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基于KNN-SVM的混合气体检测方法研究

光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 117-124页

作者：孙超胡润泽吴中旭刘年松丁建军江汉大学智能制造学院湖北武汉430056 精细爆破国家重点实验室湖北武汉430056

当今混合气体检测的研究中,针对多组分气体数据进行分类预测的数学算法百花齐放,如何快速且准确的检测出气体的成分和浓度逐渐成为当今研究的热门。然而在一些研究中,气体数据特征难以捕捉和判断,泛化能力不足,对气体数据进行分类预测... 详细信息

当今混合气体检测的研究中,针对多组分气体数据进行分类预测的数学算法百花齐放,如何快速且准确的检测出气体的成分和浓度逐渐成为当今研究的热门。然而在一些研究中,气体数据特征难以捕捉和判断,泛化能力不足,对气体数据进行分类预测的精度和效率表现较差。为此,针对一些数据偏差和泛化误差无界的问题,提出了一种K最近邻-支持向量机(KNN-SVM)算法,对一些难以作出分类的模糊气体数据进行二次分类,采用KNN和SVM两种算法共同抉择,更加全面的捕捉数据特征,根据实验确定各自算法的权重比从而提高判别气体类别的准确率,两种算法的集成也能提高算法的效率,对于不同种类的气体也能有良好的适应性的稳定性。该实验气体组分由12 mg·L^(-1)的C_(2)H_(2)、NO_(2)、SF_(6),10 mg·L^(-1)的NO_(2)、SF_(6)和5 mg·L^(-1)的C_(2)H_(2)(背景气体皆为N_(2))以及两瓶纯N_(2)的气瓶组成;通过互相混合和与N_(2)配比制备出实验设定的气体浓度。实验过程通过单一气体的检测可分别对三种气体获得60组训练集,并通过这60组数据可进行线性拟合得到每种气体的拟合线,得到气体浓度与气体吸收峰值的关系,通过实验检测得到的三种气体拟合线,其中C_(2)H_(2)拟合线的调整后R^(2)为0.991,NO_(2)拟合线的调整后R^(2)为0.981,SF_(6)拟合线的调整后R^(2)为0.987,可得气体检测的准确性。再通过互相混合进行检测可分别获得40组训练集,采用KNN-SVM算法对混合气体进行分类和预测,后通过拟合线即可反演出混合气体中每种气体的浓度。将该算法与传统SVM算法进行各种分类指标对比均可显示出该算法的有效性和优越性。实验结果表明,KNN-SVM算法在气体分类预测方面表现出卓越的性能,准确率高达99.167%,AUC(area under curve)值达99.375%。这一算法不仅提高了气体检测的准确性,还增强了泛化能力可适应多样化的气体组分,为实时气体检测系统提供了有力支持。

关键词：光声光谱气体检测 KNN-SVM 分类预测

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料筒温度对超声塑化微制件充填质量的影响

中南大学学报（自然科学版） 2019年第12期50卷 2969-2977页

作者：蒋炳炎张英平齐鹏程邹洋魏国猛吴旺青中南大学高性能复杂制造国家重点实验室

为研究料筒温度对超声塑化微制件充填质量的影响,采用瞬态热分析法研究不同料筒温度下超声塑化过程聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)温度场升温特性,并结合单因素实验法研究料筒温度对超声塑化微拉伸试验件充填率、充填长度、溢料现象的影响规律... 详细信息

为研究料筒温度对超声塑化微制件充填质量的影响,采用瞬态热分析法研究不同料筒温度下超声塑化过程聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)温度场升温特性,并结合单因素实验法研究料筒温度对超声塑化微拉伸试验件充填率、充填长度、溢料现象的影响规律。研究结果表明:提高料筒温度可明显缩短聚合物达到黏流温度所需的时间,提高聚合物熔体的最高温度,从而提高超声塑化微制件充填质量;当料筒温度为100℃时,聚合物颗粒完全熔融,制件充填率提高12.20%,制件长度提高16.00%,无明显烧焦及溢料现象;当料筒温度提高至180℃时,充填质量出现小幅度下降,制件出现烧黑与溢料现象。

关键词：超声塑化料筒温度微注射成型充填质量

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基于干扰观测器的磁通反馈式功率放大器

中国电机工程学报 2012年第30期32卷 118-125+19页

作者：瞿田华周海波段吉安高性能复杂制造国家重点实验室(中南大学)

磁通反馈式功率放大器中存在的噪声、参数摄动以及其它非线性特征会影响磁悬浮效果。为了研究该问题,建立了磁通反馈式功率放大器及其负载电磁铁的仿真模型,其中引入了气隙变化对磁通生成模型的影响。针对单纯比例积分微分(proportion-i... 详细信息

磁通反馈式功率放大器中存在的噪声、参数摄动以及其它非线性特征会影响磁悬浮效果。为了研究该问题,建立了磁通反馈式功率放大器及其负载电磁铁的仿真模型,其中引入了气隙变化对磁通生成模型的影响。针对单纯比例积分微分(proportion-integral-differential,PID)控制应用在磁通反馈式功率放大器中会产生磁通稳态输出抖动的问题,设计了一个新型干扰观测器(disturbance observer,DOB)。新型DOB采用多路传感信号综合观测的方式减小反馈信号处的噪声干扰对观测值的影响,并获得了比常规DOB更加稳定的系统等效效果。仿真结果表明,结合新型DOB结构的PID反馈控制方法能够很好的抑制因模型参数摄动、模型非线性特征和噪声而造成的稳态磁通输出抖动,其控制效果优于单独PID控制方法。

关键词：磁悬浮系统磁通反馈功率放大器干扰观测器参数摄动

12CrNi4A材料轴向超声干磨削残余应力计算及试验研究

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机械工程学报 2018年第17期54卷 246-254页

作者：唐进元郑金超廖东日邵文中南大学高性能复杂制造国家重点实验室

金属材料12Cr Ni4A是一种高强度合金钢,研究12Cr Ni4A材料轴向超声干磨削(Ultrasonic dry grinding,UDG)下的残余应力计算问题。运用逆热法构建一种新的非高斯热源模型,基于有限元软件COMSOL,计算出金属材料12Cr Ni4A超声磨削温度场分... 详细信息

金属材料12Cr Ni4A是一种高强度合金钢,研究12Cr Ni4A材料轴向超声干磨削(Ultrasonic dry grinding,UDG)下的残余应力计算问题。运用逆热法构建一种新的非高斯热源模型,基于有限元软件COMSOL,计算出金属材料12Cr Ni4A超声磨削温度场分布。用打孔埋布嵌入式热电偶方法测出UAG的磨削区温度历程及分布,通过有限元计算与实测结果进行对比,磨削区温度误差值在5%以内。加载运动学硬化函数,耦合磨削热及磨削力对超声磨削残余应力场进行有限元计算,得到超声磨削表层残余应力分布,与实测值进行对比,误差在10%以内。研究表明:1)超声磨削可有效降低磨削区温度,降低幅值为24.1%;2)超声磨削可有效减少磨削残余拉应力,增加磨削残余压应力。所提出的预测超声干磨削残余应力的方法,对超声磨削的深入研究有借鉴参考价值。

关键词：超声磨削运动学硬化超声磨削残余应力仿真磨削温度测量

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食品亚硝酸盐电化学传感器研发

传感器与微系统 2025年第1期 80-82+87页

作者：胡子益郑冬云中南民族大学生物医学工程学院医学信息分析及肿瘤诊疗湖北省重点实验室认知科学国家民委重点实验室

借助于简单可控的电化学技术，依次将电化学还原氧化石墨烯（ERGO）和铂纳米颗粒（PtNPs）修饰到石墨糊电极（GPE）表面，制得PtNPs/ERGO/GPE。电化学表征结果显示，PtNPs/ERGO/GPE对亚硝酸盐（NO-2）的电化学氧化具有显著催化作用，在... 详细信息

借助于简单可控的电化学技术，依次将电化学还原氧化石墨烯（ERGO）和铂纳米颗粒（PtNPs）修饰到石墨糊电极（GPE）表面，制得PtNPs/ERGO/GPE。电化学表征结果显示，PtNPs/ERGO/GPE对亚硝酸盐（NO-2）的电化学氧化具有显著催化作用，在最佳检测条件下，NO-2在PtNPs/ERGO/GPE上的氧化峰电流与其浓度在7.0×10-6～4.0×10-3mol/L范围内呈良好线性关系，检出限低至2.0×10-6mol/L（S/N=3）。此外，PtNPs/ERGO/GPE用于NO-2检测还具有良好的特异性、稳定性和重现性，且可用于食品样品中NO-2含量的准确、快速检测。PtNPs/ERGO/GPE制备简单、性能好且成本低，可用作一次性食品亚硝酸盐电化学传感器件，具有良好的应用前景。

关键词：石墨糊电极石墨烯铂纳米颗粒亚硝酸盐检测

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改进的粗糙表面线性变换重构方法

表面技术 2022年第10期51卷 176-184页

作者：夏富佳唐进元杨铎中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083

目的设计一种改进方法,解决线性变换法无法实现任意偏斜度Ssk和峭度Sku组合的粗糙表面重构,以及无法保证表面高度极值特征参数(包括最大高度Sz、最大峰高Sp和最大谷深Sv)精度的问题。方法通过求解表面高度概率密度函数,代替线性变换法的... 详细信息

目的设计一种改进方法,解决线性变换法无法实现任意偏斜度Ssk和峭度Sku组合的粗糙表面重构,以及无法保证表面高度极值特征参数(包括最大高度Sz、最大峰高Sp和最大谷深Sv)精度的问题。方法通过求解表面高度概率密度函数,代替线性变换法的Johnson转换,构造符合指定高度分布的非高斯序列,并利用时频迭代法保证重构表面高度参数的精度,在此基础上,设置特定的Ssk和Sku理论值,以证明所提改进方法的优越性,并将重构喷丸表面和磨削喷丸表面与相应实测表面进行对比,验证改进方法的合理性。结果改进方法对任意Ssk和Sku组合的粗糙表面均能准确重构,且可以保证表面高度极值特征参数的精度,最大误差不超过5%。此外,基于时频迭代法,改进方法有效避免了线性变换法中线性变换带来的原理性误差,重构表面的精度高且鲁棒性好,利用改进方法重构的喷丸表面和磨削喷丸表面,其高度分布、自相关函数均与实测表面吻合良好,相关粗糙度参数的最大误差低于5%。结论对于任意高度分布和自相关函数的粗糙表面,文中提出的改进方法均可实现高效、精准的重构,且表面Sq、Ssk和Sku值能得到精确保证,表面高度极值特征参数也可得到良好表征。此外,采用改进方法重构的喷丸和磨削喷丸表面,其高度分布也更加符合实际。

关键词：表面重构线性变换概率密度函数时频迭代高度分布自相关函数

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联合载荷下角接触球轴承的动态特性分析

机械工程学报 2020年第17期56卷 116-125页

作者：李震关先磊钟锐王青山中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083

高速轴承是我国国民经济和国防工业急需的关键零部件,基于非线性弹性赫兹接触理论以及琼斯哈里斯模型,在原有三自由度动力学模型的基础上,提出一个五自由度拟静力学分析模型,考虑离心力,陀螺力矩,接触角等因素的影响。从角接触球轴承(An... 详细信息

高速轴承是我国国民经济和国防工业急需的关键零部件,基于非线性弹性赫兹接触理论以及琼斯哈里斯模型,在原有三自由度动力学模型的基础上,提出一个五自由度拟静力学分析模型,考虑离心力,陀螺力矩,接触角等因素的影响。从角接触球轴承(Angular contact ball bearing,ACBB)内部几何关系入手,根据勾股定理列出几何平衡方程,分别对滚珠和轴承内圈进行受力分析,列出受力平衡方程,采用牛顿拉夫逊方法结合迭代步长调节因子对平衡方程组进行求解。通过求解特定工况下的轴承刚度和轴承动态参数与已有文献的结果进行对比,验证本文方法的准确性,稳定性和通用性。根据已建立的动力学模型,分别开展轴承外载荷和转速对轴承动态特性的研究。结果表明,在联合载荷作用下,轴向和径向载荷对轴承动态参数和轴承刚度有重要影响,且两者在一定程度上相互制约。力矩对轴承的动态特性影响较小。

关键词：角接触球轴承轴承刚度轴向力滚珠方位角接触角

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航空铝合金超声搅拌复合焊工艺及机理

中国有色金属学报 2012年第10期22卷 2743-2748页

作者：贺地求彭建红杨坤玉徐少华汪建贺署俊中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083

分别采用超声搅拌复合焊(USCW)和搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为1.8 mm的2524-T3航空铝合金薄板进行对接焊试验,对比分析USCW和FSW接头的外观、性能和微观组织。结果表明:USCW接头质量优于搅拌摩擦焊的,焊缝稳定性比FSW焊缝的好,USCW可实现近... 详细信息

分别采用超声搅拌复合焊(USCW)和搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为1.8 mm的2524-T3航空铝合金薄板进行对接焊试验,对比分析USCW和FSW接头的外观、性能和微观组织。结果表明:USCW接头质量优于搅拌摩擦焊的,焊缝稳定性比FSW焊缝的好,USCW可实现近零缺陷焊接,而FSW焊缝缺陷率达50%以上。显微组织分析结果表明:USCW焊核区晶粒较搅拌摩擦焊更加细小、均匀;USCW焊缝热机影响区与热影响区较FSW的小。通过对超声搅拌复合焊的机理分析发现,超声波的热效应、体积效应和强振动效应,具有补偿焊缝中底部热量、强化金属塑性流动、细化和均匀组织的效果。

关键词： 2524-T3铝合金超声搅拌复合焊搅拌摩擦焊焊接稳定性

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铜与不锈钢搅拌摩擦焊搭接接头的显微组织

中国有色金属学报 2012年第9期22卷 2608-2613页

作者：贺地求徐少华彭建红汪建贺暑俊中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083

采用搅拌摩擦焊方法实现T2紫铜和不锈钢异种金属的焊接,得到外观成形良好、变形小的搭接接头。通过金相、能谱扫描分析焊接接头组织。结果表明:紫铜-不锈钢搭接接头后退侧塑性较好的紫铜金属材料从上往下流动形成层状流线,在焊缝交界处... 详细信息

采用搅拌摩擦焊方法实现T2紫铜和不锈钢异种金属的焊接,得到外观成形良好、变形小的搭接接头。通过金相、能谱扫描分析焊接接头组织。结果表明:紫铜-不锈钢搭接接头后退侧塑性较好的紫铜金属材料从上往下流动形成层状流线,在焊缝交界处与塑性较差的不锈钢金属材料形成具有模糊界线的区域组织;焊核区上表面组织为细小的等轴晶,紫铜侧组织由于受高温时间较长,为粗大的等轴晶,钢侧组织受搅拌针端部作用形成再结晶晶粒,交界处出现涡流交迭形状;前进侧有两种组织形貌,即铜基混合条带和钢基混合条带;紫铜-不锈钢异种材料焊接时在不锈钢侧存在搅拌头磨损后脱落的元素成分。

关键词： T2紫铜不锈钢搅拌摩擦焊搭接接头显微组织