基于电导率对相对介电常数补偿的土壤含水率电容传感器标定方法

针对土壤含水率电容传感器检测精度低,标定模型对盐渍土壤的适用性不高等问题,提出基于电导率对相对介电常数补偿的含水率电容传感器标定法。在标准溶液中建立相对介电常数与传感器输出电压关系对数模型(R^(2)=0.983),进一步基于二元二次回归分析法,建立标准溶液电导率对相对介电常数补偿的相对介电常数与传感器输出电压及电导率的回归标定模型(R^(2)=0.979)。对传感器进行土壤含水率标定,建立土壤体积含水率与相对介电常数关系的三阶多项式标定模型(R^(2)=0.996)。对两步标定模型进行实测,结果表明:土壤电导率为0~2 dS/m时,体积含水率检测最大误差从未电导率补偿时0.0383 m^(3)/m^(3)降至电导率补偿后0.0127m^(3)/m^(3),最大相对误差从12.0200%降至6.2241%。结果表明,在不同电导率的同类土壤中,使用基于电导率对相对介电常数补偿的含水率传感器标定法能明显提高土壤含水率检测精度和对不同电导率土壤(黄土)的适用性。

聚多巴胺修饰的Ag/AgCl参比电极的制备及其性能试验

为了适应栽培基质等非均相体系pH值的在线检测,并提供稳定的参考电位,采用磁控溅射沉积银膜、NaClO溶液氯化获得的AgCl层和多巴胺沉积修饰膜,研制了聚多巴胺修饰的Ag/AgCl固体薄膜参比电极,并在沉积时间分别为4、8、12、16 h时,对聚多巴胺修饰的参比电极在磷酸缓冲盐溶液(phosphate buffered saline,PBS)中的稳定性、可逆性和循环伏安特性曲线进行了对比测试.结果表明:参比电极在PBS溶液中电位标准差均约为1.00 mV,在不同pH缓冲溶液中均能够恢复到相对稳定的电位,且偏差小于5.00 mV,具有良好的可逆性;在50次循环伏安试验中电位漂移很小;根据参比电极的氯离子灵敏度为2.00~2.50 mV/pCl,聚多巴胺修饰的参比电极对氯离子浓度不敏感,证实聚多巴胺修饰的参比电极可以用作参比电极;沉积时间为12 h时的参比电极在各项试验中综合性能表现最优,应用试验表明该参比电极更适用于开展栽培基质pH检测.

面向栽培基质的二氧化钛电极EGFET pH传感器设计

针对农业生产中栽培基质直接在线检测pH准确性差的问题,采用化学腐蚀法,制备出具有氢离子敏感特性和超亲水特性的二氧化钛(TiO_(2))电极,并且采用退火工艺以提高电极表面硬度;将TiO_(2)电极与金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)组合成基于延伸式栅极场效应晶体管(EGFET)的pH传感器.测试得到传感器灵敏度为0.05063 V/pH,重复性试验的变异系数最大为0.0057.测试结果表明该传感器具有良好的灵敏度、重复性和稳定性.选取4种典型栽培基质进行pH在线检测应用试验,pH检测误差的绝对值最大为0.18,经过温度补偿后误差的绝对值最大为0.11;使用后电极表面的亲水性依旧保持良好.应用试验结果表明,该传感器适用于栽培基质pH在线检测.

大断面隧道掘进爆破分区优化设计研究

某隧道工程地质、水文地质等条件均较复杂,采用原爆破设计施工方案(常规“两步”台阶法)常出现隧道断面超挖、冒顶等情况,严重制约了隧道工程建设,无法满足隧道工程建设目标,需对原设计方案参数进行优化调整。根据隧道断面规格、工程岩性等条件,为控制隧道顶板暴露面积、防止顶板冒落及降低支护成本等,优选“CRD法”“三步台阶”及“两步台阶”作业法,开展隧道爆破分区掘进试验研究,并严格控制隧道顶板周边孔布置间距(400~450 mm)。为降低隧道爆破数码电子雷管使用量,隧道顶部周边孔采用导爆索与32 mm乳化炸药绑扎(胶布缠绕),各炮孔间通过导爆索传爆,取代传统光面爆破参数。现场施工结果表明:Ⅴ级围岩隧道采用“CRD法”施工,顶部超、欠挖量满足技术规范;Ⅳ级围岩隧道采用“三步台阶”施工,炮孔残留率达60%~72%;Ⅲ级围岩隧道采用“两步台阶”施工,炮孔残留率达84%~94%。优化传统光面爆破参数布置,利用导爆索实现顶部周边孔孔间传爆、孔内起爆,可总体降低数码电子雷管使用量,降低爆破成本约18.5%,该技术可为类似隧道工程及地下矿山巷道掘进爆破提供参考。

深部破碎软岩巷道超前控顶加固及控制爆破技术

随着矿山开采深度逐渐增加,深部破碎围岩工程地质条件转为复杂多变,极大程度上影响巷道等工程施工过程及后续使用安全;为确保深部破碎软岩巷道施工过程中安全及质量,提出了软岩巷道超前控顶加固及控制爆破技术。针对钟九铁矿-550 m水平6号交岔点岩体裂隙极为发育、稳定性差等特点,拟采用超前控顶措施加固顶板围岩,提高深部破碎软岩巷道的承载力。为便于6号交岔点掘进施工,沿6号交岔点东北侧方向划分17个掘进区,并采用“四步”台阶法分段施工。针对同段起爆数码电子雷管,起爆器系统可随机设置单发雷管起爆间隔时间为3~5 ms,实现同段炮孔单孔单响,降低爆破振动对6号交岔点影响。根据不同掘进区总体岩性情况,优化支护方式(管棚支护、W型钢带及锚索支护等联合支护方式等),确保6号交岔点后续使用期安全。试验结果表明:采用超前控顶加固、控制分区爆破技术,降低破碎软岩巷道顶板偏帮、下沉,保证6号交岔点断面成型效果,削减其支护、后期维护等综合成本达8.7%,该技术可为类似巷道施工提供一定指导建议。

电容补偿型硬标签质检技术设计与实现

合格的硬标签是电子商品防盗系统(Electronic Article Surveillance,EAS)可靠工作的基础。此类标签电路由线圈和电容串联而成,其组成的LC谐振频率F是硬标签关键参数。在研制全自动硬标签生产设备中,对其在线质检技术尤为关键。针对现有单、双线圈检测标签F存在的不足,设计了电容补偿型非接触单线圈式硬标签F检测技术。基于Proteus软件频率分析功能,对此检测方法的等效电路模型进行仿真,验证了方法的可行性。同时,设计MSP430F149处理器为核心的硬标签F测量的软硬件,对其信号处理单元电路的功能也进行Proteus仿真验证,达到预期效果。此检测技术的实测效果表明,测量硬标签F误差在±15 Hz内,为下一步将此技术用于全自动标签生产设备中提供了技术支持。

基于多层感知机和近端策略优化的滚动轴承故障诊断方法

针对基于价值函数的强化学习故障诊断方法存在无法应对随机策略以及策略微弱变化导致维度爆炸的问题,提出了基于多层感知机和近端策略优化(MLP-PPO)的滚动轴承故障诊断方法。首先,基于多层感知机网络构建强化学习智能体;然后,基于策略网络和价值网络的框架构建与智能体交互的故障诊断环境,充分提取故障特征;最后,采用策略梯度优化方法拟合故障诊断目标函数,通过近端策略优化方法寻找故障诊断最优策略。通过XJTU-SY滚动轴承数据集进行试验的结果表明,相对于SVM,CNN,DQN等方法,基于MLP-PPO的故障诊断方法的准确率更高(约96%)。

离心不耦合条件下寒区碎软岩体预裂爆破参数优化方法

一般来说,预裂爆破采用同心不耦合装药结构,但由于药柱自身重力原因,药柱和炮孔壁贴合在一起,这种情况可能增强了对预裂爆破保留岩体的损伤。基于传统预裂爆破技术,结合理论分析,提出了离心不耦合装药条件下任意一点的不耦合系数计算公式,推导出其与同心不耦合系数的关系,并比较了2种装药条件下预裂爆破对保留岩体的损伤情况。以白云鄂博西矿为例,在现有2种规格预裂药柱基础上,依据理论分析得出:在不改变预裂孔直径的前提下,当预裂药柱直径为60 mm时,需要对预裂孔孔距和预裂孔装药结构进行优化。通过开展现场试验,对预裂孔孔距和预裂孔装药结构进行了优化,得出了最佳孔网参数。通过三维倾斜摄影技术建立三维模型,对孔网参数优化前后的爆破效果进行了评价,孔网参数优化后半壁孔率提升了27.09%。研究表明:孔网参数优化后,对于保护采场边坡、维护边坡安全稳定具有积极作用,对于类似工程也有借鉴意义。

等滑切角锯齿型刀片优化设计与试验

基于已设计出的藤茎类秸秆切割刀片,创建切割功耗模型,将切割功耗最小作为目标函数并进行优化计算,获得最优滑切角为40°。对切割功耗的三个主要影响因素进行正交试验,结果表明:当秸秆含水率增加时,切割功耗随含水率的增加而增大;当单次切割量增加时,切割功耗也随之增大;相同的切割情况下,滑切角为40°的锯齿型刀片的切割功耗最低、切割效率最高。两种统计学方法分析的结果都表明:刀片种类对切割功耗的影响最显著,然后是秸秆含水率,最后是单次切割量。最优组合为:秸秆含水率为20%左右,单次切割量为6 kg,滑切角为40°的锯齿型刀片。

基于双目近景图像的车体相对车位方位视觉检测方法

为了提高自动泊车领域单一应用机器视觉技术对目标空车位方位检测的适应性,研究了一种基于双鱼眼镜头近景图像的车体相对车位方位机器视觉检测方法.采用双鱼眼镜头采集车位近景图像,通过对图像校正、图像拼接、逆透视变换和图像二值化等图像处理,提取俯视平面上目标空车位线轮廓边缘和双鱼眼镜头位置点.建立车体相对目标空车位的坐标系,通过视觉识别和像素点坐标计算确定双鱼眼镜头在车位二维坐标系下的坐标.基于已知车位和车体尺寸、鱼眼镜头在车体上安放位置等信息,运用几何方法建立车体相对车位方位角与距离的计算关系模型.结果表明:方位角检测最大相对误差为9.16%,距离检测最大相对误差为3.89%,提高了目标空车位检测的适应性.

某矿井下多工作面协同爆破智能管控体系研究

基于某矿穿孔和爆破工序分割、多中段多工作面同时作业的工程背景,采用跟踪调研的方法得出该矿具有爆破作业管控难度大、工序反馈衔接不及时、有效作业人员占比小等问题。为解决上述难题,采用工序分析、问题提出、风险评估等层层递进的方法,开展井下多工作面协同爆破智能管控体系研究。结果表明:井下爆破作业各工序间具有严谨的先后顺序;爆破器材运输和装药工序的危险程度最高,需精准管控;采用智能软件协同监管多工作面爆破作业工序,不仅精准管控效率高,还可降低矿山爆破作业的事故机率。最后结合某矿的实际作业条件,基于多工作面同时爆破作业的先后流程,采用Python语言开发了井下多工作面协同爆破智能管控软件,并通过爆破作业工作面的管理调试,证明研发的管控软件适合辅助该矿爆破工序的监管。

栽培基质超亲水pH传感器测量误差影响因素分析与补偿

栽培基质pH值是设施园艺中重要的生产过程信息之一。针对栽培基质pH值在线检测误差大、结果易受基质含水率和基质成分影响的问题,基于超亲水pH传感器,以泥炭、蛭石基质为原料,以配置的不同质量比和不同含水率的栽培基质为试验对象,开展了栽培基质超亲水pH传感器pH值测量试验研究。结果发现:栽培基质的质量含水率(θ_(m))降低会引起超亲水pH传感器的pH值测量值线性降低和pH值测量误差线性增加,其测量误差绝对值最大为0.81,显著低于锑电极pH传感器(测量误差绝对值最大为2.15);超亲水pH传感器的测量误差受混合基质中泥炭、蛭石质量比的影响相对较小,由基质成分变化导致的测量误差最大变化为0.23,显著低于锑电极pH传感器(最大变化为1.10)。在此基础上建立了栽培基质超亲水pH传感器的测量误差补偿模型,并在采集的栽培基质中进行了应用试验;补偿前测量误差绝对值最大为0.32,补偿后降为0.18,测量误差进一步降低,验证了超亲水pH传感器及其测量误差补偿模型的有效性。研究结果为实现栽培基质pH值快速、准确在线检测奠定了基础。

基于迁移学习算法的深部爆破振动速度预测

为了更好地预测深部矿山爆破振动速度,针对深部爆破振动速度预测中存在的样本量小、数据分布同浅部爆破不同的问题,将浅部地下矿山爆破数据中有用的知识迁移至深部矿山爆破振动速度预测模型中,提出一种逻辑回归迁移学习算法(LR-TrAdaboost),提升模型的样本容量及预测准确率;以某铜矿深部爆破振动速度预测为研究对象,结合该铜矿27条深部爆破数据以及梅山矿等5个地下金属矿204条浅部爆破数据,利用支持向量回归机(SVR)、回归迁移学习算法(TrAdaboost-R 2)以及LR-TrAdaboost算法分别进行预测和对比。结果表明:3种算法的模型分数分别为0.24、0.38、0.81,均方根误差(RMSE)分别为0.152、0.107、0.06,LR-TrAdaboost算法预测误差相比SVR、TrAdaboost-R^(2)分别降低了60.5%、43.9%;同时,LR-TrAdaboost在迭代次数为50时已经收敛,而TrAdaboost-R^(2)在迭代次数100次后才收敛,收敛速度前者是后者的2倍;LR-TrAdaboost算法的预测性能更好。

蜂窝型光催化反应器载体表面光强分布建模与分析

为了提高蜂窝型纳米二氧化钛(TiO2)光催化反应器紫外线光子的利用率,建立了平行式光催化反应器载体表面光强分布数学模型,并进行了仿真分析,结果表明:在紫外灯管功率不变的情况下,紫外光子强度总体与紫外灯管排布面到光催化剂载体平面垂直距离、紫外灯管间距呈现正向关系,但两参数的比例对辐射光强的x方向分布的均匀性影响较大,比例越小,x方向光强分布越不均匀。y方向的光强分布较为均匀,与两参数关系较小。仿真结果为蜂窝状光催化反应器载体表面紫外灯管的布局和功率选择提供了指导。

栽培基质pH原位检测温湿度双补偿方法

针对栽培基质pH原位检测过程中基质温度和湿度影响导致的测量误差大的问题,提出了一种栽培基质pH原位检测温湿度双补偿方法.以典型栽培基质(泥炭、蛭石)为目标材料,选用自制的全固态pH传感器,首先建立传感器温度补偿数学模型,在此基础上,分别试验研究了湿度变化对土壤各种类型栽培基质pH原位测定结果的变化影响及其规律,并分别建立了各种类型栽培基质中的pH原位测定温湿度控制双补偿数学模型.最后,利用栽培植物基质pH原位测定的试验方法,对所建立的双补偿数学模型结果进行了评价和分析.试验研究结果分析显示,针对土壤泥炭基质和土壤蛭石基质,通过温湿度双补偿算法处理后,pH原位检测的测量绝对误差从-1.79~0.72降低到0.16~0.27,相对误差从-32.84%~11.45%降低到2.66%~4.95%,整体测量误差水平已达到行业标准《土壤pH的测定》(NY/T 1377—2007)规定的精度要求.

颗粒尺寸对螺旋加料机定量加料性能的影响

为提高螺旋加料机定量加料性能，开展颗粒尺寸对加料量稳定性和准确性的影响研究。以粒径3～5 mm的球形谷物颗粒单圈加料约40 g螺旋加料机为研究对象，基于软球模型，通过对螺旋加料过程颗粒物料力链及颗粒群运动分析，建立具有分料装置的螺旋加料机离散元仿真模型；应用 PFC3D（particle flow code in 3 dimensions）软件对粒径3、4及5 mm颗粒物料进行螺旋加料过程仿真分析，并以粒径3、4及5mm的球形散珠为试验对象，进行颗粒运动和定量加料试验。综合分析得到：随着球形颗粒粒径的逐步减小，最大接触力逐渐减小，力链分布愈均匀浓密，颗粒间运动的一致性得到提高，物料混合运动趋势逐步减弱，定量加料的稳定性和准确性逐步提高。粒径3 mm球形散珠螺旋加料转动60＆#176;，平均加料量为6.477 g，加料量标准差为0.537，加料量最大相对误差为＆#177;0.153%。

基于GSM的室内无线传感器网络簇头节点

为了实现温室环境信息低功耗、低时延高效无线检测与控制,构建了三层次室内无线传感器网络系统,研制了在网络系统中较关键的具有远程和短距离无线通信功能的网络簇头节点.采用短距离无线通信CC2430模块和全球移动通信系统(GSM)GPRS模块设计网络簇头节点,并利用GSM网络内嵌的TCP/IP协议,设计基于Zigbee技术的无线收发功能程序和GSM网络传输控制功能程序.网络系统试运行表明,网络管理计算机可以随时获取被监测的温室温度等环境信息,与一般无线传感器网络相比,信息传输能耗低、时延小响应快,实现了无线传感器节点和远程管理计算机之间的信息高效无线传输.

高程对某露天矿边坡爆破振动传播规律的影响

以马钢集团某露天铁矿为例,从爆破振动影响下边坡稳定性控制及周边建(构)筑物等的安全出发,采用爆破振动现场测试方法,开展了高程因素影响下爆破振动传播规律试验研究;采用量纲分析提出了萨道夫斯基修正公式。研究结果表明:随着高程差的增加,爆破振动速度在台阶部位岩体上存在"鞭梢效应",即表现出高程放大效应;爆破振动速度放大系数随测点至爆源水平距离的增加呈现出衰减规律,且放大系数在水平距离300 m范围内较为明显;爆破振动速度随高程差的增加以衰减为主,高程放大效应随高程差的增加而逐渐增大,且高程放大系数在高程差200 m范围内增长迅速,500 m后趋于稳定;高程差的存在增大了爆破振动危害。采用修正的萨道夫斯基公式提高了矿山边坡爆破振动速度预测的精确性,对于采场边坡及周边设施的安全控制具有指导意义。

粉体物料流动性仿真分析

在对粉体物料流动性影响因素分析的基础上,应用离散单元法建立仿真模型,利用PFC仿真软件对粉体物料漏斗自由卸料过程进行仿真。结果表明,粉体物料的刚度变化对其流动性产生一定的影响:随着刚度增大,物料流动速度和流量波动均先增大再减小。

创新学分制与大学生创新型人才培养体系

为克服目前由于创新教育体系缺乏、创新教育受益面低而导致实行创新学分制困难,有必要研究适合多种专业的大学生创新型人才培养体系。按照创新学分制实施要求和分层次创新教育思想,将创造学教育、专业知识学习和创新技能训练有机结合起来,融普适型创新教育与精英型创新实践训练于一体,建立大学生创新型人才培养体系及保障机制。通过制定创新教育激励政策措施,建立合格稳定创新教育教师队伍,加强创新教育过程有效监督和管理,促进课外创新训练有效开展,将确保创新学分制全面实施。