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基于冗余关系分析的传感器自诊断设计方法研究

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仪器仪表学报 2024年第3期45卷 72-83页

作者：蒋栋年褚天锐高玉鑫兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050 兰州理工大学甘肃省工业过程先进控制重点实验室兰州730050 华南理工大学未来技术学院广州511442

工业过程中传感器数量众多且可靠性要求高,而传统定期检测评估其健康状况的方式不但费时费力且不能满足传感器智能化的发展需求。针对这一问题,提出了一种基于测量数据统计相关性的传感器自诊断设计方法。利用传感器测量数据建立其统计... 详细信息

工业过程中传感器数量众多且可靠性要求高,而传统定期检测评估其健康状况的方式不但费时费力且不能满足传感器智能化的发展需求。针对这一问题,提出了一种基于测量数据统计相关性的传感器自诊断设计方法。利用传感器测量数据建立其统计关系模型,借助自编码器提取传感器数据特征并将其编码为二进制形式。在同时考虑传感器测量数据统计独立和统计相关两种情况下,在有参考值时,通过引入故障检测概率和误检概率建立了独立统计模型实现传感器的故障自诊断;在无参考值情况下,借助高斯Copula函数建立多元统计依赖模型评估参数之间的相关性,并利用贝叶斯理论在不依赖参考值的情况下自学习获取传感器的健康状况。本研究以镍闪速炉系统为例,两种模式下测量系统中健康传感器的故障检测后验概率达到了0.92,即故障统计模型的参数与建模期望相符。实验结果表明,所提方法在两种模式下均能准确识别出测量系统中的故障传感器,验证了所提方法的有效性与可行性。

关键词：传感器自诊断无参考值自编码器

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微带天线设计及在局部放电检测中的应用

电子测量与仪器学报 2024年

作者：黄云志王蕾韩亮合肥工业大学电气与自动化工程学院

电气设备的局部放电既是绝缘劣化的主要因素，又是有效表征绝缘缺陷的重要参量。对局部放电进行准确检测，可以及时发现危及设备安全的潜在故障。特高频检测具有实时性好、抗干扰强的优势，在放电检测中应用广泛，但现有微带天线传感器... 详细信息

电气设备的局部放电既是绝缘劣化的主要因素，又是有效表征绝缘缺陷的重要参量。对局部放电进行准确检测，可以及时发现危及设备安全的潜在故障。特高频检测具有实时性好、抗干扰强的优势，在放电检测中应用广泛，但现有微带天线传感器受结构尺寸限制，工作带宽难以提高。本文采用部分接地板技术结合斜切式曲流技术改善结构，综合考虑天线尺寸与工作带宽的非线性关系优化尺寸，在保持天线面积不变的前提下扩展工作带宽，并以聚酰亚胺为基底研制了新型微带天线传感器。针对尺寸优化过程中存在的单尺寸参数调整导致天线性能不稳定的问题，提出利用径向基（RBF）神经网络建立多尺寸与工作带宽之间的关系模型，运用改进白鲸优化（IBWO）算法优化天线尺寸。仿真结果表明新型柔性微带天线尺寸缩小了59.59%；工作带宽由0.598GHz～0.6GHz增加到0.3GHz～3GHz，完全满足局部放电检测的应用需求。通过模拟局部放电检测试验，并与阿基米德螺旋天线、立体螺旋天线进行比较测试，结果显示新型柔性微带天线具有更高效的检测性能。

关键词：局部放电检测新型柔性微带天线斜切式曲流技术径向基神经网络改进白鲸优化算法

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超快吸附过程太赫兹时间分辨光谱表征与评价

光谱学与光谱分析 2024年第9期44卷 2401-2411页

作者：史昕哲祝静刘晓飞王帅祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 北京信息科技大学光电测量技术北京市重点实验室北京100192 广州南沙紫溪智能感知研究院广州南沙511462 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

挥发性有机物(VOCs)污染防治是国家环境保护和人群健康防护的迫切需求,吸附法被认为是最有效的VOCs处理方法之一。当前吸附机理认知存在局限性,阻碍了其工业应用,探明微观吸附机理是实现高效处理VOCs急需解决的关键问题。现有常规微观... 详细信息

挥发性有机物(VOCs)污染防治是国家环境保护和人群健康防护的迫切需求,吸附法被认为是最有效的VOCs处理方法之一。当前吸附机理认知存在局限性,阻碍了其工业应用,探明微观吸附机理是实现高效处理VOCs急需解决的关键问题。现有常规微观吸附特征表征方法无法直接实时监测超快吸附现象,需要不断发展新理论、新技术。近年来,太赫兹波在表征吸附过程方面展现出巨大潜力:吸附过程中弱相互作用(范德华力、氢键)的振动模式均在太赫兹波段,化学键断裂与生成引起的表界面移动载流子变化随浓度不同太赫兹响应特征不同,利用太赫兹波谱光学参量(吸收峰、幅值、波形等)在表征吸附特征方面取得了重要进展。吸附过程中化学键的断裂、生成均在皮秒量级,太赫兹波因时间分辨率局限性无法直接获取亚飞秒时间尺度下的有效信息。太赫兹时间分辨光谱在超快过程监测领域的不断突破,在时间尺度上满足了探究超快吸附过程的需求,为揭示微观吸附机理奠定了基础。详细介绍了吸附特征太赫兹波谱表征与评价的研究进展,总结了近几年太赫兹时间分辨光谱在表征超快过程方面的突破性研究,最后提出了太赫兹时间分辨光谱在超快吸附领域的发展方向和面临的主要挑战。

关键词：挥发性有机物吸附太赫兹时间分辨光谱微观机理

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自适应序贯滤波的机器人融合定位方法研究

机械设计与制造 2024年第8期402卷 361-364页

作者：孙凌宇李庆翔李鑫宝王子航河北工业大学机械工程学院天津300401

针对激光雷达在长直环境下鲁棒性低以及视觉相机受光照条件影响大的问题,提出一种利用序贯卡尔曼滤波将两种传感器采集到的信息进行融合的定位方法,将传感器作为独立的节点逐级传递以实现多层次滤波,解决了异步传感器更新延迟导致算法... 详细信息

针对激光雷达在长直环境下鲁棒性低以及视觉相机受光照条件影响大的问题,提出一种利用序贯卡尔曼滤波将两种传感器采集到的信息进行融合的定位方法,将传感器作为独立的节点逐级传递以实现多层次滤波,解决了异步传感器更新延迟导致算法中断的问题,同时为算法添加自适应成分,避免了移动机器人长距离行驶过程中因缺少动态调节而产生发散的现象。仿真实验结果表明,以自适应序贯滤波的形式,融合定位结果显著降低了单一传感器测量带来的误差,有效提升了移动机器人在未知环境下的定位精度。

关键词：序贯滤波多传感融合机器人技术激光雷达视觉相机

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封闭舱室动态泄放氢喷射火焰行为及关键参数的试验研究

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安全与环境学报 2024年

作者：王昌建黄智伟姚传号靳浩李阳於星安全关键工业测控技术教育部工程研究中心安徽国际氢能安全联合研究中心合肥工业大学土木与水利工程学院

为了研究封闭舱室内动态泄放氢喷射火焰形态、火焰高度、氧气体积分数、火焰上方中心线温度和侧壁气体温度的变化规律，开展了一系列封闭舱室氢喷射火试验。试验采用相机拍摄火焰形态，采用氧浓度传感器、热电偶测量舱室内指定点氧气体... 详细信息

为了研究封闭舱室内动态泄放氢喷射火焰形态、火焰高度、氧气体积分数、火焰上方中心线温度和侧壁气体温度的变化规律，开展了一系列封闭舱室氢喷射火试验。试验采用相机拍摄火焰形态，采用氧浓度传感器、热电偶测量舱室内指定点氧气体积分数和温度。试验结果表明，封闭舱室动态泄放氢喷射火焰形态演变过程分为氢气控制的喷射火和氧气控制的喷射火两种类型。前者的火焰演变过程分为四个阶段：增长阶段、衰减阶段、升高阶段和熄灭阶段；后者的火焰演变过程分为三个阶段：增长阶段、衰减阶段和自熄灭阶段。两种类型氢喷射火的氧气体积分数下降趋势明显不同。氢气控制的喷射火的氧气体积分数变化呈先近似线性下降再缓慢下降趋势，而氧气控制的喷射火的氧气体积分数呈近似线性下降趋势。同时，两者最小平均氧气体积分数与喷射压力呈线性下降趋势。舱内火焰上方中心线温度和侧壁气体温度变化的总体趋势大致相同，但氧气控制的喷射火温度下降过程中会出现明显的中断现象。喷射压力对封闭舱内氢喷射火作用下最大温升有着显著的影响。基于本试验条件，建立了封闭舱室火焰上方中心线最大温升预测模型。

关键词：安全工程氢安全氢喷射火火焰形态氧气体积分数温度

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一种面向结构沉降的改进型FBG传感器

光通信技术 2024年第4期48卷 36-41页

作者：唐杰邵国霞河南工业职业技术学院建筑工程学院河南南阳473000 西南交通大学土木工程学院成都610000

为了提高光纤布喇格光栅(FBG)型沉降传感器的灵敏度,降低在沉降过程中由于倾斜与温漂所造成的测量偏差,设计了一种面向结构沉降的改进型FBG传感器。该传感器将传统悬臂结构改为直拉结构,减少因沉降倾斜导致的测量误差;通过精确计算2组FB... 详细信息

为了提高光纤布喇格光栅(FBG)型沉降传感器的灵敏度,降低在沉降过程中由于倾斜与温漂所造成的测量偏差,设计了一种面向结构沉降的改进型FBG传感器。该传感器将传统悬臂结构改为直拉结构,减少因沉降倾斜导致的测量误差;通过精确计算2组FBG的波长偏移量的比值,实现对沉降量的准确测量。测试结果表明:该传感器的应变响应量为5.2×10^(-5)ε/N,在0~50 mm内波长偏移量与沉降量成线性关系,其偏差均值优于0.69 mm,灵敏度均值为107.45 pm/mm;测试结果波动均低于1.0%,明显优于传统FBG传感器结构,验证了其具有更好的抗干扰能力。

关键词：沉降检测光纤布喇格光栅差分比值计算倾斜干扰温漂干扰

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基于微流控芯片集成电阻抗传感在细胞检测中的研究进展

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生物工程学报 2024年第6期40卷 1792-1805页

作者：贡光杰王洁张腾汉李庆勇孙漩嵘浙江工业大学药学院浙江杭州310006 长三角绿色制药协同创新中心浙江杭州310006

细胞培养技术是各种以细胞测定为基础进行生物学和临床前研究的基础性手段。细胞培养的相关测定,即培养期间细胞数量、活力和代谢活动的研究,可以反映各种培养条件下的细胞情况。传统细胞培养及检测手段存在试剂和样本消耗量大、无法实... 详细信息

细胞培养技术是各种以细胞测定为基础进行生物学和临床前研究的基础性手段。细胞培养的相关测定,即培养期间细胞数量、活力和代谢活动的研究,可以反映各种培养条件下的细胞情况。传统细胞培养及检测手段存在试剂和样本消耗量大、无法实时监控细胞状态且难以对细胞微环境进行时空调节等问题。细胞阻抗传感器通过交流电流测量细胞的电阻抗变化,可实现实时监测细胞贴附、生长、增殖、迁移等细胞活动引起的阻抗特性变化。微流控芯片具有将复杂的生物过程缩小、集成多种分析模式以及实现检测的高度自动化等优点。利用微流控芯片与细胞阻抗传感的集成,可以大大提高细胞相关分析能力和效率。文中概括了基于微流体的阻抗传感器在2D和3D细胞体系中的应用,总结了其在细胞生长、增殖、活力、代谢活动以及药物筛选应用方面的研究进展,最后展望了未来发展趋势以及可能的挑战,为电阻抗传感集成微流控芯片在药物筛选领域的发展提供一些思路。

关键词：微流控阻抗生物传感 2D及3D细胞培养药物筛选

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螺杆铣床主轴振动对螺杆转子表面质量影响分析

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振动与冲击 2024年第16期43卷 185-191,246页

作者：林泽利孙兴伟杨赫然张维锋董祉序赵泓荀沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 辽宁省复杂曲面数控制造技术重点实验室沈阳110870

为探究螺杆铣床的主轴振动对工件表面质量影响规律。通过螺杆转子外包络铣削加工试验,建立主轴振动特性预测的神经网络模型,使用预测模型预测分析不同加工参数下主轴振动特性的变化规律,分析主轴振动与工件表面粗糙度值之间的影响规律... 详细信息

为探究螺杆铣床的主轴振动对工件表面质量影响规律。通过螺杆转子外包络铣削加工试验,建立主轴振动特性预测的神经网络模型,使用预测模型预测分析不同加工参数下主轴振动特性的变化规律,分析主轴振动与工件表面粗糙度值之间的影响规律。采用压电集成电路型加速度传感器对铣削过程中主轴振动特征值进行测量,采用TR200便携式表面粗糙度仪测量工件表面粗糙度值。针对主轴振动特征值与表面粗糙度值进行灰色关联度分析,结果表明信号峰值与表面粗糙度值关系显著,表面粗糙度值随信号峰值减小而降低。使用粒子群算法在构建的主轴振动预测模型进行工艺参数寻优,利用试验进行模型精度验证,误差在6%以内。加工试验结果表明采用最佳参数组合加工工件可使主轴振动信号峰值减小,从而获得较高的表面质量。该方法对螺杆转子生产实践工艺选择具有一定的启发和指导意义,也可为金属切削加工的表面质量提升提供参考。

关键词：外包络铣削主轴振动表面粗糙度神经网络预测

螺旋槽专用数控铣床直线进给轴温度热特性仿真研究

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制造技术与机床 2024年

作者：杨铜铜孙兴伟杨赫然刘寅赵泓荀张维锋沈阳工业大学机械工程学院辽宁省复杂曲面数控制造技术重点实验室

为了探究螺旋槽专用数控铣床直线进给轴的热特性，并减少机床运行过程中布置温度传感器的工作量，采用有限元仿真分析的方法实现热特性研究工作，探究机床进给轴的主要热源。建立直线进给轴三维模型并进行化简，并进行网格划分，根据工... 详细信息

为了探究螺旋槽专用数控铣床直线进给轴的热特性，并减少机床运行过程中布置温度传感器的工作量，采用有限元仿真分析的方法实现热特性研究工作，探究机床进给轴的主要热源。建立直线进给轴三维模型并进行化简，并进行网格划分，根据工作环境施加热载荷及确定边界条件后，获得温度场仿真结果。为验证仿真模型的准确性，根据仿真分析得到温度场分布情况布置传感器测量点，进行温升测量实验。由实验测量结果可知，稳态温度最大误差约为6%，瞬态温度变化趋势与实验结果一致。因此，建立的有限元模型可为直线进给轴的热特性深入分析提供理论指导。

关键词：直线进给轴热特性仿真分析