基于CNN的作物分类识别图像获取平台研究进展

基于机器视觉的作物精准分类识别是农业自动化、智能化作业的前提。在作物图像分类识别任务中,卷积神经网络(CNN)是当前应用最广泛的算法之一。作物表型特征及生长环境的复杂性,决定作物图像获取平台的多样性。通过分析2020—2022年国内外基于CNN的作物分类识别研究,图像获取平台可划分为通用平台和自建平台两大类:通用平台硬件产品成熟、部署方便,但要做好设备选型和环境搭建;自建平台分为固定式和移动式,能高效获取试验数据,但硬件集成较为复杂。详细对比分析各类平台的优缺点及适用范围。作物图像获取平台的未来趋势包括:高通量、高效率、自动化的通用图像获取装置,集成多种传感器的多模态数据采集与融合应用,自带运算处理的智能摄像头等,更精细化的图像获取平台将有效支撑作物表型的深入研究。

高灵敏度SiC动态高温压力传感器仿真研究

为了提高碳化硅(SiC)动态高温压力传感器的灵敏度,采用p型SiC材料,同时对传感器的敏感单元的不同结构———方膜和圆膜,利用Ansys软件进行了静力学仿真与分析,并完成了敏感芯片的尺寸设计。仿真结果表明:优化后的传感器输出灵敏度为14.2μV/(V·kPa)。在100~600℃内非线性误差小于1.53%。动态仿真表明:传感器的固有频率为481kHz,传感器可以在160kHz高频环境中安全工作,该结果为进一步制备SiC高温压力传感器奠定了理论支撑。

石墨烯柔性压阻传感器微织构压缩应变机制

为满足智能机器人、电子皮肤等领域对柔性传感器高灵敏度日益增加的需求,通过设计高表面积形貌以制备石墨烯凸台微织构柔性传感器,并对比分析有无微织构传感器的灵敏度;基于结构力学方程与静电方程,建立微织构柔性传感器模型,开展了电场作用不同基底厚度以及微织构间距下柔性传感器微织构应变的数值模拟,研究柔性压阻传感器微织构压缩应变机制,探寻机械载荷和电载荷的交互作用关系。结果表明,柔性基底的微织构化处理能有效提高柔性压阻传感器的灵敏度。模型总位移的最大值随基底厚度的增加呈非线性增加,微织构应变随着厚度的增加而减小。电场作用下微织构应变受机电耦合压力叠加的影响均大于无电场作用。框状微织构类似于悬臂梁,作用在微织构上的力矩随间距增加而增大,同时刚度减小,微织构的压缩形变增加,应变增大。组合尺寸微织构的应变随着微织构间距的增加而增大,制备多尺寸微结构传感器可使用(150+350)μm的组合尺寸,能够有效增加接触面积提高传感器灵敏度。机械载荷和电载荷的耦合作用,组合尺寸对力矩与刚度的分配有效增加了基底的应变,提高了柔性传感器的灵敏度。

基于电磁感应自驱动传感器的呼吸率监测系统研究

呼吸率是呼吸功能的一个重要参数,实时监测呼吸率对发现和预防呼吸疾病有着重要意义。设计了一种基于电磁感应自驱动呼吸气流传感器的呼吸率监测系统,该系统将传感器置于口腔/鼻下通过监测呼吸气流的变化来监测人体的呼吸率。实验测得传感器在呼吸缓慢、呼吸正常、呼吸急促时周期分别为3.8,2.3,1.6 s,小于人呼吸周期时间(3~6 s),系统采用蓝牙通信技术传输数据,方便测试者移动。该系统实现了对人体呼吸率稳定、实时、准确的采集,为后续呼吸疾病的预防和诊断提供了一定的研究价值。

基于QCM液体密度响应模型测量油品含水率研究

油田开发中一直存在高含水率和低含水率测量不准确的问题,新型可再生的生物柴油,同样需要控制含水率以保证热值和稳定性。文中提出一种基于石英晶体微天平(QCM)液体密度响应模型的油品含水率测量方法,通过5组标准甘油溶液进行模型验证,结果表明,实验值与理论值的误差小于5%,并且在低含水量和高含水量2种情况下,误差幅度小于1%。重复性实验验证了模型的有效性。现场测量实验结果证实了模型的适用性。

可穿戴汗液传感器系统的研究进展

在新材料和新技术广泛应用的背景下,柔性可穿戴汗液监测设备成为当前国内外研究的热点。目前,基于柔性可穿戴设备的汗液检测一般需要3个环节:汗液的取样、目标分析物的选择性检测以及系统的集成与控制。本文主要从汗液原位检测的优势出发,总结了汗液的刺激和提取的方法,并对电化学类的汗液传感器的研究进展进行多角度的分析与评价。最后讨论了可穿戴的汗液传感器存在的不足,以及未来系统的发展方向。

基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

PSK脉冲编码降低瑞利散射型光纤传感系统相干瑞利噪声的理论和仿真研究

频移平均(Frequency Shift Averaging,FSAV)技术是目前降低相干瑞利噪声(Coherent Rayleigh noise,CRN)的最主要方法,然而其降噪效果会受到频率漂移和脉冲啁啾效应的影响,且不适合应用在高空间分辨率系统中。针对以上问题,提出一种利用相移键控(Phase Shift Keying,PSK)脉冲编码降低CRN的新方法。详细分析了该方法的原理,仿真验证了该方法的有效性和适用性。结果表明:该方法不仅能有效降低CRN,且能在高空间分辨率下完全适用,为基于瑞利散射的高空间分辨率高精度分布式光纤传感系统中CRN的降低提供了新的视角和实用方法。

基于双螺旋式加热器的柔性MEMS流量传感器

针对传统流量传感器的量程限制,提出了一种基于双螺旋结构加热器的柔性基底微机电系统(MEMS)热式流量传感器。在基底上打出均匀通孔阵列以降低热传导损耗,两对测温电阻对称分布在加热器两侧,以获得较宽量程,在微小流量与大流量下均表现出较高灵敏度。采用基于惠斯通电桥的检测电路实现输出电压的测量,同时保持加热器与环境温度恒定温差200 K,对电阻自热进行补偿。传感器工作温度-100~400℃,量程为0~60 m/s;低流速下灵敏度约为12.75 V/(m·s^(-1)),分辨率可达0.001 mm/s,高流速下灵敏度约为1.4 mV/(m·s^(-1)),功耗低至1.3 mW。

基于准连续域束缚态的全介质超构表面双参数传感器

本文设计了由不对称半圆柱对阵列组成的全介质超构表面,获得了两个高品质因子的准连续域束缚态模式(quasi-bound states in the continuum,QBIC).通过选择不同形式的对称破缺,在近红外频段均可产生两个稳健的QBIC,并且二者的谐振波长、品质因子、偏振依赖等表现出不同的特性.模拟计算表明,通过测量两个QBIC的谐振波长,能够实现折射率和温度的双参数传感;通过调节不对称参数,利用QBIC的品质因子依赖于不对称参数的二次方反比关系,理论上能够提高品质因子到任意的数值,从而实现传感性能的提升和调节.该超构表面的折射率传感灵敏度、品质因子和优值分别达到194.7 nm/RIU,45829和8197,其温度传感灵敏度达到24 pm/℃.

面向人体运动检测的水凝胶基柔性应变传感器设计

在可穿戴电子设备迅猛发展的背景下,构建面向人体运动检测的可穿戴柔性应变传感器成为目前传感器研究的重点之一。基于聚丙烯酰胺(PAM)、纤维素纳米晶(CNCs)、单宁酸(TA)构建了一种导电水凝胶基柔性应变传感器。机械性能与电学性能测试结果表明,相较于其他柔性应变传感器,聚丙烯酰胺-纤维素纳米晶-单宁酸导电水凝胶基柔性应变传感器具有超长的拉伸范围(0%~2 900%)、较好的黏附性、快速的响应时间(280 ms)和良好的稳定性(超320次加载-卸载循环)。该传感器对人体关节弯曲的大应变与喉部活动的小应变等运动信号具备良好的检测功能,可用作人体运动检测的柔性可穿戴传感器。

高速数字化三维集成式CCD-CMOS图像传感器

为了解决CCD与CMOS工艺兼容性低、互连集成制作难度大,以及芯片间接口匹配和高性能兼备等问题,对CCD器件拓扑结构与像元、CMOS读出电路、三维异质互连集成及高密度引脚封装等技术进行研究,提出了一种1024×256阵列规模的集成式CCD-CMOS图像传感器。该器件实现了CCD信号的高精度数字化处理、高速输出及多芯粒的技术融合,填补了国内CCDCMOS三维集成技术空白。测试结果表明:集成CCD-CMOS器件的光响应和成像功能正常,双边成像效果良好,图像无黑条和坏列,互连连通率(99.9%)满足三维集成要求,实现了集成式探测器件的大满阱高灵敏度成像(满阱电子数达165.28ke^(-)、峰值量子效率达86.1%)、高精度数字化(12bit)和高速输出(行频率达100.85kHz),满足集成化、数字化、小型化的多光谱探测成像系统要求。

氢气传感器在电解制氧系统中的应用研究

针对电解制氧系统中氢气浓度测量受环境因素影响大、测量准确性低等问题,选取了半导体型、催化燃烧型、热导型三类不同原理的氢气传感器,对其在电解制氧系统中的应用进行了试验验证,并对试验结果进行了讨论,分析了各类氢气传感器的使用局限性。

多传感器融合SLAM研究综述

如今,移动机器人技术的发展使得同步定位与建图(SLAM)技术越来越受到学者的关注。在未知环境下,使移动机器人能够自主完成建图或者探索,是SLAM最基本的要求。在过去的十年,单传感器为机器人的建图和探索提供了良好的效果,而多传感器融合SLAM则以其强鲁棒、高精度的技术特性,为提升移动机器人建图的精度和速度提供了更高的可能性,成为了SLAM发展的主要研究方向。文中总结了现今多传感器融合SLAM的方案,首先对单传感器方案进行了比较;然后对多传感器融合技术的方案进行了对比;最后,分析了多传感器融合SLAM的难点与解决方案,并对多传感器融合SLAM的未来与发展进行了探讨。

非接触式柔性自偏置磁电电流传感器设计与应用

针对电网中现有电流传感器存在的易磁芯饱和、体积大、响应带宽窄、制备成本较高等问题,设计了一种柔性自偏置磁电电流传感器。首先,测试了磁电电流传感器在零偏置状态下的磁电性能,磁电电压系数可达17.65 V/(cm·Oe),表明传感器在零偏置状态下具有优异的磁电响应性能;然后,通过搭建的电流测试平台对传感器电流检测能力进行了验证,结果表明,传感器在谐振及工频频率时都具有良好的电流监测能力,且在工频电流50 Hz时灵敏度为33.07 mV/A,具有优异的灵敏度和线性度;最后,设计的磁电电流传感器在电力电缆护层环流监测业务上进行了试点应用,运行良好,表明非接触式柔性自偏置磁电电流传感器在电网非接触电流检测领域具有很大的应用价值和广阔的应用前景。

非侵入式翼伞操纵绳张力传感器弹性体设计和有限元分析

针对目前的张力传感器难以用于翼伞操纵绳张力测量的问题,根据翼伞操纵绳张力的特点,设计了一种非侵入式的张力传感器结构。利用Ansys软件对设计的传感器弹性体进行了有限元仿真分析,研究了不同的结构参数对传感器弹性体的影响,给出了最佳的弹性体结构参数。

全局/滚动曝光兼容高动态抗辐照CMOS图像传感器设计

针对高速目标的高精度探测及辐射环境的应用要求,为解决全局与滚动曝光模式兼容难度大、灵敏度和动态低、帧速不高、抗辐照水平低等问题,对CMOS图像传感器架构、像素结构、列并行高精度数字化、高速读出、抗辐照加固等技术进行研究。基于单边列并行DDS、多模兼容的架构方案,设计了一款7.5μm×7.5μm,2048×2048可见光CMOS图像传感器,采用双增益像素结构、高帧速数字化读出、多通道可选输出、像素和电路抗辐照加固等方法,实现了全局与滚动曝光兼容、高灵敏度高动态成像、高精度数字化和高速输出、抗辐照加固等技术验证,填补了国内多模曝光兼容抗辐照CMOS图像传感技术研究空白。测试结果表明:器件功能正常,成像效果良好,动态范围、满阱电荷、灵敏度、帧速、抗辐照等指标满足预期要求,对高速高动态成像及辐射环境的系统应用具有重要意义。

柔性可穿戴湿敏传感器制备及呼吸检测实验

该文以壳聚糖/导电炭黑复合薄膜作为敏感层,构建了高性能湿度传感器,并研究了传感器件微结构薄膜对呼吸检测敏感的机理。该文展开实验测试了传感器的湿度及呼吸响应特性,使用灵敏度、响应恢复特性、重复性等参数评价传感器性能,同时基于LabVIEW技术实现了湿敏/呼吸信号的实时读取与处理、单片机与电脑终端通信、呼吸波形显示等功能。该检测平台成本低、易操作,为传感器检测技术的实际应用提供了借鉴,同时可促进学生对柔性可穿戴传感器检测实验与应用的深度理解,有效提升课堂教学效果和学生的学习积极性。

课程思政背景下“传感器与检测技术”课程改革与实施

基于“岗课赛证”,以“三科技三精神”为思政主线,创新教学理念、教学策略和教学评价体系,构建“三阶八环”教学实施流程,对“传感器与检测技术”课程进行教学改革和实施。教学实践表明,学生知识、技能和素养增值显著,有效提高了传感器应用型人才培养质量。

基于电子鼻和一维拉普拉斯卷积核的奶粉基粉产地鉴别

奶粉基粉是配方奶粉的基础原材料,其产地影响到终端乳制品的品质。本文提出了一种电子鼻技术与一维拉普拉斯卷积核相结合的基粉奶源地判别方法。通过电子鼻采集样本数据,经过时域信号对齐,尝试使用不同阶数的一维拉普拉斯卷积核进行特征提取,并对比了统计数字特征、快速傅里叶变换、离散余弦变换等其他特征提取方法,最后使用偏最小二乘及可视化进行可分性分析。实验结果发现快速傅里叶变换、离散余弦变换、二阶的一维拉普拉斯卷积核相对于原始特征均有效提升了可分性,偏最小二乘的R2效应量从0.61分别提升到0.95、0.96和1.00。一维拉普拉斯卷积核特征提取方法能够准确区分产自国内和国外(澳大利亚)的基粉,在案例研究中取得了最优判别效果,说明其能够有效提取到电子鼻各通道序列信号的时间响应特征。该方法能够完成中澳两国奶粉基粉样本的区分工作,为快速鉴定奶粉基粉来源提供技术支撑。