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基于宽带声光调制的高保真相位敏感光时域反射计系统

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光学学报 2024年第1期44卷 316-324页

作者：雷艳阳姜桃飞马云宾夏猛汤晓惠隋景林杨芳杜学新董永康哈尔滨工业大学卓越工程师学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学郑州研究院河南郑州450018 国家管网集团科学技术研究院河北廊坊065000 哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

相位敏感光时域反射计(Ф-OTDR)系统通常用于振动监测中,具有响应速度快和检测灵敏度高的优势,但受相干衰落效应的影响,导致振幅较低位置提取的振动信号相位信息失真。为此,本文提出一种基于宽带声光调制的高保真Ф-OTDR传感方案,实现... 详细信息

相位敏感光时域反射计(Ф-OTDR)系统通常用于振动监测中,具有响应速度快和检测灵敏度高的优势,但受相干衰落效应的影响,导致振幅较低位置提取的振动信号相位信息失真。为此,本文提出一种基于宽带声光调制的高保真Ф-OTDR传感方案,实现对振动信号相位信息的高保真提取。该方案具有调制结构简单紧凑、相位延迟控制精确、频率分量灵活可控、不牺牲响应带宽和空间分辨率等优点。在验证实验中,灵活调制脉宽为100 ns,且同时将包含三个非等间距频率的多频探测光脉冲注入2 km的传感光纤,并以幅值评估的方式对多频拍频信号进行复用。结果表明,该方案中相干衰落的概率从17.541%降低到0.045%,并实现了对模拟振动信号相位信息的高保真重构。

关键词：相位敏感光时域反射计相干衰落效应相位信息多频脉冲调制

基于l_(1)-TSXKF的航天器姿控系统状态偏差估计

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航空学报 2024年第16期45卷 153-164页

作者：陈雪芹杨伯毓吴凡岳程斐曹喜滨哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳518055

研究考虑非高斯噪声特性的航天器姿态控制系统状态与偏差估计问题。首先,建立含偏差的航天器姿控系统模型,并给出了非高斯特性噪声表达形式。然后,采用l_(1)范数卡尔曼滤波(l_(1)-KF)算法并结合数学仿真,验证了在卡尔曼滤波算法中引入l_... 详细信息

研究考虑非高斯噪声特性的航天器姿态控制系统状态与偏差估计问题。首先,建立含偏差的航天器姿控系统模型,并给出了非高斯特性噪声表达形式。然后,采用l_(1)范数卡尔曼滤波(l_(1)-KF)算法并结合数学仿真,验证了在卡尔曼滤波算法中引入l_(1)范数,可以避免系统受非高斯过程噪声的影响,但l_(1)-KF算法无法实现对状态和偏差的同时估计,且仅适用于姿态稳定控制过程中的估计。于是,在l_(1)-KF算法的基础上,考虑系统转动惯量时变和偏差时变的复杂情况,结合时变转动惯量实时辨识,设计l_(1)范数二阶外源性卡尔曼滤波(l_(1)-TSXKF)算法,对航天器姿态机动过程中的状态和偏差同时进行估计。数学仿真结果表明,l_(1)-TSXKF算法可以减少系统非高斯特性的影响,在航天器姿态机动过程中,可快速得到高精度的姿态、未知偏差估计结果,有利于航天器在轨应用。

关键词：航天器姿控系统偏差估计状态估计转动惯量辨识

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SLM工艺参数对表面成形质量的影响规律

焊接学报 2024年第6期45卷 20-29页

作者：吕海卿李明川马瑞常帅李俐群哈尔滨工业大学材料结构精密焊接与连接全国重点实验室哈尔滨150001 北京动力机械研究所北京100074 哈尔滨工业大学郑州研究院郑州450046

较差的表面成形质量是选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)在应用与推广中亟待解决的问题,凹凸不平的成形表面给SLM制备零件的力学性能和耐腐蚀能力带来了诸多不利影响.文中通过SLM制备了包含向上、向下表面的45°倾斜试样... 详细信息

较差的表面成形质量是选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)在应用与推广中亟待解决的问题,凹凸不平的成形表面给SLM制备零件的力学性能和耐腐蚀能力带来了诸多不利影响.文中通过SLM制备了包含向上、向下表面的45°倾斜试样以及包含垂直表面的90°垂直试样,以此3种不同典型建造角度的成形表面作为研究对象,对比研究了不同建造角度之下的表面成形特征,并分析讨论其成因,认为45°倾斜试样的上表面主要呈现为阶梯与轻微颗粒粘附特征,颗粒的严重粘附与团聚现象出现在下表面,90°垂直表面的成形质量则主要受到粘附颗粒的影响;结合表面三维形貌观察与非接触式表面粗糙度测量,对比探究了激光功率和扫描速度两种主要工艺参数对表面成形质量的影响规律.最终,在各自的工艺参数窗口下,分别得到了4.0μm、21.6μm和7.8μm的最光滑表面,优化的参数组合使得表面粗糙度水平实现了44%、47%和56%的降低效果.此外,还从激光热输入、粉末颗粒与熔池热过程等角度分析了3种不同建造角度的目标表面上不同表面特征在变化的工艺参数下的转变规律,解释了工艺参数的影响规律并提出有助于获得更优表面成形质量的参数组合策略.

关键词：选区激光熔化表面成形质量工艺参数

构建高精度中国人基因组变异图谱,为"健康中国"建设奠定关键科学基础——哈尔滨工业大学生物信息技术研究院、生物大数据教育部重点实验室

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中国科技成果 2024年第12期25卷 52-54页

作者：姜涛刘博王亚东哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150006

2018年,由哈尔滨工业大学(以下简称:哈工大)生物信息技术研究院、生物大数据教育部重点实验室牵头并联合国内30余家单位启动了我国首个大规模基因组计划——"中国十万人基因组计划"("十三五"国家重点研发计划"精准医学"重点专项项目,如... 详细信息

2018年,由哈尔滨工业大学(以下简称:哈工大)生物信息技术研究院、生物大数据教育部重点实验室牵头并联合国内30余家单位启动了我国首个大规模基因组计划——"中国十万人基因组计划"("十三五"国家重点研发计划"精准医学"重点专项项目,如图1所示).该项目旨在构建中国参比人群并开展大规模全基因组测序与数据分析,绘制高精度的中国人基因组变异图谱,全面揭示中国人基因组变异分布规律,并探索中国人基因变异与环境暴露和表型之间的复杂关系,为"健康中国"建设奠定重要科学基础.

关键词：生物信息技术基因组计划国家重点研发计划基因组变异精准医学环境暴露全基因组测序基因变异

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生物质好氧发酵热生产与回收利用研究进展

农业工程学报 2024年第5期40卷 25-37页

作者：于艳玲曹永娜贺巍周宁邹泽华朱宇航郭超秦江哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨150001 哈工大郑州研究院郑州450003 黑龙江省建设投资集团有限公司碳中和研究院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“... 详细信息

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。为将生物质能高效转化为热能利用,人们对发酵热回收利用进行了研究,但是没有将热生产、热回收和热利用三个阶段进行系统联系,导致热回收工艺效率不高。该文主要阐述了好氧发酵产热原理,并从菌剂、原料理化性质和发酵工艺三个方面对发酵热生产的影响进行了探讨,总结了现有热回收利用系统,最后对生物质好氧发酵热生产与回收利用系统的发展方向进行展望,以期为生物质发酵热能利用提供支持。

关键词：生物质好氧发酵发酵产热能量回收废热利用

碳纤维复合材料飞机蒙皮表面漆层激光清洗工艺研究

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中国激光 2024年第12期51卷 72-85页

作者：顾军义李文琴苏轩徐杰郭斌哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院广东深圳518055 哈尔滨工业大学郑州研究院河南郑州450046 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150080

激光清洗碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)表面涂层一直面临着形貌破坏与基体过热的风险。为了明晰工艺参数对激光清洗CFRP飞机蒙皮表面油漆的影响规律,探究CFRP表面油漆的激光清洗机理,进行了红外纳秒激光清洗CFRP表面油漆的实验。首先... 详细信息

激光清洗碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)表面涂层一直面临着形貌破坏与基体过热的风险。为了明晰工艺参数对激光清洗CFRP飞机蒙皮表面油漆的影响规律,探究CFRP表面油漆的激光清洗机理,进行了红外纳秒激光清洗CFRP表面油漆的实验。首先利用田口正交阵列开展了不同参数下的清洗实验。随后采用信噪比(S/N)与方差分析(ANOVA)探讨了激光功率、扫描速度、搭接率与重复频率等工艺参数对油漆清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的影响。最后借助红外热成像与高速摄像技术,对激光清洗过程中的温度响应、羽流形成与消逝及漆层动态行为进行了观测。研究结果表明:搭接率是影响清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的最主要参数,扫描速度与激光功率的影响同样显著,而重复频率的影响不显著。CFRP表面油漆的激光去除机制主要以激光热效应造成的热烧蚀、气化为主。

关键词：激光技术激光清洗碳纤维增强复合材料除漆机理清洗工艺

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基于信息分形的行人轨迹预测方法

电子与信息学报 2024年第2期46卷 527-537页

作者：杨田王钢赖健汪洋哈尔滨工业大学电子与信息工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学电子与信息工程学院深圳518055 哈尔滨工业大学智能海洋工程研究院深圳518055

行人轨迹预测应用十分广泛,比如自动驾驶、机器人导航等。在轨迹预测中,一些不确定信息给轨迹预测任务带来了挑战,比如判别器中对轨迹信息判别的不确定,复杂的交互信息。在不确定信息处理科学领域,信息分形能有效处理不确定信息的不确... 详细信息

行人轨迹预测应用十分广泛,比如自动驾驶、机器人导航等。在轨迹预测中,一些不确定信息给轨迹预测任务带来了挑战,比如判别器中对轨迹信息判别的不确定,复杂的交互信息。在不确定信息处理科学领域,信息分形能有效处理不确定信息的不确定性和复杂性。受此启发,为了充分处理判别器中轨迹信息判别的不确定性,提升预测精度,该文提出了基于信息分形的轨迹预测方法。首先,场景信息和历史轨迹信息被特征提取模块提取。然后,通过注意力模块获取到场景-行人之间的交互信息与行人-行人之间的交互信息。最后基于生成对抗网络和信息分形生成合理的轨迹。在两个公共数据集ETH/UCY上实验表明,该方法能有效处理轨迹信息的不确定性,提高轨迹预测的精度。比如突然转弯、从后方超越前人、避让等行为的轨迹都能有效预测。在平均位移误差(ADE)和终点位移误差(FDE)上相比基准模型误差平均降低了11.11%和23.48%。

关键词：行人轨迹预测不确定信息处理信息分形生成对抗网络

一种新型低负荷稳燃燃烧器的气固流动特性研究

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洁净煤技术 2024年

作者：黄椿朝李争起路跃王誉霏陈智超哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨工业大学郑州研究院

现有燃用劣质煤锅炉无助燃最低稳燃负荷为50%，难以满足深度调峰需求。前人的研究主要聚焦于降低NOx排放，而非低负荷稳燃，试验条件大多设置为满负荷，缺乏对低负荷工况的研究。为解决燃用劣质煤锅炉深度调峰能力不足的问题，研发了一... 详细信息

现有燃用劣质煤锅炉无助燃最低稳燃负荷为50%，难以满足深度调峰需求。前人的研究主要聚焦于降低NOx排放，而非低负荷稳燃，试验条件大多设置为满负荷，缺乏对低负荷工况的研究。为解决燃用劣质煤锅炉深度调峰能力不足的问题，研发了一种新型低负荷稳燃技术。该技术保留了原有燃烧器的二次风结构，通过耦合中心给粉技术，引入旋流缝隙风，并结合对预混段和扩口的优化，可在最低30%负荷下仅依靠自身回流区实现稳燃。将该技术应用于一台350 MW劣质煤锅炉的LNASB燃烧器上，得到低负荷稳燃LNASB燃烧器。通过实验室气固两相试验，在30%锅炉负荷下，分析了缝隙风量对新型燃烧器气固流动的影响。试验结果表明：缝隙风可调控回流区形态和尺寸。缝隙风量为内二次风量的66%时，回流区为大环形，长度1.0d，直径0.48d，下边界距中心轴线0.075d （d为外二出口直径）。缝隙风量为44%时，为中心回流区，长度0.7d，直径0.60d。缝隙风为22%和0%时，回流区变为小环形，长度0.5d，直径分别为0.24d和0.32d。66%、44%、22%和0%缝隙风量时的总回流率分别为0.74、0.55、0.29和0.38，旋流数分别为0.872、0.934、0.784和0.512，气相/颗粒相的扩散角分别为37.8°/36.3°、38.4°/36.6°、35.1°/32.0°、36.0°/35.4°。在径向r=0～50 mm范围内，66%和44%缝隙风量的轴向速度低于22%和0%缝隙风的工况。22%缝隙风时切向速度的衰减更快。相同x/d下，无缝隙风时的径向速度大于有缝隙风时的工况，且负值范围更小。在x/d=0.1之后，66%和44%缝隙风时的湍流强度峰值高于其他两个工况。随着缝隙风量的减小，相同位置的湍流动能呈逐渐增大的趋势。相同位置下，0%缝隙风量时湍流动能耗散率低于有缝隙风存在时的工况。四种工况下的颗粒浓度沿径向呈“内浓外淡”分布。66%缝隙风量时，x/d=0.3～0.7范围内存在明显的颗粒回流，且回流的起点靠近燃烧器中心。44%缝隙风量时，x/d=0.5～0.7范围内存在中心区域的颗粒回流。0%缝隙风量时，峰值位置位于r/d=0.15附近，高浓度颗粒位于一次风边缘，明显的颗粒回流发生在x/d=0.1～0.3。22%缝隙风量时，颗粒没有明显的回流。

关键词：低负荷稳燃气固两相旋流燃烧器劣质煤深度调峰

基于机器学习的伯努利夹持器气体流动特性研究

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力学学报 2024年第9期56卷 2565-2578页

作者：王洪悦刘延芳杜德嵩齐乃明哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨工业大学苏州研究院

电子元器件的非接触输运是实现其全自动化生产的瓶颈之一.伯努利夹持器作为一种非接触式气动夹持装置被广泛应用于工业中物体的抓取、定位和运输,而适用于mm级别半导体器件清洁无损运输的微型伯努利夹持器还鲜有研究.文章采用SST k-ω... 详细信息

电子元器件的非接触输运是实现其全自动化生产的瓶颈之一.伯努利夹持器作为一种非接触式气动夹持装置被广泛应用于工业中物体的抓取、定位和运输,而适用于mm级别半导体器件清洁无损运输的微型伯努利夹持器还鲜有研究.文章采用SST k-ω并结合层流/湍流转捩γ模型,探讨了夹持间隙、喷嘴直径、夹持器尺寸以及供气压力对吸持力和气体消耗率的影响,并分析了其内部的气体流动特性变化;以数值模拟获得的数百个数据作为数据集,利用机器学习方法建立6个夹持器性能预测模型,并结合相应的智能算法对机器学习模型的超参数进行调优,进行特征相关性分析,并比较了各机器学习模型的预测效果.结果表明,吸持力受多因素综合影响:其随供气压力、夹持器尺寸的增大而增大,随夹持间隙及喷嘴直径的增大先增大后减小;气体消耗率随供气压力、夹持间隙以及喷嘴直径的增大而增大.最佳的机器学习模型对吸持力和气体消耗率的预测准确率评价指标R2 (越接近1越准确)分别在0.95和0.97左右,预测了不同夹持器尺寸下的最大吸持力及所对应的夹持器参数,与数值结果进行比较其误差小于5%,具有良好的预测能力.此外发现,为保证夹持器低G-F因子工作(产生单位吸持力所需的气体消耗率g/s·N)其供气压力和夹持间隙应分别控制在3～5 bar和0.045～0.08 mm之间,模型可用于多参数影响下的伯努利夹持器吸持力和气体消耗率的预测.结果可为微型伯努利夹持器设计及结构参数优化提供参考.

关键词：伯努利夹持器机器学习层流/湍流转捩吸持力气体消耗率