设计了包括硬件电路和嵌入式软件的测量系统,制作了两款传感器样机。3.搭建了传感器测试平台和直驱电机测试平台,对传感器的主要指标进行了测试,并对测试结果中的误差来源进行了分析,最后把样机接入直驱电机控制系统进行了实测,直径为60mm样机对极内误差达到±15.1″,整周误差达到±21.3″,稳定性为7.8″;在直驱电机实测以200rpm的速度下的速度稳定性为±2.0%以内;设置目标位置为10度,速度为5rpm,施加一个加速度为200rpm/s的情况下的位置跟随误差为±1.8″。综上所述,本文通过对单交变激励电容式时栅角位移传感器的理论推导,通过仿真实验验证理论的正确性,设计传感器模型和硬件电路,并制作样机,为实现更小尺寸、更高精度的电容式时栅传感器的研究奠定了基础。

关键词：角位移测量电容式时栅行波构造单交变激励多交变激励

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电网企业项目投资优化研究

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作者：胡帅东北电力大学

学位级别：硕士

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单相激励电容式时栅角位移传感器研究

仪器仪表学报 2024年第1期45卷 130-137页

作者：高忠华胡帅汪强付敏冯济琴重庆理工大学机械工程学院重庆400054 重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054 重庆理工大学时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室重庆400054

针对现有多相激励时栅角位移传感器在小体积时无法设置更多极对数进一步提升稳定性,导致精度和动态性能指标无法得到提升等问题,提出一种单相激励电容式时栅角位移测量方法。该方法采用单相激励耦合成四路空间正交的驻波信号,通过电路... 详细信息

针对现有多相激励时栅角位移传感器在小体积时无法设置更多极对数进一步提升稳定性,导致精度和动态性能指标无法得到提升等问题,提出一种单相激励电容式时栅角位移测量方法。该方法采用单相激励耦合成四路空间正交的驻波信号,通过电路实现行波构造,从而实现角位移测量。文中介绍了多相激励时栅传感器存在的问题、单相激励时栅的测量原理,完成了传感器样机的研制,并通过实验验证该原理的有效性。实验结果表明,相同尺寸和相同电极数量情况下,单相激励传感器的精度和动态性能指标优于多相激励传感器,单相激励传感器精度为±20″,稳定性为10″,400 rpm转速下速度波动为±1.25%,跟随误差为±2.5″,满足直驱电机的使用要求。

关键词：电容式时栅单相激励多相激励角位移传感器行波构造

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远红外高光谱遥感技术及其冰云遥感应用(特邀)

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光学学报 2024年第6期44卷 12-23页

作者：刘磊李书磊胡帅曾庆伟国防科技大学气象海洋学院湖南长沙410073 中国气象局高影响天气重点开放实验室湖南长沙410073

回顾和总结了远红外高光谱大气遥感的理论基础,从大气吸收和冰晶粒子散射敏感性的角度介绍了远红外高光谱遥感冰云参数的优势。对远红外高光谱大气遥感仪器的发展脉络进行了梳理和总结,重点对相关仪器的参数及关键技术问题进行了讨论。... 详细信息

回顾和总结了远红外高光谱大气遥感的理论基础,从大气吸收和冰晶粒子散射敏感性的角度介绍了远红外高光谱遥感冰云参数的优势。对远红外高光谱大气遥感仪器的发展脉络进行了梳理和总结,重点对相关仪器的参数及关键技术问题进行了讨论。概述了远红外高光谱冰云特性遥感的主要方法,展望了远红外高光谱技术未来在冰云探测中的应用潜力,并提出了研究思路与方案,以为后续远红外高光谱大气遥感技术研究提供一定的参考。

关键词：遥感远红外高光谱冰云

基于改进自编码器的转炉炼钢工艺模式提取方法

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工程科学学报 2024年第6期46卷 1108-1119页

作者：董倩倩胡帅杰黎敏于艳谷茂强北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083 宝山钢铁股份有限公司中央研究院上海201900

转炉炼钢吹炼过程的控制主要包括供氧、造渣和底吹等工艺操作,吹炼过程控制的稳定性直接影响着终点钢水的质量.传统的静态控制模型以物料平衡和热平衡为基础获得吹炼过程工艺操作模式,未考虑以原料为主的标量型数据和以工艺参数为主的... 详细信息

转炉炼钢吹炼过程的控制主要包括供氧、造渣和底吹等工艺操作,吹炼过程控制的稳定性直接影响着终点钢水的质量.传统的静态控制模型以物料平衡和热平衡为基础获得吹炼过程工艺操作模式,未考虑以原料为主的标量型数据和以工艺参数为主的时序型数据之间的强耦合关系,导致传统静态模型的可靠性不高,需要依靠人工经验来调整工艺参数.为解决上述问题,提出一种基于改进自编码器的转炉炼钢工艺模式提取方法,该方法以自编码器为基础结构,使用全连接模块、长短期记忆网络模块、一维卷积模块和批量K-Means模块建立聚类模型,并联合聚类损失函数和重构损失函数实现模型的训练,获得原始高维数据在低维特征空间所对应的隐藏向量;在此基础上,利用隐藏向量完成聚类;最后,在属于不同聚类类别的数据中,寻找离各个聚类中心最近的样本,将最近样本的供氧、造渣和底吹工艺操作作为该类样本的工艺操作模式.利用转炉炼钢生产过程实际数据验证了所提方法的有效性,使用标量型数据和提取的工艺模式数据预测终点碳温,终点碳的质量分数在±0.02%误差范围内的平均命中率为95.06%,终点温度在±20℃误差范围内的平均命中率为91.48%,在终点碳的质量分数±0.02%、温度±20℃误差范围内的平均双命中率为90.80%.

关键词：转炉炼钢多变量时间序列工艺模式提取长短期记忆网络一维卷积神经网络

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光声层析重建飞秒光丝二维横向图像仿真研究

光学学报 2024年第12期44卷 109-119页

作者：曾庆伟刘磊胡帅李书磊赵世军国防科技大学气象海洋学院中国气象局高影响天气重点开放实验室

准确获取飞秒激光成丝横截面图像及其沉积能量空间分布信息，对于成丝动力机制研究和促进诸多基于光丝的实际大气应用发展具有重要意义。本文基于热传导方程和波动方程构成的光声信号前向仿真模型，理论模拟了利用环阵式光声层析系统接... 详细信息

准确获取飞秒激光成丝横截面图像及其沉积能量空间分布信息，对于成丝动力机制研究和促进诸多基于光丝的实际大气应用发展具有重要意义。本文基于热传导方程和波动方程构成的光声信号前向仿真模型，理论模拟了利用环阵式光声层析系统接收飞秒激光在空气介质中成丝诱导产生超声脉冲信号的过程；然后，利用延迟叠加算法对飞秒激光大气传输成丝沉积能量横向分布图像进行了反向重建，并分析了测量系统中关键器件超声换能器的中心频率、带宽、表面尺寸和探测表面灵敏度等性能参数对光丝沉积能量分布图像重建结果的影响。结果表明，单丝诱导产生的声压脉冲信号频谱为单峰结构，而多丝声压脉冲信号频谱为多峰结构；相比于单丝图像重建，多丝图像重建受“孔径效应”影响更显著；换能器的性能参数对光丝图像的重建效果有显著的影响，换能器的带宽越大、表面直径越小，以及表面灵敏度系数越大，越有利于光丝沉积能量分布图像重建效果的提升。该研究结果可为真实大气条件下飞秒激光传输成丝沉积能量空间分布的实验测量提供一定的理论支撑。

关键词：飞秒激光激光成丝能量沉积光声信号超声换能器反投影

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三维点云关键点局部坐标系重构方法研究

载人航天 2022年第3期28卷 344-349页

作者：许振瑛何宁晁建刚胡帅星中国航天员科研训练中心北京100094 中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室北京100094

为实现航天员混合现实训练中的虚实融合效果,克服虚实空间匹配技术中关键点处局部特征描述子匹配率低的问题,提出基于法向量DBSCAN聚类的三维点云关键点处局部坐标系构建方法。采用KD-Tree方法提取待匹配关键点处邻域点云数据后计算各... 详细信息

为实现航天员混合现实训练中的虚实融合效果,克服虚实空间匹配技术中关键点处局部特征描述子匹配率低的问题,提出基于法向量DBSCAN聚类的三维点云关键点处局部坐标系构建方法。采用KD-Tree方法提取待匹配关键点处邻域点云数据后计算各点的法向量,再利用DBSCAN方法对法向量聚类,计算局部坐标系z轴并转换点云重构局部坐标系,消除深度传感器姿态因素对邻域点云坐标值的影响。实验结果表明:该方法在部分立体视觉数据集上的平均重复率为0.44,法向量聚类方法强化了光滑曲面在z轴估计中的权重,避免了散乱数据的影响。

关键词：点云匹配局部坐标系 DBSCAN聚类旋转不变特征

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改进U-Net的多级边缘增强医学图像分割网络

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计算机工程 2024年第4期50卷 286-293页

作者：胡帅李华玲郝德琛中北大学软件学院山西太原030051

医学图像分割精度对医师临床诊疗起到关键作用,但由于医学图像的复杂性以及目标区域的多样性,造成现有医学图像分割方法存在边缘区域分割不完整和上下文特征信息利用不充分的问题。为此,提出一种改进U-Net的多级边缘增强(MEE)医学图像... 详细信息

医学图像分割精度对医师临床诊疗起到关键作用,但由于医学图像的复杂性以及目标区域的多样性,造成现有医学图像分割方法存在边缘区域分割不完整和上下文特征信息利用不充分的问题。为此,提出一种改进U-Net的多级边缘增强(MEE)医学图像分割网络(MDU-Net)模型。首先,在编码器结构中加入提取双层低级特征信息的MEE模块,通过不同扩张率的扩张卷积块获取特征层中丰富的边缘信息。其次,在跳跃连接中嵌入融合相邻层特征信息的细节特征关联(DFA)模块,以获取深层次和多尺度的上下文特征信息。最后,在解码器结构对应特征层中聚合不同模块所提取的特征信息,通过上采样操作得到最终的分割结果。在2个公开数据集上的实验结果表明,与用于医学图像分割的Transformers强编码器(TransUNet)等模型相比,MDU-Net模型能够高效使用医学图像中不同特征层的特征信息,并在边缘区域取得了更好的分割效果。

关键词：医学图像分割多级边缘增强模块注意力模块多尺度特征深度学习

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基于一维变分法的微波辐射计反演边界层温湿廓线

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1699-1708页

作者：黄威李宛桐胡帅脱宇峰鱼艇倪祥龙中国人民解放军63898部队河南济源459000 天津气象雷达研究试验中心天津300061 中国人民解放军国防科技大学气象海洋学院长沙410073 中国人民解放军63891部队河南洛阳471000

地基微波辐射计能够克服星载遥感对低层大气不敏感的缺点,在边界层大气探测方面更具优势.一维变分反演算法考虑了辐射传输过程等物理机制,在应用于微波辐射计的反演时具有很高的可信度.针对微波辐射计信息含量较低以及一维变分算法收敛... 详细信息

地基微波辐射计能够克服星载遥感对低层大气不敏感的缺点,在边界层大气探测方面更具优势.一维变分反演算法考虑了辐射传输过程等物理机制,在应用于微波辐射计的反演时具有很高的可信度.针对微波辐射计信息含量较低以及一维变分算法收敛率不高等问题,提出利用地面气象要素改进算法在近地面层的反演精度和引入正则化算子提升算法的收敛特性.利用探空数据对上述改进方法的提升效果进行验证,结果表明:地面气象要素的引入使得反演算法在地表温湿度的均方根误差分别降低了78.2%和55.5%,对于上层大气温湿廓线也有小幅提升;正则化算子对算法的反演时间和反演精度影响很小,但是可以显著地减少未收敛样本个数和提升反演廓线的质量.

关键词：一维变分温湿廓线微波辐射计正则化算子