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智能传感器优化在环境监控中的应用研究

中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2024年第10期 0093-0096页

作者：李伟高静山东省博山区生态环境技术服务中心山东淄博255200 山东省博山区生态环境管理服务中心山东淄博255200

本文探讨智能传感器优化技术在环境监测中的应用。随着环境问题日益严峻,高效准确的监测变得至关重要。研究综述了智能传感器的最新发展,分析其在环境监测中的优势和挑战。通过案例研究,阐述了智能传感器在空气、水质和土壤污染监测等... 详细信息

本文探讨智能传感器优化技术在环境监测中的应用。随着环境问题日益严峻,高效准确的监测变得至关重要。研究综述了智能传感器的最新发展,分析其在环境监测中的优势和挑战。通过案例研究,阐述了智能传感器在空气、水质和土壤污染监测等方面的应用。研究表明,优化算法和机器学习可显著提高传感器性能。文章还探讨了智能传感器与物联网、大数据分析的融合前景,为环境监测系统发展提供新思路。

关键词：智能传感器环境监测传感器优化物联网机器学习

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传感器优化布置的改进有效独立算法

振动．测试与诊断 2012年第5期32卷 812-816,866页

作者：程建旗闫维明陈彦江何浩祥张宇博北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室北京100124

基于传统有效独立法(effective independence algorithm,简称EI法),以测点的频响函数为驱动点留数加权有效独立分布向量,提出改进的有效独立法用于传感器优化布置。该方法弥补了传统有效独立法会得到振动能量较低测点的缺点,可针对位移... 详细信息

基于传统有效独立法(effective independence algorithm,简称EI法),以测点的频响函数为驱动点留数加权有效独立分布向量,提出改进的有效独立法用于传感器优化布置。该方法弥补了传统有效独立法会得到振动能量较低测点的缺点,可针对位移、速度和加速度不同类型的传感器采用相应的频响函数分别进行优化布置。应用该方法对一座矮塔斜拉桥三向加速度传感器进行优化布置,并采用模态保证准则和抗噪声能力准则对布置方案进行评价,结果表明,改进有效独立法能得到精确、经济的传感器布置。

关键词：斜拉桥健康监测频响函数传感器优化有效独立法

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电容成像传感器优化设计及其试验研究

推进技术 2020年第6期41卷 1396-1403页

作者：马敏范广永王力中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

为了减小电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)传感器相邻极板间耦合电容引起电容测量时的噪声值,设计了差分电极传感器系统并对差分电极与测量电极距离进行参数优化。实验系统采用现场可编程门阵列(Field Programmable... 详细信息

为了减小电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)传感器相邻极板间耦合电容引起电容测量时的噪声值,设计了差分电极传感器系统并对差分电极与测量电极距离进行参数优化。实验系统采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)直接数字频率生成模块生成数字量的正弦激励信号,通过D/A转化为正负交流信号分别对测量电极和差分电极进行激励。差分电极与测量电极到管道中点的距离比例约1:1.2时传感器灵敏度最佳,仿真图像误差降低至0.23,图像相关系数提升到0.84;实验中空场时的系统平均信噪比比普通传感器提升了5.10dB,满场时的系统平均信噪比提升了4.50dB,相邻电极对的静止电容减少至38%,而电容变化占用最多测量值,即62%。差分电极传感器系统经过电极之间距离的优化设计,传感器系统性能得到提升,通过实验验证其可行性,并且能够应用在滑油监测。

关键词：电容层析成像图像重建现场可编程门阵列传感器优化信噪比

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基于传感器优化与鲁棒预测的等效加速度前馈

光电工程 2021年第11期48卷 1-10页

作者：夏文强何秋农段倩文周翕邓久强毛耀中国科学院光束控制重点实验室四川成都610209 中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院大学北京100049

在一类仅安装MEMS加速度计和图像传感器的光电跟踪系统中,等效加速度前馈控制方法能够有效提高系统的跟踪能力。但是,加速度计低频噪声、目标合成轨迹延迟和运动模型不确定性,会对跟踪效果带来限制。因此,本文提出一种基于传感器优化与... 详细信息

在一类仅安装MEMS加速度计和图像传感器的光电跟踪系统中,等效加速度前馈控制方法能够有效提高系统的跟踪能力。但是,加速度计低频噪声、目标合成轨迹延迟和运动模型不确定性,会对跟踪效果带来限制。因此,本文提出一种基于传感器优化与鲁棒预测的等效加速度前馈方法,来进一步提升系统的跟踪能力。使用加速度计测量值和系统加速度模型计算值进行频域融合,可以优化加速度计的低频性能;而采用鲁棒预测算法,能够减弱目标合成轨迹延迟及运动模型不确定性的影响,获得更准确的加速度前馈值。实验结果表明,该方法可以提高系统在0.1 Hz~4.5 Hz的跟踪能力。

关键词：等效加速度前馈传感器优化鲁棒预测光电跟踪系统

基于二重结构编码遗传算法的连续刚构桥传感器优化布置

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公路 2014年第11期59卷 36-41页

作者：周磊张力文周建庭贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司贵阳市550000 重庆市交通工程质量检测有限公司重庆市400000 重庆交通大学土木建筑学院重庆市400074

目前工程实践中的桥梁传感器布置多根据经验确定,现行规范对传感器优化布置也没有明确的理论与方法,基于此,提出基于二重结构编码遗传算法的传感器优化布置方法,即采用二重结构编码进行种群的选择、交叉和变异,在选择时采用最优保存策略... 详细信息

目前工程实践中的桥梁传感器布置多根据经验确定,现行规范对传感器优化布置也没有明确的理论与方法,基于此,提出基于二重结构编码遗传算法的传感器优化布置方法,即采用二重结构编码进行种群的选择、交叉和变异,在选择时采用最优保存策略,交叉时采用自适应部分匹配交叉,变异时采用自适应逆位变异的算子转化。该方法弥补了计算机应用于大型结构时数据冗长、储存空间不足的缺陷,并且搜索到最优解。通过对一个连续刚构桥工程的实例分析,证明了遗传算法在搜索能力、计算效率和可靠性方面明显优于有效独立法,但收敛速度仍需进一步完善。

关键词：连续刚构桥二重结构编码遗传算法种群选择交叉变异传感器优化

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油气润滑测试系统的ECT传感器优化设计

润滑与密封 2016年第12期41卷 102-106,116页

作者：孙启国杜超陈超洲北方工业大学机械与材料工程学院北京100144

建立油气润滑测试系统中的电容层析成像技术(ECT)传感器模型,运用COMSOL软件,以环状流为典型流型,获取电容值和灵敏度场信息。以重建图形质量综合评分(OS)最优为目标,Design-Expert软件为平台,对电容传感器结构参数进行正交实验设计与... 详细信息

建立油气润滑测试系统中的电容层析成像技术(ECT)传感器模型,运用COMSOL软件,以环状流为典型流型,获取电容值和灵敏度场信息。以重建图形质量综合评分(OS)最优为目标,Design-Expert软件为平台,对电容传感器结构参数进行正交实验设计与优化。结果表明,单因素对OS值影响的由强到弱的顺序为绝缘管壁厚度归一值、极板张角、屏蔽层与绝缘管道的间距归一值;采用优化后结构参数的传感器,重建图像质量得到了较大的提高,表明Design-Expert软件可高效、准确地对ECT传感器结构参数进行设计和参数优化,为同类研究提供了参考。

关键词：油气润滑传感器优化电容层析成像 Design—Expert

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钢管混凝土拱桥健康监测传感器优化布置方法

桂林理工大学学报 2022年第4期42卷 864-870页

作者：谢开仲周剑希广西大学土木建筑工程学院南宁530004 广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室南宁530004

提出一种针对超大跨钢管混凝土拱桥健康监测传感器的多重优化布置方法以保证桥梁在建设与营运阶段的安全性。首先以Fisher信息矩阵2-范数的变化率来优化目标模态数量,再综合考虑模态置信度矩阵非对角元的最大值及均值来优化传感器数量,... 详细信息

提出一种针对超大跨钢管混凝土拱桥健康监测传感器的多重优化布置方法以保证桥梁在建设与营运阶段的安全性。首先以Fisher信息矩阵2-范数的变化率来优化目标模态数量,再综合考虑模态置信度矩阵非对角元的最大值及均值来优化传感器数量,最后基于有效独立法优化传感器的布置位置。以某主跨575 m的中承式钢管混凝土拱桥为例,通过有限元软件提取了结构的模态数据,根据多重优化布置方法对传感器的数量及位置进行了优化分析,结果表明:对于超大跨钢管混凝土拱桥,曲率模态是拱肋损伤识别的有效方法,确定传感器数量时要综合考虑模态置信度矩阵非对角元的最大值及均值。

关键词：传感器优化数值计算 Fisher信息矩阵模态置信度矩阵曲率模态有效独立法

基于粒子群算法的网架结构健康监测传感器优化布置研究

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基于粒子群算法的网架结构健康监测传感器优化布置研究

作者：鹿伟西安建筑科技大学

学位级别：硕士

大跨度空间网架结构形式比较复杂,结构的跨度一般较大,常用在标志性和公共建筑中。网架结构可能会在施工过程、正常使用期间造成不可避免的损伤,当结构损伤未能被及时发现时,随时可能导致工程事故的发生。工程事故不仅会造成财产损失和... 详细信息

大跨度空间网架结构形式比较复杂,结构的跨度一般较大,常用在标志性和公共建筑中。网架结构可能会在施工过程、正常使用期间造成不可避免的损伤,当结构损伤未能被及时发现时,随时可能导致工程事故的发生。工程事故不仅会造成财产损失和人身伤害,还会给国家和社会带来不可估量的损失。因此,我们需要采取措施对重要的大型建筑、人流密集的公共建筑等进行健康监测,实时监控建筑物的健康状态,来减少由于结构的损伤累积等原因,造成结构破坏导致的事故。本文以空间网架结构为研究背景,研究结构健康监测中的传感器优化布置问题。通过研究优化布置准则和优化计算方法,选用改进的粒子群优化算法作为计算方法,改进后的算法具有效率高、精度高等优点。通过编写相应的优化算法程序,对网架结构中加速度传感器的数目和位置进行优化研究。在对空间网架试验模型进行传感器的数目优化时,首先采用基于Fisher信息矩阵2-范数法,选取了网架结构竖向振动的目标模态数目;其次以结构应变能为参考指标,在目标模态范围内,确定了网架结构的竖向监控振型阶数;最后采用MAC优化准则,确定了需要布置的传感器的数目。在对空间网架试验模型进行传感器的位置优化时,采用基于模态置信准则的适应度函数和基于模态变形能的适应度函数分别进行优化计算,对提出的基于模态变形能的适应度函数中刚度影响系数进行了改进分析,通过编写的算法程序进行计算,并对两种优化结果进行了评价。评价结果表明本文提出的第二种适应度函数的优化结果优于第一种适应度函数的优化结果,同时也证明了最终优化的结果准确可靠。传感器的优化是之后结构健康监测的基础,具有重要的实际工程意义。同时也为解决复杂的优化问题提供了依据,尤其适用于节点很多的大跨度空间结构中传感器的优化布置问题。

关键词：网架结构粒子群算法传感器优化

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基于ECT的新型传感器优化设计及算法研究

基于ECT的新型传感器优化设计及算法研究

作者：范广永中国民航大学

学位级别：硕士

电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT)优点在于非侵入性、安全性、响应速度快、安装便捷以及成本低等,使得这项技术在工业过程可视化检测中成为一项极具发展潜力的技术。为了深入分析电容层析成像系统,本论文的主... 详细信息

电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,ECT)优点在于非侵入性、安全性、响应速度快、安装便捷以及成本低等,使得这项技术在工业过程可视化检测中成为一项极具发展潜力的技术。为了深入分析电容层析成像系统,本论文的主要工作包括以下几个方面:1.阐述ECT技术的基本原理,对正、逆问题进行数学模型解释。设计12极板的ECT系统传感器。对部分传统的图像重建算法进行研究,介绍算法的成像原理,并分析其优劣,通过计算相关评价指标对重建效果进行评价。2.为了减小电容层析成像传感器相邻极板间耦合电容引起电容测量时的噪声值,设计了差分电极传感器系统并对差分电极与测量电极距离进行参数优化。实验系统采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)直接数字频率生成模块生成数字量的正弦激励信号,通过D/A转化为正负交流信号分别对测量电极和差分电极进行激励。测量电极与差分电极到管道中点的距离比例约1:1.2时传感器灵敏度最佳。3.传统的ECT传感器系统测量电极都是固定在管道壁上,测量电极到管道中心的距离固定不变,电极占空比(Electrode-to-Gap Ratio,EGR)也是固定不变,本文提出了一种占空比可调的新型传感器系统,在实际工业应用中更加方便快捷,得到效果更佳的重建图像。为了能够减小极板间的干扰电容,设计了含差分电极的传感器系统,差分电极安装在测量电极与屏蔽罩之间,差分电极与测量电极同步变化。4.首先将双共轭梯度算法引入到电容层析成像技术中,通过仿真实验设计图像重建分辨率较高。为了得到更佳的成像效果及缩短成像时间,将双共轭梯度与Tikhonov正则化算法相结合进行算法改进,然后与传统的迭代类算法相比较。5.将新型优化设计的传感器系统与改进双共轭梯度算法相结合使用,通过仿真实验得到更佳的成像效果,使其得到广泛的使用。

关键词：电容层析成像 COMSOL 占空比传感器优化