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液体微小流量测量技术研究进展

力学学报 2024年第6期56卷 1573-1584页

作者：侯立凯范旭金羽卓刘铭扬包福兵中国计量大学浙江省流量计量技术研究重点实验室杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

随着流体力学与生命科学、材料科学、医疗健康、能源环境和先进制造等多学科领域的交叉融合,微量液体与微流控技术逐渐在这些领域取得了广泛的应用.与此同时,液体微小流量(每分钟几微升、几纳升,甚至更低)的测量需求逐渐凸显出来.随着... 详细信息

随着流体力学与生命科学、材料科学、医疗健康、能源环境和先进制造等多学科领域的交叉融合,微量液体与微流控技术逐渐在这些领域取得了广泛的应用.与此同时,液体微小流量(每分钟几微升、几纳升,甚至更低)的测量需求逐渐凸显出来.随着特征尺度的减小,原有的液体流量测量技术已经无法满足测量准确度的要求,因此,需要流量测量技术的进一步发展来满足微小流量测量和传感器微尺度集成的需求.文章介绍了液体微小流量的应用背景和面临的主要问题,首先,根据测量过程中是否引入外界能量(例如电能、热能等),将现有的和正在开发的液体微小流量测量技术分为有源流量测量技术和无源流量测量技术;其次,分别对其包含的具体测量技术展开论述,主要包括质量流量测量技术(科里奥利和微谐振器)、热式流量测量技术(热损失型、热分布型和热脉冲型)、光流控流量测量技术(光致褪色)、压力转换流量测量技术(压差式、悬臂式和柔性膜形变)、粒子测速技术、重力测量技术和弯月面追踪技术等,并讨论了上述测量技术的传感测量原理、测量性能指标和优缺点;最后,结合液体微小流量测量技术的发展和先进测量体系的建设,总结了液体微小流量测量的应用前景和有待解决的挑战.

关键词：微小流量测量流量计微量液体传感器

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基于GBDT的气液两相流相分布测量模型

化工进展 2024年第2期43卷 800-807页

作者：曾思睿孔明中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

双波长透射法是一种高精度的多相流相分布参数检测方法,为了进一步提高相分布测量的精度,本文提出用梯度提升决策树(GBDT)算法建立相分布测量模型。利用光学仿真,模拟气泡在不同相分布下波长为445nm和635nm的光线在气液两相流中的传播过... 详细信息

双波长透射法是一种高精度的多相流相分布参数检测方法,为了进一步提高相分布测量的精度,本文提出用梯度提升决策树(GBDT)算法建立相分布测量模型。利用光学仿真,模拟气泡在不同相分布下波长为445nm和635nm的光线在气液两相流中的传播过程,采集检测平面的光强分布,分析不同相分布情况下气泡中心位置和气泡半径对光强分布曲线的影响;用GBDT建立测量模型,以光强缺失宽度和缺失偏移为特征参数,建立特征参数与气泡相分布之间的对应数据库,利用数据库对GBDT模型进行训练;用训练好的模型预测气泡的相分布。建立的测量模型对气泡相分布预测的均方误差小于0.0008mm,均方误差减小了33.33%,证明了测量模型更适用于相分布的测量。搭建了实验平台,对竖直上升气泡流相分布参数进行预测,实现了对气泡中心位置运动轨迹的追踪。

关键词：气液两相流气泡上升管相分布梯度提升决策树

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基于多深度相机融合的机械臂抓取系统

计算机集成制造系统 2024年第2期30卷 435-444页

作者：洪诚康杨力江文松罗哉中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

针对单深度相机视角下获取的物体深度图像存在噪声干扰、遮挡等问题,使物体点云形状缺失或变形,3D特征存在不稳定性,提出一种多深度相机融合方法。利用多相机标定结果拼接各个相机视角下的点云数据,通过k邻域去噪算法除去点云中的噪声点... 详细信息

针对单深度相机视角下获取的物体深度图像存在噪声干扰、遮挡等问题,使物体点云形状缺失或变形,3D特征存在不稳定性,提出一种多深度相机融合方法。利用多相机标定结果拼接各个相机视角下的点云数据,通过k邻域去噪算法除去点云中的噪声点,再对去噪点云数据进行体素化降采样,使拼接后的点云在空间均匀分布,从而获取完整的物体形状。同时建立了一个端到端的神经网络,通过输入多相机拍摄的RGB-D图像来预测二指平行夹爪的3D位置和3D方向。为优化预测抓取结果,改进了神经网络中对预测结果的鲁棒性评估,提出力螺旋空间场评价方法,提高了4%的成功率。最后将该抓取系统应用于AR5机械臂,实现了91%的抓取成功率。

关键词：机械臂抓取深度学习点云拼接手眼标定

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共程Tolansky干涉圆环嵌套现象分析

光学学报 2024年第5期44卷 237-244页

作者：欧阳烨锋许子杰张宝武朱玲方振远罗贤欢孙怡中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

针对共程Tolansky干涉测量中出现的干涉圆环嵌套问题,基于多光束反射原理建立了分析模型,通过将MATLAB的仿真实验和实体双臂Tolansky干涉系统相结合的方式进行交叉验证,结果显示嵌套环确实是由光束在干涉分光镜和干涉反射镜之间来回反... 详细信息

针对共程Tolansky干涉测量中出现的干涉圆环嵌套问题,基于多光束反射原理建立了分析模型,通过将MATLAB的仿真实验和实体双臂Tolansky干涉系统相结合的方式进行交叉验证,结果显示嵌套环确实是由光束在干涉分光镜和干涉反射镜之间来回反射产生的多光束干涉造成的。由仿真和实验的验证显示可知,通过合理调整干涉分光镜的透射率、反射率和干涉反射镜的反射率可以对嵌套现象进行有效地抑制,为后续利用共程Tolansky干涉进行精密测量提供了理论和实验指导。

关键词：物理光学 Tolansky干涉共程干涉非定域圆环嵌套

含表面活性剂溶液的雾化特性及对细颗粒物的强化去除效果

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化工进展 2024年第2期43卷 865-871页

作者：顾海林陈斌康郭佳琪冯洁简青山王进卿张光学中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

喷雾技术在气体净化、粉尘控制、化学合成等领域应用广泛,其中液滴尺寸控制及提高喷雾均匀性是该技术面临的挑战。为此,本文拟利用表面活性剂对水雾的雾化特性进行调控,以提高喷雾均匀性,并进一步探究其对细颗粒物去除的促进作用。本文... 详细信息

喷雾技术在气体净化、粉尘控制、化学合成等领域应用广泛,其中液滴尺寸控制及提高喷雾均匀性是该技术面临的挑战。为此,本文拟利用表面活性剂对水雾的雾化特性进行调控,以提高喷雾均匀性,并进一步探究其对细颗粒物去除的促进作用。本文采用实验研究,首先对三种不同性质表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、吐温80)溶液的雾化特性进行了分析,探究了表面活性剂的种类和浓度对于雾化特性的影响。结果表明,与去离子水相比,表面活性剂的加入可以显著提升喷雾的均匀性,喷雾总体粒径减小,并且非离子型表面活性剂吐温80雾化形成的小液滴数量占比最高。当表面活性剂溶液浓度达到临界胶束浓度(CMC)时,三种类型表面活性剂溶液的液滴数达到峰值,以此作为最佳雾化浓度。此外,通过喷雾去除细颗粒物实验表明,含表面活性剂溶液喷雾可以加快细颗粒物去除速率。

关键词：喷雾表面活性剂细颗粒物液滴粒径

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微小液体流量校准技术

化工进展 2024年第2期43卷 579-585页

作者：侯立凯范旭包福兵中国计量大学浙江省流量计量技术研究重点实验室浙江杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

微小液体被广泛应用于微反应器中,具有传热传质效率高、高通量、集成化、方便控制等优势,微小液体流量计可以实现对样品的精确控制,但在极低流量下(μL/min乃至nL/min),微小液体流量计存在计量基标准不完善、校准难度大等问题。本文综... 详细信息

微小液体被广泛应用于微反应器中,具有传热传质效率高、高通量、集成化、方便控制等优势,微小液体流量计可以实现对样品的精确控制,但在极低流量下(μL/min乃至nL/min),微小液体流量计存在计量基标准不完善、校准难度大等问题。本文综述了目前在微小液体流量计量领域所采用的几种校准技术,主要包括质量法和体积法,并根据现有的研究给出了这些技术目前所能达到的校准范围和不确定度。分析表明,现有的质量法微小液体流量校准技术在应用于微小液体时仍具有不足,需要进一步研究多种作用机制的影响;体积法微小液体流量校准技术有多种实现方式,虽然目前仍处于探索阶段,但在未来有望成为更具有研究前景的一种方法。最后,结合微小液体流量计量技术的发展和先进测量体系的建设,展望了微小液体流量计量的发展前景。

关键词：微反应器微流体学测量校准技术

基于改进量子粒子群优化算法的机器人逆运动学求解

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中国机械工程 2024年第2期35卷 293-304页

作者：陈卓凡周坤秦菲菲王斌锐中国计量大学机电工程学院杭州310018

针对工业机器人在逆运动学求解过程中存在的位姿奇异、解不唯一、求解精度低等问题,提出了一种改进量子粒子群算法。首先,利用D-H参数法建立机器人运动学模型,以机械臂末端最小位姿误差为主要优化目标,加入运动前后关节角变化最小、行... 详细信息

针对工业机器人在逆运动学求解过程中存在的位姿奇异、解不唯一、求解精度低等问题,提出了一种改进量子粒子群算法。首先,利用D-H参数法建立机器人运动学模型,以机械臂末端最小位姿误差为主要优化目标,加入运动前后关节角变化最小、行程平稳连续的约束条件,设计了目标函数;其次,通过采用Levy飞行策略改进粒子更新方式、非线性地动态调整收缩膨胀因子、采用变权重方法计算最优平均位置等方法设计了一种改进量子粒子群优化(IQPSO)算法;然后,模拟单点位姿和连续轨迹两种不同的求解情况进行三种算法(IQPSO、APSO、QPSO)的仿真对比实验,结果表明IQPSO算法具有收敛速度快、求解精度高等优点;最后,将IQPSO算法用于机械臂本体进行实物验证,实验结果表明IQPSO算法求解出的插值点所组成的轨迹连续且平滑,进一步证明了该算法应用于实际运动控制中的稳定性和可行性。

关键词：工业机器人逆运动学求解目标函数改进量子粒子群优化算法

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基于三维重构的乌鳢整皮剥离系统设计与试验

农业工程学报 2024年第1期40卷 100-111页

作者：翟晓东赵明岩蒋昕余林敏王炜智黄章炜中国计量大学机电工程学院杭州310018

针对乌鳢脂肪层薄、皮肉分离难度大、手工剥取效率低且存在安全隐患等问题,该研究设计了基于三维重构的乌鳢整皮自动剥离系统。针对其头部、鱼身、鱼尾截面变化剧烈,表皮黏滑难以固定、臀鳍坚硬严重干扰剥皮作业等特点,采集并分析其形... 详细信息

针对乌鳢脂肪层薄、皮肉分离难度大、手工剥取效率低且存在安全隐患等问题,该研究设计了基于三维重构的乌鳢整皮自动剥离系统。针对其头部、鱼身、鱼尾截面变化剧烈,表皮黏滑难以固定、臀鳍坚硬严重干扰剥皮作业等特点,采集并分析其形态特征参数,设计了装夹机构、切割机构、皮肉分离机构及剥皮终端。开发了视觉系统,对待剥皮对象进行三维重建,根据重建结果,通过算法控制、规划各执行机构路径,实现了乌鳢整皮快速、准确剥取。以单台乌鳢整皮剥离机的单尾鱼皮剥离时长、鱼皮剥取率、皮肉分离指数及鱼皮破损率为指标,对样机性能进行分析。试验结果表明:单尾鱼平均剥离时长为183 s,鱼皮剥取率均值为94.60%,皮肉分离指数均值为9.93,鱼皮破损率均值为6.25%,符合整皮剥离工艺要求。该研究结果可为鱼类整皮剥取自动化系统的研发与设计提供参考。

关键词：设计试验鱼皮剥离机乌鳢三维重构

仿真数据驱动的长期服役电梯导轨故障迁移诊断方法

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中国机械工程 2024年第1期35卷 125-135页

作者：肖刚顾海瑞董锦锦王琪冰陆佳炜中国计量大学机电工程学院杭州310018

现有的电梯导轨故障诊断研究存在水平振动分类数据稀缺,训练和测试数据集分布差异较大等问题。提出了一种仿真数据驱动的长期服役电梯导轨故障迁移诊断方法。首先构建电梯轿厢的水平动力学模型,将不同类型的导轨故障激励作为系统输入进... 详细信息

现有的电梯导轨故障诊断研究存在水平振动分类数据稀缺,训练和测试数据集分布差异较大等问题。提出了一种仿真数据驱动的长期服役电梯导轨故障迁移诊断方法。首先构建电梯轿厢的水平动力学模型,将不同类型的导轨故障激励作为系统输入进行仿真,获得丰富的轿厢水平异常振动数据;然后融合残差网络和卷积注意力机制来提取故障特征,采用子领域自适应方法实现无监督场景下源域与目标域条件分布的对齐;最后使用不同工况下的电梯水平振动数据作为目标域对所提方法进行验证。实验结果表明,所提方法在无监督跨域场景下具有较高的故障诊断精度,为解决长期服役电梯的故障数据稀缺问题提供了参考。

关键词：仿真数据驱动长期服役电梯水平振动子领域自适应故障诊断