用于土壤中氮钾含量快速测定的非接触电导微流控芯片

[目的/意义]土壤中氮、钾元素在作物生长和农业生产过程中具有关键作用。快速定量检测土壤中氮、钾含量对指导精确施肥具有重要意义。因此,建立一种快速可靠的土壤氮、钾含量检测方法十分必要。[方法]本研究建立一种基于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)微流控芯片电泳和电容耦合非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)方法,快速定量检测土壤中氮、钾养分离子。通过微流控电泳芯片实现对土壤中多种离子快速分离,利用C4D进行电导率变化的精准测量。基于检测器工作频率输出响应特性,激励电压响应特性和电泳电压,确定最佳分离和检测性能。[结果和讨论]该方法对钾离子(K+)、铵根离子(NH4+)和硝酸根离子(NO_(3)^(-))标准溶液的检测限(S/N=3)分别为0.5、0.1和0.4 mg/L。K^(+)、NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)在0.5~40.0 mg/L范围内具有良好的线性关系,线性相关系数(R2)分别为0.994、0.997和0.990,表明该方法可以对土壤中氮、钾养分离子进行定量分析。同时,采用峰高、峰面积和出峰时间作为评价指标进行可重复性实验,其相对标准偏差(Relative Standard Deviation,RSD)均小于4.4%,说明该方法具有良好的重复性。此外,对土壤样品进行测试,K^(+)和NH_(4)^(+)可实现完全分离以及同步检测,其检测效率明显提高。通过标准加入法进行回收率实验,回收率保持在81.74%~127.76%。[结论]本研究为土壤氮钾养分离子的快速检测提供了一种简便、高效的方法。

基于STM32的频率和功率可调非接触供电超声电源设计

为解决接触式供电中漏电、磨损、电能传输不良以及超声电源在加工中谐振频率漂移、跟踪速度慢、输出功率不稳定等问题,文章以STM32单片机作为主控系统,设计了一种频率和功率可调的非接触供电超声电源。根据采样反馈电路采集的电压电流相位差和有效值信号,采用锁相环和模糊比例积分(Proportional Integral,PI)控制相结合的方法对频率进行跟踪,并用传统PI控制法控制输出功率。在Matlab软件中搭建电源仿真模型,利用附加电阻、附加电感和附加电容模拟加工过程中负载参数的突变,对有频率调节和功率控制子系统以及没有子系统的电源模型分别进行仿真。仿真结果表明,电源输出功率稳定在248 W。当负载参数发生改变时,电源的谐振频率发生漂移,经过频率自动跟踪子系统的调节后,电源在0.01 s后重新回到谐振状态。此控制算法实现了频率快速跟踪和功率控制。

非接触式生理心理检测在长期模拟失重效应分析中的应用研究

目的在模拟失重生理效应场景下,构建基于面部视频的非接触式生理心理检测模型,探索长期模拟失重生理效应分析的非接触式心率和负性心境状态检测新方法。方法搭建可见光和热红外视频融合分析的非接触式生理心理数据采集系统,采集“地星二号”90 d头低位卧床实验中受试者生理心理相关数据,构建基于图卷积网络面部多区域特征融合的非接触式心率检测模型和考虑数据可靠性的非接触式负性心境状态检测模型,并以指夹式心率和POMS-SF量表为标签,验证模型的有效性。结果研究结果显示,非接触式心率检测模型的Bland-Altman图差值平均数为-1.26 bpm,且96.3%的误差值检测数据处于95%一致性区间内,模型检测的心率与指夹式心率有较高的一致性;非接触式负性心境状态检测模型对于紧张、压抑、愤怒、疲劳的检测准确率均超过0.85,且心率、AU06、眼部视线、头部姿态对心境状态检测的影响显著。结论非接触式生理心理检测方法不仅能够用于长期模拟失重的生理效应分析,还可为未来长期空间飞行的航天员在轨健康保障提供新途径。

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。

融合rPPG和人脸三维法向量的非接触情绪感知技术

近年来,基于深度学习的情绪识别技术取得了显著进展。然而,现有方法主要集中在面部图像或视频上,忽略了其他模态信息,导致鲁棒性和稳定性不足。为了解决这一问题,提出了一种融合多模态信息的面部表情识别方法。首先将输入的人脸视频进行远程光电容积脉搏波(Remote Photo plethysmography,rPPG)信号和人脸三维法向量的提取,其次将这两种模态的信息输入其相应的情绪特征提取子网络,提取出对应的情绪特征向量。然后,将这两种模态提取出的情绪特征向量进行融合,生成一个丰富的特征向量,最后将其输入分类器进行情绪分类任务。通过这种多模态信息融合的方式,提高了面部表情识别的准确性和稳定性。对所提方法在不同数据集上进行了验证,实验结果表明,该方法在多样化面部表情识别中的表现优于当前先进的情感识别方法,具有更高的鲁棒性和稳定性。

基于聚焦激波的微结构非接触式激励方法研究

为了解决MEMS微结构非接触式激励的问题,提出了一种基于聚焦激波的非接触式激励方法。该方法的基本原理是利用高压电容空气放电来产生激波,再通过半椭球腔体对激波进行聚焦,从而实现对微结构的非接触式激励。基于该方法搭建了微结构动态特性测试系统,并对矩形等截面和T型单晶硅微悬臂梁的动态特性进行了测试实验,获得了两种微悬臂梁的一阶有阻尼固有频率和阻尼比。实验结果表明:矩形等截面和T型单晶硅微悬臂梁一阶无阻尼固有频率分别为5 912 Hz和2 150 Hz。通过动态测试实验验证了基于聚焦激波非接触式激励方法在MEMS微结构激励上的有效性。

新能源汽车非接触式远程无线充电系统优化设计与分析

无线充电技术作为一种创新的充电方式,为新能源汽车提供了更加便捷和高效的充电体验。为了进一步提高无线充电距离与充电效率,基于磁耦合感应式静态非接触充电技术,提出“双接收线圈”充电方案,阐述了磁耦合感应式非接触充电系统结构组成与工作原理,并对双接收线圈系统的智能控制系统进行优化设计。试验结果表明,与单接收线圈系统相比,能够更高效地将电能传输到新能源汽车,减少了能量损失,降低了充电时间和能源成本。研究结果旨在推动新能源汽车的普及和无线充电技术的进一步发展,为新能源汽车充电基础设施提供了一种更加高效和便捷的解决方案。

非接触电导检测土壤养分离子的谱峰自动识别方法

[目的/意义]电容耦合非接触式电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)在农业土壤养分离子检测方面发挥着重要作用。对C4D信号中离子特征峰的有效识别,有利于后续对离子特征峰的定性和定量分析,为加强农业土壤养分管理提供依据。然而,C4D信号的特征峰检测仍然存在无法自动精准识别、人工操作复杂、效率低等缺点。[方法]提出一种基于连续小波变换结合粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)和最大类间方差法(Otsu)的谱峰自动识别算法,旨在实现准确、高效、自动化的C4D信号峰识别。采用C4D检测样品溶液,得到离子谱图信号,对谱图信号进行连续小波变换,得到小波变换系数矩阵。通过搜索小波系数变换系数矩阵极值,识别出脊线和谷线。将小波系数矩阵转换为灰度图像,结合PSO和Otsu寻找最佳阈值,进一步对灰度图像的背景和目标分割,再结合原始谱图中的脊谷线识别谱图中的特征峰。[结果与讨论]测试含有41、61和102个峰的数据集,以受试者工作特性(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线和度量值作为评估峰值检测算法性能的准则。与其他方法相比,基于连续小波变换结合粒子群优化的最大类间方差法分割图像(Continuous Wavelet Transform C.ombined with Particle Swarm Optimization of Otsu to Segment Image,CWTSPSO)的谱峰自动识别算法的ROC曲线均保持在0.9以上,度量值分别为0.976、0.915和0.969。CWTSPSO能够有效检测出更多弱峰和重叠峰,同时检测出更少的假峰,有利于提升C4D信号的谱峰识别率和精准性。[结论]本研究提出的CWTSPSO能为非接触式电导检测农业土壤养分离子信号分析提供有力支持。

基于雷达传感器的非接触式睡眠呼吸检测系统设计

为解决当前接触式睡眠呼吸监测系统操作复杂、影响睡眠质量的问题,设计了一种非接触式睡眠呼吸检测系统。硬件系统以STM32G431VBT6单片机为核心,设计了信号调理与采集电路、WiFi通信电路,采用K-LC5雷达传感器采集用户睡眠过程中的呼吸信号。软件系统采用数字滤波算法对雷达传感器采集的胸腔位移信号进行处理,从中提取呼吸信号,并基于能量法进行呼吸暂停判定。测试结果表明,所设计系统能有效检测出睡眠状态下的呼吸状态,呼吸率的测试准确率达到了94.44%以上。

头部动态场景下非接触式血氧饱和度测量

针对现有非接触式血氧饱和度测量方法在头部动态场景下准确性低的问题,提出一种基于改进的自适应噪声完全集合经验模态分解与小波阈值相结合的去噪方法,用于提取高信噪比的脉搏波信号。首先,为解决自适应噪声完全经验模态分解在分解重构早期产生虚假分量和模态混叠的问题,在分解过程中加入高斯白噪声,使其成为改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(ICEEMDAN),从而减少模态分量中的残余噪声。然后,使用ICEEMDAN对红蓝色通道的脉搏波信号进行模态分解,并使用db8小波基函数对符合血氧频谱范围的分量进行3级分解和重构,将重构后的信号用于后续血氧值的计算。最后,将不同头部动态场景下测量的血氧饱和度结果进行实验对比分析。结果表明:不同头部场景下得到的血氧饱和度平均误差为0.73%,相较于其他算法平均误差降低1.93%。本文提出的去噪方法在不同头部场景下具有较好的稳定性,可满足日常血氧饱和度测量的需求。

自适应皮肤像素选择的非接触式心率估计研究

为了实现基于IPPG(Image Photoplethysmography)技术多种环境的非接触式心率的测量,针对视频采集图像时,光照射皮肤所产生的色调、饱和度等差异造成的影响,提出自适应HSV阈值设置的皮肤像素选择算法sA-HSV(Self-Adaptive HSV)。摄像头采集整个面部区域,通过sA-HSV算法设定阈值筛选皮肤像素作为特征区域,像素点绿色通道的均值作为原始信号,加入滤波算法得到最终信号,使用傅里叶变换估计心率。仿真结果同真实仪器测量结果相比,自采集数据在LED灯光下平均绝对误差小于2.29 bpm,均方根误差小于3.67 bpm,自然光场景下平均绝对误差小于1.7 bpm,均方根误差小于2.39 bpm,公开数据集VIPL-HR下,平均绝对误差为2.57 bpm,均方根误差为3.25 bpm,该算法更适合于光照环境下的非接触式心率估计。

隧道盾构管片非接触式全周形貌测量方法研究

针对隧道盾构管片几何质量检测的需求,提出了非接触式全周形貌测量方法。首先,遥控移动载体移动至测点,投影仪投射散斑图像,工业相机捕获并计算得到的点云数据;然后,采集多个测点;最后,将各局部点云数据进行拼接,获得被测物体的全周形貌。该快速半自动的检测方法可获得隧道盾构管片全周尺寸,精度达到0.2%。

“非接触式”办税服务质量评价与优化路径——基于SERVPERF模型的研究发现

以北京S区税务部门推出的“非接触式”办税服务为研究对象,借鉴服务质量评价SERVPERF模型,通过问卷调查和访谈方式,从五个维度对“非接触式”办税服务质量进行评价,并梳理总结纳税人认为服务质量和感知程度较低的问题和原因,发现存在着线上办税功能不完善、系统不稳定、专业素质人员缺乏、个性化服务欠缺等问题,进而对如何提升纳税服务质量提出相应的优化对策。

生成式人工智能赋能非接触式毒品犯罪侦查的场域、风险及疏解

近年来,我国毒品犯罪案件的发案率总体呈下降趋势,但非接触式毒品犯罪的发案率却有所上升。非接触式毒品犯罪多发生于网络空间,其犯罪手段网络化给公安机关的毒品犯罪侦查工作带来了新的挑战。作为数字时代的新技术,生成式人工智能具有应用于非接触式毒品犯罪预测性侦查、分析研判案件线索、侦查讯问和毒品检验与鉴定的优势。但生成式人工智能在以上场域的应用容易威胁国家安全和数字主权、导致侦查决策失误和量刑失衡在内的风险。针对以上风险,有必要从加快构建新安全格局,保障国家安全和数据安全、从“事前审批、事中监督、事后救济”角度完善生成式人工智能辅助侦查决策的解释机制与审查模式、审慎对待毒品鉴定的边缘值入手疏解,为公安机关全面提升数字化侦查能力、加快构建数字化侦查模式提供有力支撑。

基于视频信号的非接触式心率和血氧饱和度检测方法综述

心率和血氧饱和度是反映人体健康状况极其重要的生理指标.近年来,基于成像式光电容积描记技术(imaging photoplethysmography,IPPG)的非接触式心率和血氧饱和度检测方法因为其方便快捷且受约束较少等优点开始逐步成为研究热点.主要工作如下:首先,介绍了非接触式检测方法的背景和研究意义;其次,从目标区域检测和感兴趣区域(region of interest,ROI)选取两个方面总结并点明其研究现状以及未来改进方向;再次,从传统方法、信号处理结合深度学习方法以及端到端方法3个方面对心率和血氧饱和度检测方法进行了总结,并梳理了深度学习方法所使用的数据集以及在各个数据集中所展现的检测效果;最后,指出该领域所存在的亟待解决的问题以及未来的研究方向.

高精度非接触测温系统设计

温度测量在现代社会的各个领域中都扮演着至关重要的角色。无论是在家庭健康管理、工业生产监控,还是食品安全检测和环境监测中,准确、快速和安全的温度测量都是必不可少的。传统的接触式温度计虽然能够提供精确的数据,但其在多用户场景中存在交叉感染的风险,同时也不够便捷。随着科技的进步,非接触式红外测温技术因其高效、便捷、安全等优势,正在逐步取代传统接触式测温方式,成为新的主流。

舰船非接触水下爆炸系统的混合不确定度量化

[目的]舰船非接触水下爆炸建模与仿真(M&S)中同时存在品目繁多的认知不确定度和偶然不确定度,在M&S过程中引入的不确定度导致系统响应量(SRQ)的数值模拟结果与试验真值间产生较大偏差,影响M&S的性能。而使用非接触水下爆炸不确定度量化(UQ)方法能提高M&S的可靠性和可信度。[方法]首先,针对无物理意义、通过试验直接标定的唯象参数,使用D-S证据理论(DSTE)融合不同学科专家(SME)的建议,得到唯象参数赋值区间和基本信度分配(BBA)函数。鉴于SME的个人工程经验和知识结构的局限性,采用多证据、多周期性融合方法,提高认知不确定度量化的客观性。其次,使用蒙特卡罗法研究非接触水下爆炸中高维输入偶然不确定度的传播。最后,当偶然不确定度和认知不确定度同时存在时,将唯象参数作为外层,不确定的物理量作为内层,使用双层循环法执行非接触水下爆炸的混合不确定度量化。[结果]结果表明,改进后的DSTE方法缩小了认知不确定度的取值范围,对SME初始意见改动较大,计算所得认知不确定度的BBA更精确、客观性更强。双层循环法可计算得到舰船非接触水下爆炸SRQ的可信置信区间和BBA,结果与常识吻合。[结论]研究结果可用于指导舰船防护设计和提高水下兵器爆炸毁伤能力。

基于非接触式电压测量的电压监测系统

非接触式电压测量方法不直接与线路的金属导体部分接触,能适应多种应用场景的电压监测。设计一种利用改进的非接触式电压测量技术对线路电压进行测量并将测量得到的电压波形用于线路故障电压诊断的系统。对传统的非接触式电压测量技术进行拓扑分析并对测量电路拓扑进行改进,能够不受耦合电容影响并准确地测量线路上的电压。由于目前单一的故障特征提取方法具有局限性,为了利用由非接触式电压测量技术测量得到的电压波形实现准确地对线路故障电压进行识别诊断,提出了基于集成学习的故障电压状态识别系统,利用多种特征提取方法提取非接触式电压测量得到的电压波形特征,其识别结果用于对线路故障进行预警和处理。针对该电压监测系统,设计了测量精度和故障识别测试,得到稳态平均误差为0.9%,故障识别准确率最高可达到93%,表明该电压监测系统具有较高的精度和故障识别准确率。

旋转轴系径向非接触磁力激振技术研究

针对旋转轴系振动试验中需要对转轴进行径向非接触动态线性激振的实际需求,开展了径向非接触式磁力激振器的设计研制及性能试验。首先,采用磁路解析法推导线性化后的径向磁力计算方法;其次,开展了激振器结构和绕组参数的设计,加工出激振器实物并设计了测力结构对其频域作动性能进行全面测试;最后,将激振器用于轴系台架激振试验,提出了一种非接触作动力的换算方法,并将激振结果与力锤激振方式进行了对比,同时研究了激励信号大小以及转速对激振效果的影响。试验结果表明,研制的激振器性能良好,实现了设计目标,试验结果与理论计算结果以及力锤激振结果的误差在合理范围内,验证了该方法的适用性和准确性。

非接触式生命体征检测装置的设计

为解决临床医学、急救或居家养老等应用场景中无法直接使用传统穿戴式监测仪器实时监测人体生命体征的问题,设计了一种基于多普勒雷达的非接触式生命体征检测装置,该装置通过STM32F429IGT6控制器从多普勒雷达检测的信号中实时提取人体呼吸和心跳信号。其硬件主要由微控制器、多普勒雷达传感器信号放大电路、滤波器、电平抬升电路等部分组成,系统通过IIR带通滤波实现呼吸和心跳信号分离与提取,使用FFT对分离的呼吸和心跳信号进行实时频谱分析,计算并显示呼吸和心跳次数。实验测试结果表明,该装置能有效实时检测人体的呼吸和心跳次数,实现2 m范围内的非接触式人体生命体征检测,心跳次数最大均值误差为9.14%,呼吸次数最大均值误差为4.7%。