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基于多特征融合的电子鼻鉴别玉米霉变程度

农业工程学报 2016年第12期32卷 254-260页

作者：殷勇郝银凤于慧春河南科技大学食品与生物工程学院洛阳471023

为了提高电子鼻检测玉米霉变程度的正确率,该文探究了电子鼻信号不同特征组合的表征对霉变玉米鉴别结果的影响。首先,运用电子鼻对霉变玉米的5组样本训练集与测试集进行测试,获得测试信号。其次,分别提取测试信号的积分值(integral valu... 详细信息

为了提高电子鼻检测玉米霉变程度的正确率,该文探究了电子鼻信号不同特征组合的表征对霉变玉米鉴别结果的影响。首先,运用电子鼻对霉变玉米的5组样本训练集与测试集进行测试,获得测试信号。其次,分别提取测试信号的积分值(integral value,INV)、平均微分值(average differential value,ADV)、相对稳态平均值(relative steady-state average value,RSAV)作为特征值,5组训练集与测试集均分别采用3种单一的特征值或其组合特征值来表征。然后,运用Fisher判别分析(fisher discriminant analysis,FDA)分别对5组训练集进行判别分析,并用对应的测试集进行检验。FDA分析结果指出,电子鼻测试信息分别在单一特征和2个特征组合表征下,不同霉变程度玉米是不能有效分开的,但在2个特征组合表征下的鉴别正确率比单一特征有所提高;当用3个特征组合来表征测试信息时,FDA鉴别能力得到提高,鉴别正确率在96%以上。另外,借助于WilksΛ统计量考察了电子鼻中每个传感器测试信号表征的差异性,对3个特征组合的表征情况进行了表征变量筛选。FDA分析结果显示,筛选前后的鉴别结果非常相近,最低鉴别正确率均在96%以上,这说明不同传感器需要不同的特征表征,以体现其差异性,由此也减少了计算的复杂性。研究结果表明,用多特征融合模式可更有效地表征电子鼻对霉变玉米的响应信息,有利于提高霉变玉米的鉴别正确率。同时,该研究成果也不失一般性,为电子鼻信号表征提供了一种新思路。

关键词：识别农产品无损检测电子鼻特征组合霉变玉米 WilksΛ统计量 Fisher判别分析

霉变玉米电子鼻检测中信号降噪及特征提取方法研究

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霉变玉米电子鼻检测中信号降噪及特征提取方法研究

作者：郝银凤河南科技大学

学位级别：硕士

为了提高电子鼻检测霉变玉米的正确率,探究了电子鼻信号不同多特征组合表征模式方法对鉴别结果的影响,并给出了一种基于Wilks统计量的特征参量鉴别能力评价方法。同时,考虑到不同气敏传感器选择特性的差异,在多特征表征模式下给出了一... 详细信息

为了提高电子鼻检测霉变玉米的正确率,探究了电子鼻信号不同多特征组合表征模式方法对鉴别结果的影响,并给出了一种基于Wilks统计量的特征参量鉴别能力评价方法。同时,考虑到不同气敏传感器选择特性的差异,在多特征表征模式下给出了一种基于Wilks统计量主元消去变换的传感器信号表征特征的筛选方法。为了提高电子鼻预测霉变玉米真菌毒素含量,在五特征表征模式下发展了一种基于核Fisher判别分析融合BP神经网络的预测模型构建方法,以期提高霉变玉米真菌毒素含量的电子鼻检测能力。具体研究工作说明如下:首先对电子鼻中每个气敏传感器的霉变玉米气敏信号分别提取积分值、小波能量值、方差、相对稳态平均值、平均微分值作为特征值。然后,利用WilksΛ统计量计算单一特征表征模式和多特征组合表征模式下所构造的特征向量的鉴别能力。计算结果表明,多特征表征模式的鉴别效果优于单特征表征模式的鉴别效果,并且随着表征特征数的增多,所对应的特征向量的鉴别能力也进一步提高。研究结果也指出了多特征表征模式下如何进行特征组合是不具有规律性的,但可通过对比不同特征组合的WilksΛ值,来获得较好的表征特征组合。同时,在多特征组合表征模式下,借助于所给出的特征筛选方法,优化筛选了不同传感器气敏信号的特征组合。结果显示:在多特征表征模式下不同传感器特征表征是不同的,说明了特征筛选的必要性。为了揭示上述特征鉴别能力评定方法的有效性,运用Fisher判别分析(FDA)直观考察了不同特征表征模式下的鉴别结果。FDA结果显示,无论是单一特征表征模式还是多特征表征模式,它们的鉴别效果与基于WilksΛ统计量的鉴别能力评价结果相吻合,而且随着表征特征数的增多,鉴别正确率也逐渐提高,5特征组合下的FDA鉴别正确率升至98%。FDA分析结果表明,所给出的特征鉴别能力评价方法是有效的。最后,分别借助于BP神经网络、核变换FDA(KFDA)融合BP神经网络方法,研究了黄曲霉毒素B1含量、呕吐毒素含量、玉米赤霉烯酮含量的预测模型构建方法。预测结果显示:单纯的BP神经网络预测玉米赤霉烯酮、呕吐毒素含量、黄曲霉毒素B1,预测误差在5%以内的正确样本数所占比例最高为85%;而基于KFDA的BP神经网络的预测误差在0.6%以内的正确样本数所占比例为100%。且两种模型的预测值和实测值的拟合决定系数由0.95提高到1.00。研究结果表明,运用基于KFDA的BP神经网络方法预测霉变玉米真菌毒素含量是有效的,提高了电子鼻的检测精度。论文研究结果可获得4个方面的结论:1)用多特征融合表征模式可以更有效地反映霉变玉米样品的电子鼻响应信息。2)多特征表征向量的鉴别能力可用WilksΛ统计量进行有效评价。3)多特征表征模式下,每个气敏传感器的表征特征可用Wilks统计量主元消去变换的方法进行筛选。4)基于KFDA融合BP神经网络方法预测霉变玉米真菌毒素含量是有效的。

关键词：电子鼻霉变玉米特征组合 WilksΛ统计量 Fisher判别分析 BP神经网络真菌毒素含量

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基于仿生学的变体机翼探索研究

基于仿生学的变体机翼探索研究

作者：郝银凤南京航空航天大学

学位级别：硕士

仿生变体飞行器是一种新概念飞行器，在军事与民用领域存在广泛应用前景，是目前国内外的研究热点。与传统固定翼和旋翼飞行器相比，仿生变体机翼飞行器存在独特性能优势，必将在飞行器研究中占有重要地位。同时仿生变体飞行器作为新型... 详细信息

仿生变体飞行器是一种新概念飞行器，在军事与民用领域存在广泛应用前景，是目前国内外的研究热点。与传统固定翼和旋翼飞行器相比，仿生变体机翼飞行器存在独特性能优势，必将在飞行器研究中占有重要地位。同时仿生变体飞行器作为新型飞行器形式，对航空技术的发展有重大意义。本文针对多自由度仿生变体机翼的相关设计与驱动性能进行探索研究。主要研究内容包括：首先，从鸟类的飞行原理出发，分析鸟类扑翼、滑翔和翱翔飞行方式下的飞行特点。研究鸟类与飞行相关的大小胸肌和翅膀的结构与功能以及对仿生学的启示，为仿生研究提供理论基础。其次，以鸽子为对象进行生物力学研究。观察研究鸽子的外部形态，比较归纳赛鸽有利于飞行的翅膀几何形状。通过鸽子解剖、电刺激和红外热成像，研究鸽子与飞行相关的骨骼、肌肉系统以及飞行过程中的姿态变化。在此基础上，提出了两关节的变体机翼结构，研究前后掠角和上下反角对于机翼的气动性能影响，表明所设计变体机翼能够较好的在结构与功能上实现对鸟类飞行的模拟。然后，针对不同飞行方式的鸟类的翅膀几何形状特点，分别对扑翼飞行与翱翔飞行的目标进行飞行姿态优化布局。选取鸽子为扑翼飞行鸟类代表，变体机翼的几何形状按照长距离飞行冠军赛鸽的气动外形进行设计，通过控制关节角度的变化范围和稳定特性，得到变体机翼在起飞/着陆、突防俯冲和巡航时的关节角度配置，并分别对三种任务姿态进行气动分析。选取具有卓越翱翔性能的信天翁为滑翔与翱翔飞行鸟类代表，按照与仿鸽子变体机翼同样的技术手段，得到三种任务状态的关节配置角度和气动特性。机翼的优化布局外形与飞行鸟类的姿态较好匹配。最后，选取进行前后掠和上下反的单关节为对象，研究设计关节运动的驱动结构。选择SMA弹簧作为驱动元件，研究热处理训练时间、弹簧直径和弹簧圈数对SMA弹簧力学性能的影响。对SMA弹簧进行电驱动，分析研究SMA弹簧温度和力学性能与电流大小的关系。设计制作变体机翼单关节驱动结构，得到电流与偏转角度关系，从而得到每个关节目标偏转角下的输入电流。

关键词：变体机翼仿生设计鸟类形态学多自由度气动布局 SMA弹簧驱动器

拉伸状态下碳纤维复合材料T型接头的断裂行为

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复合材料学报 2013年第6期30卷 185-190页

作者：盛仪熊克卞侃熊璇陈宏郝银凤南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 成都飞机设计研究所成都610041 中国商飞上海飞机设计研究院上海200232

建立了碳纤维复合材料T型接头数值模型，模拟了其在拉伸载荷下的损伤产生、扩展及失效过程，并对碳纤维复合材料T型接头试件进行了静态拉伸试验。结果表明，接头的初始损伤载荷为9.8~12.0 kN，损伤发生后接头的载荷值发生突降（降低约27... 详细信息

建立了碳纤维复合材料T型接头数值模型，模拟了其在拉伸载荷下的损伤产生、扩展及失效过程，并对碳纤维复合材料T型接头试件进行了静态拉伸试验。结果表明，接头的初始损伤载荷为9.8~12.0 kN，损伤发生后接头的载荷值发生突降（降低约27%~38%），此时接头仍具有一定承载能力；试件完全脱胶载荷较初始损伤载荷略有降低（载荷范围为8.0~8.6 kN）。数值计算和试验结果吻合，结果均显示填料区是碳纤维复合材料T型接头最薄弱的部位，易发生破坏；填料区破坏后裂纹迅速向填料区周围的胶层扩展，导致胶层的剥离，这是导致碳纤维复合材料T型接头失效的最主要原因。

关键词：碳纤维复合材料 T型接头断裂行为数值模型静态拉伸

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变体机翼柔性蒙皮形状优化设计及试验分析

兵器材料科学与工程 2013年第2期36卷 31-34页

作者：陈珩王帮峰芦吉云郝银凤南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京210016 南京航空航天大学民航学院江苏南京210016

为满足变体机翼柔性蒙皮在沿波纹方向有较大变形量的要求,对半圆形波纹蒙皮基体的形状进行优化,得到一种纵向变形能力与横向承载能力均优于半圆形的波纹形状。建立该基体与半圆形基体拉伸与三点弯曲的有限元模型,结果表明,优化后蒙皮基... 详细信息

为满足变体机翼柔性蒙皮在沿波纹方向有较大变形量的要求,对半圆形波纹蒙皮基体的形状进行优化,得到一种纵向变形能力与横向承载能力均优于半圆形的波纹形状。建立该基体与半圆形基体拉伸与三点弯曲的有限元模型,结果表明,优化后蒙皮基体的拉伸伸长量提高25%,承载变形量减少44.1%。对试验件进行拉伸与三点弯曲试验,其结果与仿真吻合较好。优化后的蒙皮基体的纵向变形能力与横向承载能力都得到显著增强。

关键词：变体机翼形状优化复合材料有限元分析

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电子鼻鉴别白酒信号小波去漂移方法

农业机械学报 2016年第11期47卷 219-223,375页

作者：殷勇白玉于慧春郝银凤王润博河南科技大学食品与生物工程学院洛阳471023

为提高电子鼻长期鉴别的稳健性,提出了一种基于小波分析的电子鼻信号去漂移方法。对含漂移信号的电子鼻数据进行小波分解,获得分解系数;构造一种相对偏差阈值滤波函数对小波逼近系数进行阈值处理,获得修正的小波系数;运用小波逆变换对... 详细信息

为提高电子鼻长期鉴别的稳健性,提出了一种基于小波分析的电子鼻信号去漂移方法。对含漂移信号的电子鼻数据进行小波分解,获得分解系数;构造一种相对偏差阈值滤波函数对小波逼近系数进行阈值处理,获得修正的小波系数;运用小波逆变换对修正后的小波系数进行重构,得到去除漂移或少漂移的电子鼻信号。对6种白酒样本随机生成的5组样本训练集与对应的测试集进行去漂移处理与信号重构,提取去漂移处理前后的电子鼻信号积分值特征,并运用Fisher判别分析(FDA)和BP神经网络分别对5组数据集进行鉴别分析。FDA鉴别结果显示,无论是训练集还是测试集,5组样本的鉴别正确率由去漂移前的最高值45%提升至去漂移后的100%。BP神经网络鉴别结果显示,5组样本的鉴别正确率由去漂移前的最高值31.7%提升至去漂移后的98.3%。这说明所给出的去漂移方法在白酒电子鼻的鉴别中是稳健有效的。同时,也为电子鼻鉴别其他物品提供了一种可借鉴的去漂移方法。

关键词：白酒鉴别分析电子鼻信号去漂移小波分析