传承和创新学校文化的学院建设之路——长春理工大学机电工程学院发展史

大学不仅承载着人才培养、科学研究、社会服务等职能,还有文化传承与创新的重任。长春理工大学在发展过程中,王大珩院士等老一辈开拓者积淀的文化精髓,经过学校一代代拼搏者的不断筛选、整理、传播与交流,对全校师生建立文化自信与文化自强发挥了重要作用。本文结合机电工程学院的发展史,剖析了学校历史沿革过程中形成的文化底蕴,其内涵精髓通过传承创新并举形成了知行合一、追求卓越的学院文化,并将其建造成一种特殊的精神谱系,发挥其所蕴藏的深厚育人力量,推动学院学科专业建设、科研教研和人才培养等方面的高质量发展。

基于改进YOLOv5的人体结核菌素试验后皮下硬块检测算法研究

针对传统皮下硬块检测方法精度低、计算速度慢等问题,提出了一种基于改进YOLOv5的皮下硬块目标检测算法。首先,将YOLOv5模型的主干网络CSPDarknet53进行改进,引入Faster模块来替换其中的C3模块。其次,利用模型剪枝在保证整个模型性能的同时减轻其计算复杂度。最后,引入Wise-IoU来进一步提升网络的回归性能。实验结果表明,基于改进YOLOv5的皮下硬块目标检测算法相比于原始的YOLOv5,准确率提升了1.2%,参数量减少了77.7%,整个算法更加轻量化,有效提高了算法对于皮下硬块的检测精度,减少了计算参数量,提升了算法的运行速度。

基于增强现实显示的双通道光波导元件设计

增强现实(AR)是一种将虚拟影像叠加到现实环境的显示设备,在军事、医疗等领域具有广阔的应用前景。为提高AR显示系统的视场角,使用亚波长光栅作为双通道光波导耦合元件,基于矢量衍射理论调制光栅±1级衍射效率,并通过严格耦合波分析法(RCWA)对光栅进行仿真分析。仿真结果显示,单通道波导结构在50°视场下衍射效率在60%以上,双通道波导结构在100°视场下平均衍射效率达到70%以上,且双通道波导在400~800 nm波段范围内最低衍射效率在60%以上,转置光栅分区反射效率分别为30%、35%、32%。结果表明,相较单通道波导,双通道波导结构可以实现更大的视场角。

基于CNN-LSTM混合神经网络的卷烟滤棒质量预测

为了在卷烟生产数据中挖掘出滤棒生产过程的有效信息,解决各批次产品质量检测困难的问题,结合卷积神经网络的特征提取能力与长短期记忆网络处理时序数据的有效性,提出了基于CNN-LSTM混合神经网络的卷烟滤棒质量预测模型。该模型通过卷积层提取输入数据的局部特征,然后在LSTM层中捕捉特征之间的时序关系,分层结构使其具有同时处理不同时间维度信息的能力,从而提升了预测精度。将滤棒的质量定义为圆周值与吸阻值两个物理量,利用卷烟厂6万余条实时生产数据进行模型训练和预测,结果表明:以平均绝对百分误差(MAPE)作为评价标准,圆周指标预测误差为0.078%,吸阻指标预测误差为1.42%,对比各类传统机器学习方法,CNN-LSTM混合神经网络表现出了更高的精确性。该方法可为快速准确地预测卷烟滤棒质量提供技术支持,提升烟草工业的自动化水平。

基于SURF的遥感图像配准优化算法

针对遥感图像配准中易出现的信息量巨大和误匹配问题,通过改进SURF算法,提出了一种用于遥感图像配准的优化算法。优化算法引入特征点图像熵,通过去除携带信息量不足的误选取特征点,提高了特征点选取以及后续特征点匹配的准确性。在特征点描述阶段,算法实现了描述子降维,并将降维后的特征点描述子与FLANN算法相结合,降低了算法特征点误匹配率,同时减少了因描述子降维而带来的影响。实验表明,该优化算法相较于传统SURF算法,待配准图像特征点选取率下降10.9%,特征点误匹配率下降17.5%,并得到精确的遥感图像配准效果。

响应曲面法优化梅花鹿茸多糖提取工艺

以梅花鹿茸多糖为研究对象,首次采用超声波提取法、热水浸提法、水提醇沉法相结合的方式优化提取工艺。单因素实验基础上,利用BBD实验设计原理进行四因素三水平的响应面实验。苯酚硫酸法测定多糖含量,紫外光谱和FT-IR光谱分析检测纯度。结果表明:最佳提取工艺条件下,超声液料比34∶1、超声时间43 min、浸提温度54℃、浸提时间2 h,多糖提取率达2.02%,多糖含量70.05%,不含核酸和蛋白质等成分并具有典型多糖结构,表明优化的梅花鹿茸多糖提取工艺切实可行,优化结果优于先前工艺。

基于麻雀搜索算法优化BP人工神经网络的短期湍流预报模型研究

提出了一种基于麻雀搜索算法优化BP人工神经网络(SSA-BP)的湍流预报模式。首先,采用BP人工神经网络作为湍流预报模型的基础框架。通过对温度、湿度、风速等气象因素的采集和处理,将其作为输入层的特征。然后,利用麻雀搜索算法对BP人工神经网络的权重和偏置进行优化。为了验证该方法的有效性,采用了来自地面气象站的大气湍流数据及气象数据进行实验。实验结果表明,SSA-BP人工神经网络能够成功预测大气湍流的发展趋势,并具有较高的预测精度和稳定性,能够充分利用大气湍流数据中的非线性特征,为湍流预测研究和实际应用提供了有力支持。

声波移动障碍反散射问题研究

研究一种具有Dirichlet边界条件的时域声波移动障碍反散射问题。首先对时域波动方程进行求解,在有限观测时间内对移动障碍物采集动态声波近场数据;其次建立一个时域声波移动障碍反散射问题的神经网络模型,该模型将时域近场数据作为输入序列,已知形状的移动障碍物位置参数作为输出序列,求解该反散射问题;最后对于不同移动速度的情况,有效地反演出移动障碍物的位置和轨迹。数值实验表明了该方法的有效性。

基于变量选择比自适应迭代法的近红外光谱变量选择方法研究

近红外光谱分析技术(NIRS)存在信号弱、谱带重叠等问题,为了提高模型预测精度,提出了变量选择比自适应迭代法(PSAI)。通过蒙特卡洛法(MCS)采样,从样本中采集不同样本子集,利用偏最小二乘法(PLS)计算出每个子回归模型以及每个变量回归系数的平均值和标准差并得到初始权重,进而选取出最佳特征变量。结果表明,变量选择比自适应迭代法与自助软收缩法、无信息变量消除法以及竞争自适应重加权采样法相比,小麦蛋白数据预测精度分别提升了14%、21.4%、4.1%;牛奶蛋白数据预测精度分别提升了25%、43.3%、8.7%。所以变量选择比自适应迭代法对于简化预测模型,提高模型预测精度是可行的。

基于边缘U^(2)-Net的视盘分割方法

彩色眼底图像中的视盘分割在识别眼科疾病中起着关键作用。针对因各种因素影响的视盘边缘分割不准确及分割算法效率低问题,提出一种基于轻量级U^(2)-Net、融入边缘注意力机制的视盘自动分割方法。该方法以轻量级U^(2)-Net为主干网络,使用视盘感兴趣区域提取的预处理方式去除无关特征,同时引入边缘注意力机制增强对视盘边缘特征的提取能力。在Drishti_GS和REFUGE两个公开数据集上的F1分数分别达到97.82%和97.36%,Dice相似系数分别达到97.15%和96.64%,IOU分别达到94.47%和93.50%,与其他网络模型相比表现出优越的分割性能,具有临床应用价值。

用于光伏玻璃幕墙的聚光系统设计与研究

为了能同时满足光伏玻璃幕墙的采光和建筑发电需求,设计了一种由双抛物线结构和导光板组成的混合式聚光器。主要介绍了聚光器的构成,并对其性能进行了初步的测量分析。这种新型的聚光器的几何聚光比为6,系统效率在90%,通过比较不同单元模块宽度的聚光器和不同移动距离的聚光器模型,测量了变量与入射偏角的曲线,得到聚光器的接收范围为±3°。在垂直入射条件下,聚光系统的光伏模块效率可以达到70%,减少室内的眩光。最后使用DIALUX软件对新型系统采光进行了辐照度分析,全天辐照度超过300 lx,照度均匀度达到了0.956。结果表明聚光系统用于光伏玻璃幕墙是可行的,可以提高使用舒适度,也降低了建筑成本,该系统的实用性可以替代传统中空玻璃。

基于改进YOLOv7-Tiny的交通多目标检测方法

在复杂的多目标交通环境中存在检测种类多、背景信息繁杂、图像分辨率低不能有效检测等问题,使用常见的目标检测算法不能达到高精度的实时检测效果,因此提出一种改进YOLOv7-Tiny的交通多目标检测算法。改进算法中首先使用部分卷积——PConv替换原始卷积,优化模型参数量和运行速度;其次采用轻量级算子CARAFE替换原有上采样部分的最临近插值,提升特征融合能力;最后采用EfficiCLoss替换原有损失函数,提高边界框的定位精度改善检测目标因遮挡而漏检问题。此外创建一个基于交通复杂场景的多目标数据集,在此数据集上进行实验,结果表明改进后的检测算法相较于原YOLOv7-Tiny网络的mAP提高了4.3%,检测速度提高了12.5%,参数量减少了30%,满足智慧交通实时检测的要求。

线性剪切空间调制快拍成像偏振仪动态定标数据处理技术

基于动态定标的线性剪切空间调制快拍成像测偏技术能够在动态环境(如温度变化)下对目标偏振信息进行更精确的实时测量,但实验噪声会引起反演图像的条状畸变。针对这一问题,系统分析了快拍成像偏振仪动态定标技术原理和目标相位的定量求解过程,提出了结合相位差分与双线性插值算法的噪声识别与相位修正方法。实验和计算结果表明,经过相位求解和修正计算,条带状失真得到去除,反演成像质量提升。为高相位变化和低信噪比环境下空间调制快拍成像测偏技术的实时应用提供支持,推动其在动态环境下的工程实际应用进程。

一种基于FPGA的小型化VCSEL激光器温控电路设计

原子磁强计具有高灵敏度的优点,常被用于测量磁场,磁强计系统中激光器波长的稳定性易受温度影响,导致灵敏度下降。为了提高温度的稳定性,设计一种基于FPGA的激光器温度控制电路,采用ZYNQ7020作为主控芯片,实现可编程逻辑端与处理系统端的信息交互,通过PID算法对数据处理,改变加热信号幅值。为防止直流加热信号引入磁场干扰,影响磁强计性能,采用1 MHz交流正弦波进行加热,完成对温度的闭环控制,最终实现了VCSEL温度控制电路的小型化。实验结果表明,该电路能够将温度控制在80℃,控制精度可以达到±0.003 5℃,满足磁强计系统中激光器对温度稳定性的需求。

醋酸纤维衍生的石墨碳作为锂离子电池的负极材料

随着人们对环境安全认知的不断进步,如何将废弃的卷烟滤棒转化为高价值产品已成为人们关注的焦点。基于此,根据废弃卷烟滤棒(discarded cigarette filters记作DCFs)中醋酸纤维结构和形貌具有一致性的特点,在高压下对DCFs进行了热解研究。其中,50 MPa和1000℃下仅需要15 min即可制备出一种网状结构的石墨碳材料(记作HP-1000),其收益率高达41.5%。作为锂离子电池的负极材料,HP-1000展现出良好的比容量和倍率性能,特别是在5 C下循环获得了105 mAh g^(-1)的比容量。因此,这项工作不仅解决了多年来棘手的卷烟滤棒废弃物对环境影响问题,同时也为储能领域提供了高性能和廉价的石墨碳负极材料。

基于真实三维人体点云的特征参数提取

针对真实三维人体点云数据,提出一种快速提取人体特征参数的方法。首先对点云数据进行预处理,并将人体中心点转化为坐标原点,然后利用人体几何形状以及特征参数的定义,通过分层探索法来定位人体特征点,最后利用人体特征点得到相应的特征截面信息,使用边缘识别法提取特征轮廓边界点,对于不同人体体型,基于人体几何形状分析法自动识别正常和肥胖人体体型,有效地计算不同体型的真实特征参数信息。数值实验说明了该方法的有效性。

改进型类Lorenz系统在弱信号检测中的应用

混沌系统具有一定的抑制噪声能力,且对初始条件敏感。因此在弱信号检测方面,相比于传统检测方法混沌系统具有很大的优势。对一种新型的类Lorenz混沌系统进行了改进,通过加入周期扰动的方法,使得改进后的系统对正弦信号幅值变化更加敏感,以满足检测微弱周期信号的条件。同时,引入了0-1测试算法来进一步确认系统混沌状态的阈值,使得改进后的系统对弱信号振幅检测精度达到10^(-4)V。通过计算状态变量方差,实现了对未知频率信号的检测。仿真结果表明,该混沌系统可检测最低信噪比为-63.01 dB。

半导体激光Bar条应力抑制研究

为抑制半导体激光器件封装应力和Y、Z轴方向的形变,提出了一种用于封装高功率半导体激光Bar条,且具有通过丝杠实现应力调节机制的双热沉封装结构。利用有限元法分析了半导体激光器CS和应力可调节双热沉两种封装结构的应力分布,以及在CW连续工作条件下两种封装在Y、Z轴方向的形变,并对不同调节应力Bar条的应力分布进行了仿真分析。分析表明,应力可调节式双热沉封装结构有效减小了工作热应力并抑制了Smile效应和热透镜效应,为半导体激光Bar条的应力抑制研究提供一定的理论支撑与参考。

基于磁控溅射和电子束蒸发合成Mn-Co-Ni-O薄膜

锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O,MCNO)薄膜因为具有优异的负温度系数特性在近年来受到广泛关注,现采用射频磁控溅射和电子束蒸发相结合的方式,在单抛蓝宝石(Al2O3)衬底上制备MCNO薄膜,并采用一系列表征探讨了后道退火(Post Annealing,PA)温度对所制薄膜的微观结构和光学性质的影响。结果表明,随着PA温度的提高,MCNO膜的晶粒尺寸和间隔均呈现增大趋势。X射线光电子能谱结果表明,Mn3+/Mn4+的比例随着温度的升高而增大。电学和光学特性研究表明,在PA温度为850℃,条件为空气退火1 h得到的MCNO薄膜在温度范围为220~300 K范围内符合VRH模型,TCR系数良好,激活能为0.32 eV,薄膜在红外可见波段具有较高吸收率。

星模拟器的光学系统设计研究

基于数字微镜器件(DMD)的工作原理,设计一种工作在0.4~0.7μm波段的星模拟器的光学系统,用于满足星敏感器的性能测试与评估需求。光学系统包括照明系统、棱镜、DMD和投影物镜。照明方式采用科勒照明保证光线均匀照射,其均匀性达到89%。投影系统焦距为87 mm,半视场角为5.75°,出瞳直径为31 mm,出瞳距离为33 mm。该系统经过优化,在37 lp/mm的空间频率下,MTF大于0.7,接近衍射极限,系统畸变小于1%,显示出良好的成像质量。同时,在保证投影光学系统的偏心、倾斜、厚度等公差参数较宽松的情况下,成品率高。总体上,该系统结构紧凑,性能优越,为星空模拟和测试领域带来了重要的参考。