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面向数字信号处理领域的近似计算技术应用与研究进展

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电子与信息学报 2024年

作者：陈珂王旭闫成刚王成华刘伟强空天集成电路与微系统工信部重点实验室南京航空航天大学集成电路学院

在信号处理领域，近似计算技术备受关注。复杂算法和海量数据限制了应用的处理速度且增加了系统硬件消耗。由于信号具有冗余性，精确结果并非必需，满足用户可接受的结果已足够。因此，采用近似计算技术可以有效减少计算量，提高计算效... 详细信息

在信号处理领域，近似计算技术备受关注。复杂算法和海量数据限制了应用的处理速度且增加了系统硬件消耗。由于信号具有冗余性，精确结果并非必需，满足用户可接受的结果已足够。因此，采用近似计算技术可以有效减少计算量，提高计算效率和系统性能。该文以近似计算技术的不同设计层次为切入，首先介绍了信号处理应用的特点，综述了近年来近似计算技术在算法和电路层面的研究进展，并调研了通信、视频图像以及雷达等信号处理方向的近似计算技术方案。最后，对该领域的发展方向进行了讨论和展望，为推动近似计算技术在信号处理领域的应用提供了思路。

关键词：近似计算新兴计算范式数字信号处理研究进展

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电力嗅觉传感原理与关键技术研究综述

高电压技术 2024年第8期50卷 3339-3353页

作者：杨爱军潘健彬王琼苑褚继峰邓卓立荣命哲电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 西安710049

仿生感知技术在电力设备状态监测与故障诊断领域已被广泛应用。结合微型气体传感器与智能算法的电力嗅觉技术,通过检测绝缘介质的特征分解气体,可以有效评估电力设备的故障类型和严重程度。因其成本低、体积小和集成度高的优势,电力嗅... 详细信息

仿生感知技术在电力设备状态监测与故障诊断领域已被广泛应用。结合微型气体传感器与智能算法的电力嗅觉技术,通过检测绝缘介质的特征分解气体,可以有效评估电力设备的故障类型和严重程度。因其成本低、体积小和集成度高的优势,电力嗅觉技术受到越来越多关注。因此,该文针对SF6气体绝缘设备、空气绝缘设备、变压器、电力电缆和储能电池的应用背景,梳理了当前电力嗅觉传感技术的研究现状。首先,总结了不同电力设备状态劣化的产气特性及内在机理,分析了特征分解气体的异同;之后,针对不同特征分解气体,总结了电力嗅觉敏感材料的研究进展与改进方向;然后,对比了陶瓷基底、柔性基底和硅基底的封装差异性,提出了电力嗅觉传感器件的芯片化、集成化发展方向;最后,讨论了基于特征工程和数据驱动的传感器信号处理算法,点明了边缘计算技术在电力嗅觉智能算法方面的应用潜力。该文对电力嗅觉传感原理与关键技术进行了详细归纳,强调了在气体分析方法、气敏材料开发、传感器制备技术和智能算法应用等方面的技术创新潜力,为电力设备的智能化发展提供了指导方向。

关键词：电力设备气体分解嗅觉感知敏感材料智能算法

高Cr马氏体耐热钢的协同强化机制及形变热处理应用

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金属学报 2024年第6期60卷 713-730页

作者：张竟文余黎明刘晨曦丁然刘永长天津大学材料科学与工程学院水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300354

高Cr(9%~12%,质量分数)马氏体耐热钢因其较高的热导率、较低的热膨胀系数以及优异的高温蠕变强度等优点而被认为是超超临界火电机组关键设备升级改造的主选材料。然而,服役过程中高Cr马氏体耐热钢高温蠕变强度的不断弱化严重影响了其安... 详细信息

高Cr(9%~12%,质量分数)马氏体耐热钢因其较高的热导率、较低的热膨胀系数以及优异的高温蠕变强度等优点而被认为是超超临界火电机组关键设备升级改造的主选材料。然而,服役过程中高Cr马氏体耐热钢高温蠕变强度的不断弱化严重影响了其安全可靠性。以往提升高Cr马氏体耐热钢高温蠕变强度的主要手段是通过合金成分优化设计来促进沉淀相弥散析出,但单一析出强化效应对蠕变强度的提升效果非常有限。近年来,位错-沉淀相-界面协同强化效应在提升高Cr马氏体耐热钢高温蠕变性能方面表现出显著效果。其原理是通过形变热处理引入位错来促进多种沉淀相弥散析出,同时通过控制相变来细化板条组织,增强位错、沉淀相及界面3者之间的交互作用,从而实现多类蠕变强化效应的协同提升。本文总结了高Cr马氏体耐热钢的协同强化机制及形变热处理组织调控,从高温蠕变强度提升角度回顾了合金成分的优化历程,阐述了热处理过程中的相变行为及高温组织退化机理,对比分析了单一析出强化效应及形变热处理后位错-沉淀相-界面协同强化效应对其高温蠕变强度的影响规律,并基于焊接接头蠕变失效行为探索了形变热处理对焊接热影响区的组织调控机制,以期为高Cr马氏体耐热钢及其他火电机组用沉淀型强化耐热钢的材料设计及工程应用提供指导。

关键词：高Cr马氏体耐热钢高温蠕变强度协同强化形变热处理组织调控

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无刷双馈电机研究综述与展望

电工技术学报 2024年第2期39卷 397-422页

作者：于克训陈曦谢贤飞赵探探潘卫东强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点... 详细信息

无刷双馈电机具有结构可靠、变频器容量小等优势,非常适合灵活运行于防爆、易燃等特殊或极端工况,近年来受到广泛关注。该文根据无刷双馈电机的基本工作原理,明确了该类电机的命名原则与规范名称;总结了现有定转子方案的结构及性能特点,综合考虑性能指标与结构工艺,提出了转子双套绕组的发展方向;梳理了无刷双馈电机的稳态等效电路模型及基于各类数学模型的优化设计方法,针对现存难以完整考虑不同转速工况性能的不足,阐明了利用新型同步-异步相串联等效电路进行优化设计的思路;对比分析了经典及新近出现的无刷双馈电机控制系统拓扑和控制策略特点,面向典型电动、发电工况建立了完整的电机及控制系统。最后,对无刷双馈电机的上述理论研究问题及工业应用的发展方向进行了总结阐述,为该类电机的深入研究及加快推广应用提供参考和指导。

关键词：无刷双馈电机命名原则定转子方案等效电路优化设计控制系统

基于弧触头接触振动特征分析的高压SF6断路器电寿命在线监测方法

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电工技术学报 2024年第15期39卷 4883-4895页

作者：李辰辉褚继峰龙潇杨爱军袁欢荣命哲王小华电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 西安710049

高压SF6断路器电寿命评估对保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。然而,现有的电寿命评估仍旧依赖累计开断电流法与动态回路电阻法,缺乏有效的在线监测手段。该文针对真实126 kV高压SF6断路器设备,研究了基于弧触头接触点分析的电寿... 详细信息

高压SF6断路器电寿命评估对保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。然而,现有的电寿命评估仍旧依赖累计开断电流法与动态回路电阻法,缺乏有效的在线监测手段。该文针对真实126 kV高压SF6断路器设备,研究了基于弧触头接触点分析的电寿命评估方法。结合变分模态分解(VMD)与短时傅里叶变换(STFT)分析,发现弧触头接触时产生了10 kHz以上的高频振动特征信号。通过调整机构拉杆的位置以改变弧触头刚合点,发现了高频振动特征频率出现时刻与弧触头刚合点之间的相关性,进而提出了一种基于弧触头接触振动特征分析的高压SF6断路器电寿命在线监测方法。现场瓷柱式断路器的实验结果表明,弧触头刚合点测量误差约为0.905 mm,因此该文提出的方法有望在高压SF6断路器电寿命在线监测领域实现推广应用。

关键词：高压断路器弧触头烧蚀振动特征频率变分模态分解(VMD) 短时傅里叶变换(STFT)

基于0.1-μm GaAs pHEMT工艺的最小噪声系数3.9 dB的66~112.5 GHz低噪声放大器

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红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 187-191页

作者：李泽坤陈继新郑司斗洪伟东南大学毫米波全国重点实验室江苏南京210096 紫金山实验室江苏南京211111

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现... 详细信息

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示,最大增益在108 GHz处达到20.4 dB,在66~112.5 GHz范围内,小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处,实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。

关键词：砷化镓赝配高电子迁移率晶体管低噪声放大器宽带 W波段

一种衬底波纹注入的宽频带高PSR无片外电容LDO

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微电子学 2024年第2期54卷 207-213页

作者：唐太龙刘凡廖鹏飞肖淋洋中电科芯片技术(集团)有限公司重庆400060 集成电路与微系统全国重点实验室重庆400060

基于40 nm CMOS工艺,设计了一种具有高频高电源抑制(PSR)的无片外电容低压差线性稳压器(LDO)电路。电路采用1.1 V电源供电,LDO输出电压稳定在0.9 V。仿真结果表明,传统无片外电容LDO电路的PSR将会在环路的单位增益频率(UGF)处上升到一... 详细信息

基于40 nm CMOS工艺,设计了一种具有高频高电源抑制(PSR)的无片外电容低压差线性稳压器(LDO)电路。电路采用1.1 V电源供电,LDO输出电压稳定在0.9 V。仿真结果表明,传统无片外电容LDO电路的PSR将会在环路的单位增益频率(UGF)处上升到一个尖峰,之后才经输出节点处的电容到地的通路开始降低,最高时PSR甚至大于0 dB。采用新型的衬底波纹注入技术的LDO能很好地抑制PSR的尖峰,可以做到全频段都在-20 dB以上,相比传统结构,尖峰处的PSR提高了20 dB以上。该LDO适用于需要低电压供电的射频电路。

关键词：无片外电容低压差线性稳压器高PSR 衬底波纹注入

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带铁心横磁-纵磁触头结构的优化设计

电工技术学报 2024年第11期39卷 3499-3509页

作者：丁璨李江袁召王周琳三峡大学电气与新能源学院宜昌443002 电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 西安710049 强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

触头作为真空灭弧室的核心元件,其灭弧能力会直接影响直流开断过程。该文通过有限元仿真软件建立了三种触头模型,计算了高频电流下触头产生的磁场分布。电流峰值时的触头间隙中心可产生约为21 mT的纵向磁场,横向磁感应强度约为71 mT,纵... 详细信息

触头作为真空灭弧室的核心元件,其灭弧能力会直接影响直流开断过程。该文通过有限元仿真软件建立了三种触头模型,计算了高频电流下触头产生的磁场分布。电流峰值时的触头间隙中心可产生约为21 mT的纵向磁场,横向磁感应强度约为71 mT,纵向磁场分布不均匀。为了进一步提高触头间隙磁场强度以及分布均匀度,在触头模型中增加铁心及改变铁心结构来提升触头产生的磁场强度,基于BP神经网络与智能优化算法联合的方法对触头模型进行优化设计。优化结果显示:当触头的结构参数外触头非径向开槽夹角α为31.8°、外触头内外半径差值Δ为8.3 mm、内触头片半径r为15.2 mm、外触头杯斜槽高度h为16.1 mm、铁心结构开槽宽度d为1.1 mm时,触头间隙中心产生了74.99 mT的横向磁场;电流峰值时刻的触头间隙中心可产生44.02 mT的纵向磁场,不均匀度从优化前的7.44减小到4.67,均匀度得到了较大提升,提高了磁场对真空电弧的调控能力。

关键词：真空灭弧室触头横向磁场纵向磁场算法优化 BP 神经网络

超导单光子探测器在生物领域中的应用进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 18-30页

作者：吕超林尤立星覃俭徐光照蒋燕阳史经浩赋同量子科技(浙江)有限公司浙江嘉兴314100 中国科学院上海微系统与信息技术研究所集成电路材料全国重点实验室上海200050

自2001年被发明以来,超导纳米线单光子探测器(SNSPD)迅速成长为近红外波段的明星光子探测器,其在近红外波段如1550 nm处系统探测效率超过95%,暗计数率低于1 cps(counts per second),时间抖动优于10 ps,探测速率高于1 GHz,并广泛应用在... 详细信息

自2001年被发明以来,超导纳米线单光子探测器(SNSPD)迅速成长为近红外波段的明星光子探测器,其在近红外波段如1550 nm处系统探测效率超过95%,暗计数率低于1 cps(counts per second),时间抖动优于10 ps,探测速率高于1 GHz,并广泛应用在量子信息领域。近年来,研究人员开始将SNSPD引入到生物领域,以替代在近红外波段具有低信噪比、多后脉冲的半导体单光子探测器。本文将介绍SNSPD的探测原理和性能指标,并系统地阐述SNSPD在生物领域中的应用现状和发展前景。

关键词：超导纳米线单光子探测器共聚焦显微镜单线态氧检测漫反射光谱荧光寿命成像