核环境机器人研究综述及应用展望

随着核能技术的快速发展,核安全成为不可忽视的重点问题,核环境机器人在核安全中扮演着重要的角色。本文以核环境机器人的应用需求为背景,综述了其实体及理论发展现状,并分析了其发展趋势。首先,将核环境机器人根据应用环境分为陆上、水下和空中等类别,并通过实际案例分别阐述不同类别机器人的具体应用;然后,针对核环境机器人的辐射防护、可靠通信、辐射监测以及智能控制等技术进行了分析总结;最后,对核环境机器人的应用进行了展望,结合仿生机器人技术提出新思路。

蛇形机器人研究综述及在核电中的应用展望

随着“双碳”目标的提出,核能行业迎来多用途利用的爆发期,同时核电安全也成为不容忽视的重点。智能机器人参与核环境作业能更好地提升核电安全水平,但传统机器人的灵巧性不够,且大多缺乏感知功能。蛇形机器人是新型仿生机器人,通过借鉴蛇的生物学特征及运动特征,使机器人在复杂环境中实现多步态运动,可用于核事故现场环境检测以及区域监测、清除放射性污染物、核管道检修等。从仿生学原理出发,综述了蛇形机器人实体及理论发展现状,包括其在核能领域的应用前景,将蛇形机器人实体分为刚性、刚-柔、柔性三大类型进行了研究和分析,对蛇形机器人建模方法、运动控制、导航定位等理论研究情况进行梳理分析。特别地,对蛇形机器人在核电领域的潜在应用进行展望,强调了其未来发展的一些关键问题。旨在为蛇形机器人的研究和应用提供参考,特别是在核技术领域的创新应用。

水泥碳化规律及其对^(137)Cs的吸附研究

水泥是放射性废物处置库建设所必需的胶凝材料。在处置库设计运行的年限内,环境中的CO_(2)会进入水泥中导致水泥碳化使其物化性能发生变化,从而影响其对放射性核素的阻滞性能。为考察水泥碳化对放射性废物处置库长期处置安全的影响,研究了水泥碳化规律及其对裂变核素^(137)Cs的吸附性能。采用多种表征手段研究了水泥碳化前后物化性质的变化,结果表明:碳化过程主要是水化产物Ca(OH)_(2)和水化硅酸钙向CaCO_(3)的转化,水泥比表面积随碳化程度的增强而增大。通过吸附实验研究^(137)Cs在碳化水泥中的吸附行为,考察碳化对水泥吸附^(137)Cs性能的变化,结果显示:碳化极大提升了水泥的吸附能力,且吸附能力随碳化程度的增强呈现先增大后减小整体明显优于未碳化水泥的变化规律;水泥吸附^(137)Cs为化学单层吸附,碳化并未改变水泥吸附^(137)Cs的机理。

水泥离子侵蚀规律及其对Cs^(+)的吸附

水泥是放射性废物处置库建设的必需材料;作为第一道屏障在阻滞放射性核素迁移上发挥着重要作用.在处置库长期的服役过程中,水泥难免会被地下水中的SO_(4)^(2-)与Cl^(-)侵蚀,破坏其微观结构,改变其对放射性核素的滞留性能,从而危害处置库安全.为考察SO_(4)^(2-)与Cl^(-)侵蚀对水泥的影响,研究了水泥离子侵蚀规律及其对Cs^(+)的吸附性能.通过XRF、FT-IR、SEM、BET等多种表征手段探究了离子侵蚀前后水泥物化性质的变化,结果表明SO_(4)^(2-)、Cl^(-)分别与水化产物反应生成钙矾石、Friedel盐等膨胀产物,离子侵蚀后,水泥的比表面积及孔隙率增加;随着离子侵蚀程度的持续增加,侵蚀产物在孔隙内堆积降低了孔体积及比表面积.吸附实验结果表明,水泥净浆对Cs^(+)的吸附量为14.83μg·g1,5%的SO_(4)^(2-)、Cl^(-)侵蚀将水泥对Cs^(+)的吸附量分别提升至63.17μg·g^(-1)、82.29μg·g^(-1).吸附动力学及吸附等温模型拟合结果表明,离子侵蚀前后水泥吸附Cs^(+)均为单层化学吸附,离子侵蚀并未改变水泥吸附Cs^(+)的机理.

基于深度学习的LSTM模型在X荧光光谱中的应用

在X荧光光谱分析中,为了解决传统谱分析方法中存在的特征峰计数率损失以及影子峰的问题,本文拟采用一种基于深度学习的长短期记忆(Long and Short Term Memory,LSTM)神经网络模型,该模型对核脉冲幅度时间序列具有较好的适用性,通过对样本的学习能够对核脉冲信号的幅度进行准确估计。鉴于核脉冲信号样本较大,模型训练效率低,特引入卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN),利用其特有的卷积核结构逐层提取样本特征,能够有效减少样本数量,降低模型训练复杂度。使用粉末铁矿样品测量得到的一系列离线核脉冲序列产生模型训练所需的数据集,该数据集的64000个条目中,44800个用作训练集,12800个用作验证集,余下6400个用作测试集。实验结果表明:训练好的CNN-LSTM模型能够极大地节省训练时间,克服传统方法局部收敛的缺陷,也能够对不同程度畸变的输入脉冲进行准确的参数估计,在训练集和验证集上得到的准确率都高于99%。进一步分析计数修复结果,得到三个影子峰校正比例的平均值为91.52%,表明训练的CNN-LSTM模型对畸变脉冲产生的计数损失的校正比例约为91.52%。该模型能够有效校正因畸变脉冲幅度损失造成的影子峰,改善X射线荧光光谱中特征峰计数率精度,在X射线荧光光谱领域具有较高的应用价值。

基于FPGA的通用SPI总线IP核设计与实现

为了解决SPI协议中串行时钟的通用性问题,提出了一种基于FPGA实现SPI总线IP核的设计方法。以FPGA作为核心控制器对系统结构进行了模块化分解以适应自顶向下的设计方法并对各个模块进行阐述。在Quartus II开发平台中采用Verilog硬件描述语言利用有限状态机实现了SPI主机的设计方法并结合SPI时序给出了相应的数学模型。采用STMicro公司的M25P64串行FLASH结合该IP核设计了系统方案。最后在Modelsim环境下对FLASH的读、写操作进行仿真,并通过signaltap进行在线测试验证了该IP核设计的正确性和可靠性。

多功能可视化核仪器电源监控系统

采用高精度、低噪声DC-DC开关电源模块组和宽量程正负高压模块组,实现通用核仪器多路电源的获取。利用STM32F767IGT6主控制器、STM32F407VET6从控制器和高清电容触摸屏,实现对多路电源的电压采集和电压监控。通过对DC-DC模块组的测试分析,其参考纹波和开关频率均满足通用核仪器的开发需求,结合对高压模块电压曲线的在线监控,验证了监控系统的可靠性和高压模块的精准性。通过对各个模块的集成化设计,使系统具有小型化、便携性和通用性强等优点,可广泛使用于核仪器的开发过程中,缩短开发周期,提高研发效率。

基于FPGA的多路数据采集系统的研究与设计

针对VSP系统对测井数据并行采集的要求,采用FPGA作为核心控制器,结合ADS1252模数转换芯片、SDRAM存储芯片和RS485通信技术构建了多路数据采集系统。利用Verilog编写有限状态机实现FPGA控制多路ADC并行采集和SDRAM的存储操作,并能够对多路数据并行采集和正确存储,使系统具有实时性强、电路简单、干扰噪声低等优点。通过signaltap对该系统的采集和存储效果进行在线测试,并结合matlab仿真对比分析,验证了系统的可靠性和准确性。

单探头中子/伽马甄别能谱仪系统研制

针对放射性物质异常泄漏、防范核材料的非法转移和任意携带,提出一种基于单探头中子/伽马甄别能谱仪系统,实现敏感控制区中特殊核材料和放射性物质的监测。围绕核信号获取与数字化采集、辐射射线粒子甄别与能谱分析,开展基于FPGA与EJ299-33A的核数据采集电路设计、核信号处理算法设计和Matlab中子/伽马鉴别与能谱离线分析方法等关键技术研究。设计上位机软件实时处理辐射能谱数据,为正确做出应急预案提供数据参考。利用新型探测器和分型频谱数学模型在FPGA内部实现射线种类甄别,有效地解决了采用传统老式探测器和模拟电路的方法鉴别困难的问题,验证了分型频谱法在核信号处理上具有一定的可行性。开发完成集放射性种类判定、核素识别于一体的多功能集成中子/伽马探测器,在中子/伽马的混合辐射场中,既能实现射线甄别又能测量能谱,解决在复杂放射性环境中对不同射线种类的能谱分析和核素识别问题。

符合高斯分布的核脉冲信号发生器研制

提出了一种基于FPGA的核信号发生器的设计方法。以FPGA作为核心控制器,利用反馈移位寄存器法及Box-Muller方法获得高斯随机数,采取TI公司的DAC8871将高斯数转换为"幅度-计数率"符合高斯分布的核脉冲信号,并通过PLL的可重配置功能实现了核脉冲信号的频率动态调节。使系统具有电路简化,电压可调,分辨率高,干扰噪声低等优点。对在线仿真结果与示波器实际采样脉冲进行统计、对比和分析,两者的核脉冲信号波形基本一致,"脉冲幅度-计数率"统计直方图符合高斯分布,同时也验证了核辐射信号发生器的可靠性和实用性。

西藏甲玛铜多金属矿床储量的协同克立格估值

西藏甲玛铜多金属矿矿区元素分布复杂,传统的地质统计学方法对其进行储量估算时忽略了多金属的相互影响,因此为了反映出不同金属元素的空间变异情况,采用协同克里格法对该矿区的金属元素储量进行估算。这里首先介绍了协同克里格算法的相关理论和相关技术,然后以此为基础,对不同方向上的空间变差函数进行结构套合的优化,并对协同克里格方程组进行降维处理。最后以2012年甲玛矿区勘探工程的数据为例,以Cu为主区域化变量,以Ag为协同区域化变量,计算了各自的实验变差函数和交差实验变差函数,分别进行协同克里格法插值和普通克里格法插值。交叉验证结果表明,协同克里格估值的标准差为0.6477,在储量计算上面精度更高,并能广泛应用于西藏甲玛铜多金属矿的地质属性、储量估算等空间数据建模。

基于FPGA的通用异步收发传输器控制FLASH存储系统设计

为了解决测井数据文件的存储问题,提出了一种基于FPGA实现通用异步收发传输器(UART)控制FLASH存储系统设计的方法。以FPGA作为核心控制器对系统结构进行了模块化分解,以适应自顶向下的设计方法。在Quartus II开发平台中采用Verilog硬件描述语言利用有限状态机,实现了UART控制FLASH的读、写、擦除操作;并给出了UART控制FLASH的数学模型。采用Spansion公司的S29AL016D系列FLASH结合FPGA和UART设计了接口电路。最后在Modelsim环境下进行仿真,验证了该存储系统设计的正确性和可靠性。

一种蛇形机器人的结构设计与研制

蛇形机器人(以下简称机器蛇)因其身体细长和环境适应能力强的优点被广泛应用于不适宜人类工作的领域。介绍了一种仿生机器蛇的设计与制作。设计时选用体积小、动力足的P0090舵机作为机器蛇驱动,Atmega128和Atmega8单片机作为控制器。HPD8506A作为无线数据发射模块,完成PC与机器蛇的数据传输。根据舵机尺寸逆向设计关节、蛇头和蛇尾,采用正交关节连接方式装配,实现机器蛇蜿蜒、蠕动等多步态的移动,加载的红外避障传感器保障了机器蛇能安全躲避障碍物。此系统的研究为今后机器蛇在狭小管道或高空缆绳上攀爬并完成检测任务奠定基础。

一种新型蛇形机器人的机构研究与设计

针对蛇形机器人三维空间运动能力不足的问题,研究设计一种新型蛇形机器人的机构。首先,基于生物蛇在三维空间中的运动模式,采用SolidWorks软件设计蛇形机器人的蛇头、蛇身和蛇尾结构。然后,利用Ansys workbench软件进行蛇形机器人的受力分析,确保各个关节的受力强度并发挥最佳的力学性能。最后,基于Serpenoid的控制函数,利用Adams分析了各参数对蛇形机器人运动步态的影响,为智能蛇形机器人的研究与开发提供理论参考,具有较高的实际应用和推广价值。

基于STM32和CAN总线的γ放射性辐射监测系统研制

提出一种基于STM32和CAN总线的γ放射性辐射监测系统设计方法。以STM32F103作为核心控制器,利用能谱转化函数G(E),将测得的能谱直接换算成剂量,并通过CAN总线组网技术实现多个监测节点与监测主机的数据通信,解决辐射信号的采集与调理、剂量率转化、CAN组网等问题。测试结果表明:该监测系统具有通信可靠、抗干扰能力强、准确度高等优点,可以实现γ核辐射引起污染伤害的快速评估。

一种Android系统的智能手机γ个人剂量仪

介绍了一种基于Android系统的个人辐射剂量仪,该剂量仪与其他辐射检测仪比具有相对低的功耗、更好的携带性、可以连续工作等优点。主要用到的器件有G-M计数管、ATmega8单片机、FBT06蓝牙模块和一部Android智能手机,主要阐述了电源模块和数据交换的创新性设计方案,将设计的电源模块输出信号作为接下来电路中ATmega8单片机和TL062还有GFHV-201P高压模块的工作电压,最后剂量仪数据通过无线蓝牙模块实现手机实时交换。设计的剂量仪和开发的App应用程序,可组成范围性环境辐射监测网,实时监测环境中的放射性剂量值,能够让公众在发生突发核事故或周围核医疗设施发生泄漏时及时获取辐射信息。

不同冲击条件下微晶玻璃涂层冲蚀应力的有限元模拟

材料表面应力状态对材料的冲蚀磨损行为起着重要作用。本文利用有限元方法探讨了冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径对微晶玻璃涂层冲蚀应力的影响,利用常温冲蚀试验机对微晶玻璃涂层在不同冲蚀角度下的体积磨损率进行了测定。结果表明,随冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径增大,涂层的冲蚀应力均逐渐增大。在相同的冲蚀角度和冲蚀速度条件下,磨料粒径对涂层冲蚀应力的提升效果显著。微晶玻璃涂层冲蚀磨损率随冲蚀角度的增大而增加,其变化规律与冲蚀应力变化趋势基本一致,从而验证了有限元应力模拟的可靠性。

一种智能防遗忘儿童汽车报警器设计

提出了一种基于窄带物联网技术的智能防遗忘儿童报警器设计方法。以STM32作为核心控制器,结合人体红外检测传感器、蓝牙模块、车载系统、报警模块实现防遗忘儿童报警器创新性设计。通过蓝牙模块与车载系统的联合,制定出两个级别的预防保障机制,使其达到预防遗忘和保障在其他遗忘情况下也能保障生命安全的作用。该系统具有操作简单、可靠性高、体积小和监测范围广等优点。

创新创业引领“师生协同发展”的研究与实践——以成都大学新工科学院为例

针对新工科背景下的新理念和新特征,结合高等学校中双创教育存在的问题,提出了创新创业引领“师生协同发展”的新思路。分析课堂教学、创新创业、学术成果和科研项目的关系,探讨新工科背景下创新创业教育的新途径。提出了改进课堂教学内容、建立创新创业教育体系、完善学术成果和科研项目体系的新方法,从而形成有效的双创教育模式。充分调动广大教师的积极性,惠及更多新工科专业的学生,达到师生协同发展的目的,具有较强的参考价值。