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基于硒氧化铋半导体异质结的界面构建及其光电化学机理研究

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基于硒氧化铋半导体异质结的界面构建及其光电化学机理研究

作者：周雪安徽大学

学位级别：硕士

随着现代社会经济的发展对能源(化石燃料)的需求也随之增加,然而化石能源的储量是有限的,并且在使用化石燃料的同时也会给我们赖以生存的环境带来问题。寻找清洁、多样、安全的可再生能源,有效解决全球能源过度消耗问题已成为当务之急... 详细信息

随着现代社会经济的发展对能源(化石燃料)的需求也随之增加,然而化石能源的储量是有限的,并且在使用化石燃料的同时也会给我们赖以生存的环境带来问题。寻找清洁、多样、安全的可再生能源,有效解决全球能源过度消耗问题已成为当务之急。具有丰富和环保特性的太阳光,首当其冲的被人们想到,它是杰出的可再生能源之一。将太阳能与电化学机制合理耦合后,人们开始对光电化学设备(例如传感器)进行广泛的探索。因此探索一种高性能的光电化学半导体,并且在此基础上更进一步提高它的光电转化效率,成为当今研究热点之一。本论文围绕着新型层状硒氧化铋(BiOSe)半导体纳米材料进行展开,制备了异质结型复合材料光电池阳极,并对它们的形貌、微观结构、晶格结构和元素价键等进行了表征分析,测试了光电化学电池(PEC)的电极性能,解释了光电阳极的工作机理。本文的两个工作内容具体如下:(1)第一,用水浴合成法制备BiOSe纳米片。第二,再次采用水浴合成法在导电玻璃(FTO)上生长出垂直的三氧化钨(WO)纳米片,通过旋涂、退火等一系列工艺,构建了BiOSe/WO纳米片阵列的范德华(vd W)异质结构。据观察,由BiOSe/WO vd W异质结构制成的PEC光阳极显示出改善的光电流密度,在0.8 V(相对于Ag/Ag Cl电极)时的值为0.48 m A/cm,分别约为纯WO和纯BiOSe电极的3倍和96倍。BiOSe/WO电极还表现出快速的响应速度和出色的可靠性以及高PEC效率。根据研究BiOSe/WO vd W异质结构第一性原理密度泛函理论(DFT)计算,证明了1)在界面处形成了从WO指向BiOSe的内置电场,2)形成的异质结为典型的II型异质结,3)界面处材料的能带间隙变窄。另外实验测得BiOSe为层状二维材料,而WO为纳米片阵列结构,它们都具有优异的单晶性能。以上四个方面协同作用促使基于BiOSe/WO异质结的PEC阳极性能得到极大增强。(2)开发了一种新型BiOSe/BiS(硫化铋)异质结电极,增强了BiOSe的PEC性能。依然采用水热法在FTO上生长BiS纳米材料,其次在此基础上使用旋涂法使BiOSe纳米片与之复合,之后在管式炉内进行高温退火,形成BiOSe/BiS异质结电极。最后使用设备分析样品的物相结构、光吸收能力。此外,在三电极体系下利用电化学工作站研究BiOSe/BiS异质结PEC性质。将BiOSe/BiS电极作为阳极,从实验中可看出,由BiOSe/BiS异质结构制成的PEC光阳极显示出改善的光电流密度,在0.8 V(相对于Ag/Ag Cl电极)时的值为0.86 m A/cm,分别约为纯BiS和纯BiOSe电极的2倍和172倍。说明了BiOSe/BiS异质结光电级有良好的PEC性能。

关键词：半导体异质结 PEC Bi2O2Se

基于电流参数的灵巧手指面压力控制模式的研究

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基于电流参数的灵巧手指面压力控制模式的研究

作者：化徐勇安徽大学

学位级别：硕士

为了应对工业生产以及制造业领域的飞速发展,在过去的半个世纪里,灵巧手装置作为自动化设备末端操作机构中最为关键的一部分,其工作的准确度、效率和安全性一直是各领域科研人员研究的重点。其中,为了避免灵巧手在抓取精密、易碎物件时... 详细信息

为了应对工业生产以及制造业领域的飞速发展,在过去的半个世纪里,灵巧手装置作为自动化设备末端操作机构中最为关键的一部分,其工作的准确度、效率和安全性一直是各领域科研人员研究的重点。其中,为了避免灵巧手在抓取精密、易碎物件时因指面压力过大而导致物件损伤,或因指面压力过小而导致物件脱落,针对灵巧手装置指面压力的预测和控制是当前需要解决的主要问题。目前灵巧手指面压力的控制方法主要集中在基于外置力传感器与触觉传感器的力反馈信息来进行控制。为了避免外置力传感器与触觉传感器造成的机械结构变动以及设计复杂度提升,本论文提出了一种基于电流参数的灵巧手指面压力控制模式,通过该模式可实现基于驱动电机电流信号的灵巧手指面压力控制,从而可以摆脱外置力传感器与触觉传感器的限制,为灵巧手指面压力的控制提供了一种新思路。本论文对基于电流参数的灵巧手指面压力控制模式进行研究。通过对选题的背景与意义进行阐述,在分析了国内外灵巧手研究现状的同时也总结了灵巧手指面压力控制方面的技术特点,并对本论文所研究的灵巧手本体结构方案提出了要求,在此基础上完成了灵巧手装置的构建。为了建立灵巧手指面压力与驱动电机电流间的关系,在完成灵巧手装置构建的基础上,通过在灵巧手中指远指节处布置力传感器,以及在中指对应的驱动电机电枢回路处布置电流传感器,并搭建信号采集实验平台,实现了对指面压力信号与驱动电机电流信号的采集。完成基于Savitzky-Golay滤波与最小二乘法曲线拟合的灵巧手指面压力与驱动电机电流关系的建模,得到指面压力与驱动电机电流间的数学模型为3阶多项式关系,并通过加载测试对所建立的关系曲线进行验证。利用所得的指面压力与驱动电机电流间的关系模型,设计基于电流参数的灵巧手指面压力控制系统,对系统的硬件设计和软件设计提出要求。在完成硬件设计的基础上对指面压力控制系统的软件部分进行编写,之后对系统进行组装,最终完成基于电流参数的灵巧手指面压力控制实验,实验结果达到预期要求,说明所设计的控制系统能够实现基于电流参数的灵巧手指面压力控制。

关键词：灵巧手电流参数信号采集建模指面压力控制

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构建基础实验训练平台,培育创新型人才

实验技术与管理 2009年第12期26卷 18-21页

作者：许国安安徽理工大学实验室与设备管理处

培育创新型人才是高校教学改革的首要任务，改革实践教学是培养大学生创新能力的有效途径。该文从树立正确的实践教学育人理念出发，提出要重视高校的基础实验、工程训练平台建设，对如何建设适合创新型人才生成的环境进行了探讨，总结... 详细信息

培育创新型人才是高校教学改革的首要任务，改革实践教学是培养大学生创新能力的有效途径。该文从树立正确的实践教学育人理念出发，提出要重视高校的基础实验、工程训练平台建设，对如何建设适合创新型人才生成的环境进行了探讨，总结了培养创新型人才的一些基本经验。

关键词：基础实验工程训练创新型人才

遥测LIBS系统中样品位置波动对光谱特征参数影响的研究

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遥测LIBS系统中样品位置波动对光谱特征参数影响的研究

作者：王广谦安徽大学

学位级别：硕士

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术作为一种新兴的物质分析方法,由其独特的无需样品预处理、无接触、多成分同时检测、实时在线测量等特性广泛应用于各种领域。高能量脉冲激光聚焦样品表面产生等离子体... 详细信息

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术作为一种新兴的物质分析方法,由其独特的无需样品预处理、无接触、多成分同时检测、实时在线测量等特性广泛应用于各种领域。高能量脉冲激光聚焦样品表面产生等离子体,等离子体遇冷辐射出元素特征光谱,通过对光谱进行分析实现元素的定性和定量检测。随着激光器、光谱仪、光学系统等仪器设备的发展,LIBS系统在远距离物质探测应用中越来越广泛,在现场实际测量中,由于周围环境、样品尺寸、样品状态等因素使得在LIBS远距离检测中存在样品位置抖动,改变了透镜到样品之间的距离。为了探索远距离检测中样品位置波动对典型光谱特征参数的影响,以及一定样品距离下允许样品位置波动的具体范围。本文搭载了包含共轴Schwarzschild望远镜在内的遥测LIBS光学系统,导轨位置取固定值时,用样品位置的移动来模拟检测现场物料表面位置的波动,研究典型光谱特征参数、光谱重复性、光谱相似度等参数随样品距离增加的变化趋势。主要内容如下:1、搭载了包含共轴Schwarzschild望远镜在内的遥测LIBS光学系统,望远镜中精密电控平移台的可移动范围即导轨位置变动范围为0-16mm,从最左侧0mm开始增加导轨位置,步长为1mm。采集每个样品距离下的光谱强度,样品距离每次增加1cm。当前系统聚焦范围为1.9-4.1m。2、根据采集到的原始光谱数据,经处理之后得出一定导轨位置下光谱特征参数随样品距离增加的变化趋势。以导轨位置分别在4mm和12mm处系统的检测结果为例进行分析,给出了LIBS谱线发射强度、元素特征谱线强度和等离子体温度与样品距离的关系曲线,并结合物理机制分析了特征参数变化现象产生的原因。3、计算得到一定样品位置下采集到的光谱数据的相对标准偏差,进而研究了实验光谱的重复性和稳定性;此外借助于相关系数法求得光谱相似度,在一定导轨位置下,一定样品距离对应的光谱相似度均在0.95以上。由光谱相似度在一定范围内的稳定性,求得一定样品距离下样品位置波动允差具体值,最后拟合出整个样品聚焦范围内样品距离与样品位置波动允差的相关曲线。在光谱相似度为0.99的情况下,样品位置波动允差的范围在70mm-220mm区间内。LIBS远距离检测中样品位置波动对典型光谱特征参数影响的研究,有助于遥测LIBS光学系统的设计。一定样品距离下,样品位置波动允差的确定,提高了光谱定性和定量分析的精确度。

关键词：激光诱导击穿光谱遥测样品位置光谱特征相似度样品位置波动允差

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纳米材料光电催化能源小分子的理论研究

纳米材料光电催化能源小分子的理论研究

作者：张玥安徽大学

学位级别：硕士

随着社会生活方式的不断发展和全球人口的快速增长,人们对能源和资源的需求不断增加,不可避免地会带来能源短缺和环境污染等问题。为此,制定可持续发展和环境友好型战略来解决这些问题尤为紧迫。其中,利用可再生能源（如风能、潮汐能、... 详细信息

随着社会生活方式的不断发展和全球人口的快速增长,人们对能源和资源的需求不断增加,不可避免地会带来能源短缺和环境污染等问题。为此,制定可持续发展和环境友好型战略来解决这些问题尤为紧迫。其中,利用可再生能源（如风能、潮汐能、太阳能等）将水和温室气体转化为氢气和其他高附加值产品（化工生产的重要工业原料）的光/电催化具有优秀潜力。从这个角度来看,开发高效的光催化剂和电催化剂对于实现清洁可持续能源替代化石燃料的目标至关重要。目前光/电催化普遍存在转化率低、能量利用率差、选择性低等诸多问题,如何解决这些相关问题,从而实现催化性能的提升是当前的重要目标。近年来,大量的理论和实验研究都致力于光/电催化领域的性能提升。随着理论方法的不断进步和计算能力的快速发展,理论研究在催化材料领域发挥着重要而积极的作用。在我们的工作中,我们以第一性原理计算和模拟为研究手段,基于碳基低维纳米材料和合金异质结构材料进行理性设计,结合实验工作,探索了氧气还原反应,甲醇氧化反应以及CO2还原反应中光电催化纳米材料的催化性能和反应机理,具体内容如下:第一章简单介绍了电催化氢燃料电池中正极氧气还原反应,电催化甲醇燃料电池中的甲醇氧化反应和光催化二氧化碳还原反应三个重要的能源小分子光电催化反应,包括它们的具体反应过程,反应机理,相关新型催化剂的研究进展以及从理论研究角度评估并计算电催化活性的原理和方法。第二章介绍了基于第一性原理方法的密度泛函理论的发展,包括相应的理论框架,理论模型,同时也概述了一些常用计算方法,以及本文涉及到工作中所使用的一些相关的量化计算软件包。第三章设计构建了碳基双金属原子催化剂,并详细研究了其电催化氧气还原反应的反应机理和过程。电化学氧还原反应是许多能量转换和存储设备的基础。我们利用第一性原理计算,阐明了如何合理地在催化剂上添加一个额外的*OH,使其通过氢键选择性地与ORR的中间体*OOH相互作用,而不影响*OH中间体。基于这一原则,我们成功地设计了一系列新型碳基催化剂,这些催化剂具有成本低、合成可行性高、催化性能好等优点。我们打破了原有的ORR反应中间体线性关系的限制,提出了一个新的ΔG*OOH=ΔG*OH+2.84 e V的线性比例关系。这种方法为合理设计用于ORR和其他化学反应的高效催化剂提供了一条新的思路。第四章通过理论与实验结合,研究了镍基复合体系电催化甲醇氧化反应的具体反应过程和机理。我们开发了一种硼化镍/镍催化剂的异质结构,使甲醇电氧化为甲酸盐。密度泛函理论计算的机理研究表明,相比较硼化镍和镍而言,电位决定步骤*CH2O的形成在硼化镍/镍异质结构上是最有利的。这些结果对其他亲核试剂的电氧化反应和有机电合成方法的研究具有重要的指导意义。第五章理论结合实验研究,我们探讨了合金异质结构光催化二氧化碳还原反应的具体反应过程和机理。我们报道了具有原子级薄PtCu壳层rGo/Pd@PtCu纳米结构,实现CO2到CH4的高效光还原。随着PtCu壳层厚度的减小,Pd-PtCu界面处电荷极化将逐渐增加,从而有改善电荷分离/迁移。同时,由于电子的聚集和压缩应变的增加,CO2在PtCu表面的吸附得到改善。这项工作为通过协同的表面和界面调控来提高光催化性能提供了一种新的设计。

关键词：氧还原反应甲醇氧化反应二氧化碳还原反应密度泛函理论

面向物联网信息加密应用的RISC-Ⅴ密码专用处理器设计

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面向物联网信息加密应用的RISC-Ⅴ密码专用处理器设计

作者：刘晨阳安徽大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的飞速发展,物联设备的信息安全已经成为不可避免的问题,一种有效的保障信息安全的方式是对数据进行加密。然而受限于物联网处理器在成本、硬件资源开销、功耗方面的限制,在处理器上通过软件程序实现加密算法由于性能以... 详细信息

随着物联网技术的飞速发展,物联设备的信息安全已经成为不可避免的问题,一种有效的保障信息安全的方式是对数据进行加密。然而受限于物联网处理器在成本、硬件资源开销、功耗方面的限制,在处理器上通过软件程序实现加密算法由于性能以及安全性的问题,并不适用于物联网设备的加密。在这种情况下,物联网设备亟需一种兼顾功耗与性能的密码算法解决方案。针对以上问题,本文基于开源指令集RISC-Ⅴ架构,在开源处理器内核蜂鸟E203上集成了支持DES、SM4、IDEA加密算法的密码运算模块,构建了RISC-Ⅴ密码专用处理器,在实现通用处理器功能的同时,能够高效的进行DES、SM4、IDEA加解密运算。具体工作内容如下:（1）根据DES、SM4、IDEA算法的加解密流程,完成了加解密算法的RTL级描述,基于物联网设备的特点对硬件资源开销及功耗进行了优化。在DES加解密硬件电路的设计中,采用组合逻辑电路优化了密钥扩展模块,提高了子密钥生成速率。在IDEA加解密硬件电路的设计中,基于费马数的特性,设计了一种保留进位模加器实现了模乘运算,在6个时钟周期内即可实现16 bit数据的模216+1乘法运算,同时根据费马定理,设计了一种结构规整,运算速度快的模乘逆元运算电路,极大的提升了IDEA加解密的速率。最后对各加解密模块的功能进行验证。（2）以蜂鸟E203开源软核为基础,基于NICE协处理器接口构建了密码专用处理器。同时利用RISC-Ⅴ指令集高度可扩展的特点,设计了9条指令,以内联汇编函数的方式在软件层面上实现密码专用处理器的驱动。（3）制定软硬件协同测试方案,搭建了FPGA实验原型与集成开发环境,验证密码专用处理器的功能并对其性能进行评估,测试结果表明,本次设计的密码专用处理器在25 MHz的工作频率下,总体功耗为0.225 W,相较于不含密码运算模块的蜂鸟E203处理器,在功耗仅提升了0.008 W的情况下,DES、SM4、IDEA加解密速率提高了37～165倍。与物联网设备中应用广泛的STM32F103处理器相比,进行上述加解密运算所消耗的时间同样大幅度降低,具有明显的加速效果。

关键词： RISC-Ⅴ 密码专用处理器自定义指令 DES算法 SM4算法 IDEA算法

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压电悬臂梁振动控制系统联合仿真及实验研究

压电悬臂梁振动控制系统联合仿真及实验研究

作者：李康敏安徽大学

学位级别：硕士

近些年来我国机械设备机构损伤越发严重,机械设备自身在运行时产生的振动是造成大型工业设备结构损伤的主要原因。尤其是悬臂结构型设备,在自身固有频率附近会产生大幅度的振动,对于机械结构的损伤极大,并影响机器的使用寿命,造成工业... 详细信息

近些年来我国机械设备机构损伤越发严重,机械设备自身在运行时产生的振动是造成大型工业设备结构损伤的主要原因。尤其是悬臂结构型设备,在自身固有频率附近会产生大幅度的振动,对于机械结构的损伤极大,并影响机器的使用寿命,造成工业成本的上涨。因此,研究机械结构的振动控制对于提升其工作状况和使用寿命具有非常重要的研究意义和价值。本文以悬臂结构设备的简化模型悬臂梁作为研究对象,利用压电陶瓷片作为传感器和执行器,设计了压电悬臂梁的主动振动控制系统。由于压电悬臂梁结构的理论数学模型非常复杂,且无法直接基于其线性动力学方程进行分析,因此本文首先通过采集压电悬臂梁振动数据,利用BP神经网络算法离线辨识悬臂梁的结构模型。然后基于该训练模型在Labview软件中搭建神经网络算法,建立输入输出通道,利用NI采集卡对压电悬臂梁的实时振动信号进行数据采集并处理,实时反馈到压电执行器进行振动抑制。实验结果表明,基于神经网络训练模型的方法,在一定时间内压电悬臂梁的振动抑制率可高达71.3%,从而实现压电悬臂梁的主动振动控制。但是该方法稳定性不强,在较长时间中会出现振动抑制后反弹,实验效果变差。针对神经网络算法在实际应用中的局限性,本文其次采用鲁棒性较强的PID控制算法进行压电悬臂梁的主动振动控制对比试验。针对压电悬臂梁理论模型比较复杂且建立其动力学仿真模型精确性不高的特点,本文提出一种联合仿真技术:首先利用多物理场耦合分析软件建立悬臂梁结构的有限元模型,对其进行动态性能分析,并设置悬臂梁的传感与执行压电结构作为输入输出信号接口;其次在Simulink仿真平台建立PID控制算法模型,并将悬臂梁结构的有限元模型导入;然后在Simulink仿真平台调整PID参数,实时监测并控制悬臂梁的振动位移。为了针对悬臂梁的不同振动状态实时调整PID算法参数,以获得最佳的振动抑制效果,提出利用遗传算法优化PID参数。联合仿真结果表明,有限元仿真与PID算法的结合具有很好的振动控制效果,悬臂梁位移抑制率可达94%。最后搭建压电悬臂梁振动控制实验平台,通过在Labview中建立遗传算法优化PID参数的模型,利用NI采集卡采集悬臂梁振动信号,在Labview模型中实时处理并反馈至压电执行器,从而进行振动控制实验验证算法的有效性。实验结果表明,由于信号的实时处理过程存在一定的延时,实验效果略逊于联合仿真结果,振动抑制率可达在77.8%,但具有较好的稳定性。同时,论文通过改变压电悬臂梁中用于振动抑制的压电执行器位置的实验,验证遗传算法优化PID参数模型的有效性,以及悬臂梁不同应力处的振动抑制效果。结果表明,该算法模型具有很好的鲁棒性,在不同位置处均可获得最佳的PID整定参数,实现振动抑制最佳效果。但由于在悬臂梁的一阶模态下,从根部到端部的应力分布逐渐减小,因此振动抑制效果也是逐渐减弱。

关键词：振动控制压电悬臂梁联合仿真遗传算法神经网络

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坡莫合金畴壁磁电阻效应的研究

坡莫合金畴壁磁电阻效应的研究

作者：张荣跃安徽大学

学位级别：硕士

在科技发展日新月异的今天,基于磁畴壁器件的相关研究正逐渐引起人们的关注。与磁畴壁相关的新型器件已经在诸如新型存储器、磁传感器件等领域有了广阔的应用前景。然而,在畴壁机制相关的研究领域方面,人们基于畴壁运动对畴壁进行精确... 详细信息

在科技发展日新月异的今天,基于磁畴壁器件的相关研究正逐渐引起人们的关注。与磁畴壁相关的新型器件已经在诸如新型存储器、磁传感器件等领域有了广阔的应用前景。然而,在畴壁机制相关的研究领域方面,人们基于畴壁运动对畴壁进行精确的定位仍然十分困难,对于畴壁磁电阻对磁电阻效应的影响也尚不明确,这些都对于与畴壁相关器件的设计十分重要。本文通过设计一种Co/Py横向异质结结构,对畴壁的位置进行了确认,并通过掺杂不同元素,分析了畴壁磁电阻的变化。第一章绪论部分主要介绍了磁存储器技术的当前进展以及这期间所遇到的相关问题,磁电阻效应的概述和分类,磁畴与畴壁的相关知识,并论述了在磁畴壁研究当中畴壁位置的定位问题以及畴壁磁电阻是增加了磁电阻效应(正向的畴壁磁电阻)还是减少了磁电阻效应(负向的畴壁磁电阻)。第二章主要介绍Co/Py横向异质结结构的制备工艺和测试方法。在实验中,我们主要采用了磁控溅射工艺、掩膜版技术、离子束刻蚀工艺等微加工相关技术,我们详细介绍了与此相关的仪器设备的工作原理与工作流程,并对其中的注意事项进行了总结。此外,我们在微加工技术的基础上对实验流程进行了一定的改进,使之更符合当前的实验条件。样品的磁滞回线和磁电阻曲线分别采用振动样品磁强计(VSM)和VSM附带的磁电阻选件完成测量,磁畴图像通过磁光克尔显微镜获得。第三章主要是对测量的数据结果进行分析。在我们设计的Co/Py横向异质结结构样品中,在外加磁场沿着易轴的方向上,样品的M-H曲线和磁光克尔显微镜图像都证明了在Co和Py的边界处Py层内存在畴壁,我们对其出现的可能原因进行了分析并提出了合理的猜想。在室温下,Co/Py横向异质结结构样品中,我们发现了负的Py的畴壁磁电阻。更重要的是,通过在Py层内部分别掺杂6.23%非磁性Cu和5%磁性Cr杂质(原子比),畴壁磁电阻从负向转向了正向。第四章中,我们对本实验中的设计思路和实验结果进行了总结,并对其之后可能的应用进行了展望。此外,我们还对未来可能出现的与畴壁相关的储存器件进行了概念的猜想。

关键词：畴壁畴壁磁电阻磁电阻效应微加工工艺

智能仓储场景中温度传感器故障隐患检测及温度预测的研究与实现

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智能仓储场景中温度传感器故障隐患检测及温度预测的研究与实现

作者：谢国豪安徽大学

学位级别：硕士

粮食是人类赖以生存的物质,是国家的重要战略物资,农业的发展要放在一切经济发展的首要位置。当前国际上各个国家粮食危机频发,我国粮食能在自给自足的情况下保有一定的粮食库存,粮食安全对人民幸福、国家昌盛有着重要影响,直接关乎社... 详细信息

粮食是人类赖以生存的物质,是国家的重要战略物资,农业的发展要放在一切经济发展的首要位置。当前国际上各个国家粮食危机频发,我国粮食能在自给自足的情况下保有一定的粮食库存,粮食安全对人民幸福、国家昌盛有着重要影响,直接关乎社会稳定。近年来,我国粮食产量逐年增加,国家对粮食的储存提出了更高的要求,并提出“藏粮于地,藏粮于技”战略。在智能仓储管理系统中,仍然存在测控设备管理不善、监测系统功能不全等问题。为了解决这些问题,对粮情信息展开研究并建立相关模型,将智能仓储管理系统中的传感器故障隐患检测方法进行优化、实现故障传感器处粮堆温度趋势预测的研究与实现。本文主要研究工作如下:(1)针对智能仓储管理系统中温度传感器存在故障隐患的问题,对温度传感器及储粮应用场景的特点进行分析,将目标传感器与相邻传感器的历史数据作为故障检测的依据,提出了采用极端梯度提升算法(Extreme Gradient Boosting Decision Tree,XGBoost)建立了传感器故障隐患检测的模型,将储粮管理系统中的传感器故障隐患检测和机器学习相关知识有机地融合在一起,最终对传感器故障隐患的检测方法进行了优化。实验结果表明通过XGBoost算法建立传感器故障隐患检测方法具有较强的优势,对诊断存在故障隐患的传感器准确率可高达95.4%。该方法让工作人员能够通过管理系统判断传感器的工作状态,有利于消除储粮安全隐患,减少因传感器故障带来的粮食损失。(2)针对粮仓温度传感器发生故障导致无法检测的问题,对储粮应用场景的特点进行分析,将目标传感器的历史数据作为预测依据,提出了决策树回归算法和支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)算法,建立了故障传感器处粮堆温度趋势预测模型,将故障传感器处粮堆温度趋势预测和机器学习中对时间序列的预测方法进行结合,实现了故障传感器处粮堆温度趋势的预测。实验结果表明通过SVR算法建立的故障传感器处粮堆温度趋势预测方法效果更佳,其拟合精度和温度预测趋势更加符合实际情况。(3)针对温度传感器发生故障时无法对粮堆温度进行监控的问题,设计并实现了具有故障传感器处粮堆温度预测功能的微服务器。该服务器结合了支持向量回归预测模型,采用Golang编程语言,以Json为格式的消息和客户端进行交互,设计了网络层、业务层和数据层等模块的功能,成功部署并运行了故障传感器处粮堆温度预测微服务器。该服务器能够满足当前智能仓储管理系统的需求,弥补了传感器发生故障时无法监控粮情信息的不足,并且设计的微服务器与粮情监控系统是相对独立的,提高了系统的重用度和可扩展性。综上,本文针对智能仓储管理系统中温度传感器存在故障隐患导致的粮堆温度信息无法获取等问题,借助粮仓传感器和检测的历史数据之间的时空相关性,开展一系列研究,提出传感器故障隐患检测的改进方案,提高了具有故障隐患的传感器诊断精度;同时提出故障传感器处粮堆温度趋势预测方法,设计并实现了故障传感器处粮堆温度预测功能的微服务器,弥补了智能仓储系统的不足,有着较高的可扩展性可接入其他分布式粮情测控服务中,并具有潜在的使用价值和应用前景。

关键词：智能仓储故障检测极端梯度提升算法温度预测微服务器