基于虚拟仪器技术的传感器实验的探索

以“传感器”实验为切入点,介绍了电子类课程实验利用虚拟仪器技术搭建实验平台的探索。平台分为虚实结合实验和虚拟仿真实验,能够搭建电路,自动采集、存储、处理数据,绘制实时、历史曲线,生成、发送实验报告,并发布网页,构建了共享仪器实验平台。实践表明:信息化、智能化的实验教学适应新工科专业改造升级要求,激发了学生进一步探索测控学科的兴趣和主动性,提升了教师的工作效率。

庸常之中 微芒不朽

我出生于20世纪70年代的偏僻农村。小时候家里很穷,常常吃了上顿没下顿。家里虽然养了好几只老母鸡,但母亲会把那些鸡蛋拿到集市上去卖,以换来我们三兄妹的学费。那些老母鸡和鸡蛋,就是我们求学的全部希望。父母是从来不舍得吃鸡蛋的,我们三兄妹也只有每年过生日时才能吃上一个荷包蛋。每一次吃荷包蛋,我总是慢慢享受,把它一层一层剥开,一片一片细嚼慢咽,舍不得很快吃掉,一个蛋能吃上一两个小时。

橡胶添加剂瓦斯炭黑的太赫兹光谱定量研究

瓦斯炭黑是橡胶中重要的添加剂之一,其含量对橡胶性能有重要的影响。丁腈橡胶是工业生产中应用比较广泛的合成橡胶,研究丁腈橡胶中瓦斯炭黑的含量具有重要意义。利用太赫兹时域光谱技术,对八种不同含量瓦斯炭黑与丁腈橡胶组成的混合物样本中的瓦斯炭黑含量进行测试,获取了混合物样本在0.3～1.4THz频段的吸收光谱数据。分别利用偏最小二乘(PLS)和支持向量回归(SVR)建立混合物中瓦斯炭黑的定量分析模型,使用均匀梯度法来选择模型的校正集和预测集,获得瓦斯炭黑预测集的相关系数与均方根误差。偏最小二乘模型相关系数与均方根误差分别为0.985 8和2.098 9%,支持向量回归模型相关系数与均方根误差分别为0.998 0和0.785 4%。实验结果表明,支持向量回归定量分析模型的预测结果优于偏最小二乘模型。为进一步证明支持向量回归模型的稳定性,多次使用随机选择法选择它的校正集和预测集,并求得其相关系数与均方根误差。结果表明,无论是利用均匀梯度法还是随机选择法对支持向量回归定量分析模型的校正集和预测集进行选择,求得的相关系数和均方根误差均优于偏最小二乘模型。

基于Raspberry Pi的智能家居系统设计

针对普通智能家居系统接口标准多、维护成本高、移动性差等缺点,提出一种基于Raspberry Pi嵌入式平台的智能家居系统设计方案。该系统由控制器、Web服务器、Web浏览器、APP移动终端和监控终端组成,采用ZigBee技术实现监控终端与控制器之间的通信。实验表明,该系统能使用户通过Web浏览器或手机APP终端实现对家居的远程监控,具备较好的应用价值。

2-巯基苯并噻唑的太赫兹时域光谱定量研究

为了减少由于橡胶促进剂2-巯基苯并噻唑(MBT)掺假而导致橡胶制品质量不过关的问题,提出利用太赫兹时域光谱技术对MBT的有效含量进行定量研究。利用太赫兹透射测量得到MBT和聚乙烯混合物在0.3THz～1.4THz的吸收特征谱,提出了一种基于最小二乘支持向量回归(LS-SVR)的MBT定量检测模型,将LS-SVR模型分别与偏最小二乘模型和支持向量机回归模型进行比较,得到模型预测集均方根误差分别为1.1330%,2.5583%和2.3869%。结果表明,LS-SVR的定量模型可取得更好的效果,其精度更高,稳定性更好。本研究为MBT定量检测提供了新的快速且有效的方法。

基于太赫兹时域光谱系统的橡胶分类识别

基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统对4种橡胶样品进行检测,分别采用核主成分分析(KPCA)和核典型相关分析(KCCA)方法对橡胶太赫兹光谱进行特征提取,引入PCA和CCA作为对比,再结合支持向量机(SVM)建立分类模型,对橡胶进行分类识别,最后以偏最小二乘判别法(PLS-DA)的识别结果作为参考。结果表明,SVM结合特征提取方法可以对橡胶的光谱进行分类识别,KPCA-SVM对吸收谱的分类效果最佳,而PLS-DA对折射谱的分类效果要优于SVM,同时,KPCA对光谱的特征提取效果要优于标准的KCCA方法。实验为橡胶的识别分析提供了新的方法。

基于LabVIEW的LAN结构自动测试平台设计

根据多参数连续测量的复杂测试项目的需要,在对自动测试系统LAN体系结构和虚拟仪器技术进行深入研究的基础上,设计了基于LabVIEW的LAN结构自动测试平台。采用加锁和解锁技术,使LAN客户端可以共享该测试平台。实验证明,该平台既可以实现对电压、电流、电阻、幅值、频率、周期、相位等单一电量参数的测量,又可以实现对诸如滤波器、放大器幅频特性等需要多个仪器的多参数连续测量的测试项目的自动测试,并能自动生成测试报告,充分体现了自动测试平台的优势。

Zernike矩在橡胶添加剂太赫兹光谱定量分析中的应用研究

近年来,“绿色轮胎”发展备受关注。在绿色轮胎制造过程中需要多种橡胶添加剂,而橡胶添加剂的含量与绿色轮胎能否达标密切相关,因此,对轮胎橡胶中相关橡胶添加剂的定量检测具有重要意义。太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术已经成功应用于物质定量分析领域,但当定量分析对象为多组分混合物时,由于混合物光谱出现重叠和失真等原因,会导致定量分析结果不理想。针对此问题,将Zernike矩作为一种光谱预处理技术引入到橡胶添加剂多组分混合物的太赫兹光谱定量分析中,提出了基于Zernike矩结合支持向量回归(Zernike moment-support vector regression, ZM-SVR)的太赫兹光谱定量分析方法。首先,以影响绿色轮胎质量能否达标的三种橡胶添加剂氧化锌、白炭黑和2-巯基苯并噻唑(MBT)为定量检测对象,将3种橡胶添加剂与丁腈橡胶构成多组分混合物实验样本,并通过太赫兹时域光谱系统测得样本的太赫兹光谱;然后,对太赫兹光谱进行分析与处理,得到其吸收系数、消光系数和折射率3种光学参数后,将3种光学参数构建为样本的太赫兹三维光谱,并利用Zernike矩提取太赫兹三维光谱灰度图的特征信息;最后,利用支持向量回归建立样本太赫兹三维光谱灰度图特征信息和目标成分含量之间的定量模型,从而对混合物样本中目标成分含量进行分析。利用该方法得到的定量模型预测集相关系数均大于等于0.952 2,均方根误差均小于等于2.267 2%。为进一步验证该方法的有效性,将定量分析结果与常规方法PLS和SVR的结果进行了对比。对比发现,相比常规方法得到的定量分析结果, Zernike矩结合支持向量回归方法所得结果的准确性和稳定性均得到了明显提升。因此, Zernike矩结合支持向量回归方法为橡胶添加剂多组分混合物的太赫兹光谱定量检测提供了新思路,在绿色轮胎及橡胶的质量检测领域具有广阔应用前景。

基于VXI总线通用型集成运放测试系统设计

根据集成运算放大器参数自动测试的需要,在深入研究集成运放测试电路和虚拟仪器技术、VXI总线自动测试系统的基础上,设计了VXI总线集成运放测试系统;应用加锁和解锁技术,使局域网终端能够共享测试系统,应用IVI仪器驱动器技术,使测试系统具有可互换性;实验证明,测试系统能够对通用型单运放、双运放和四运放集成电路开环差模电压放大倍数、最大输出电压和频率特性等参数进行自动测试,并自动生成测试报告;结果正确,精度高,速度快,便于共享和维护,有效提高了集成运放的测试效率和可靠性。

殷贤华小小说二题

玻璃杯里的蝉 （一） 这个夏季实在是太炎热了，太阳像个火球炙烤着大地，地面变成个大蒸笼，到处散发出一股焦糊味儿，到处听到蝉的尖尖锐嘶叫。

基于MPSO-SVM的硫化橡胶及助剂的太赫兹光谱分类识别

为了加强硫化橡胶及其助剂的检测分析,对外表、气味或者特性相似的橡胶及其助剂准确分类,将改进的粒子群优化支持向量机的建模方法引入到太赫兹光谱的定性分析中。结果表明,针对不同的数据集,本研究算法最低的综合分类正确率为81.25%;相较于传统粒子群优化的支持向量机算法,本算法在识别时间上也有所提高,时间耗费整体小于9.40s。该方法针对不同数据集可以稳定、准确地分类,为硫化橡胶及其助剂的定性分析提供了新的研究思路。

太赫兹时域光谱用于橡胶添加剂的定量分析

在利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对丁腈橡胶中的添加剂进行定量分析时,将偏最小二乘法(PLS)推广到多维偏最小二乘方法(N-PLS),解决了高维数据的建模问题,并且具有良好的模型预测能力。为验证本算法的有效性,分别采用PLS算法和N-PLS算法对样本进行建模分析,得出N-PLS模型的均方根误差为2.04%,相关系数为0.98。PLS模型的均方根误差为2.71%,相关系数为0.97,结果表明,两种方法都可以对丁腈橡胶中添加剂的含量进行预测,而N-PLS算法具有更好的预测效果。

基于光谱特征约束非负矩阵分解的轮胎橡胶太赫兹混叠光谱分离

随着"绿色轮胎"概念的深入,轮胎橡胶的有效成分直接关系到橡胶合格与否,而轮胎橡胶对于检测部门而言是一个"黑色"分析系统,如何利用现有手段进行橡胶成分的准确检测至关重要。太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术已经成功应用于物质检测分析当中,但是在许多情况下,从橡胶这个复杂样品中观察到的太赫兹光谱数据代表了几个相互关联的组分或特征成分共同作用的综合结果,原始数据中包含的实际信息可能会重叠,进而影响橡胶混合物中各组分的分析。为了解决太赫兹光谱重叠的问题,利用太赫兹光谱矩阵连续平滑和浓度矩阵稀疏的特点,将具有平滑特性的2范数和具有稀疏特性的1/2范数引入到非负矩阵分解方法,提出基于光谱特征约束非负矩阵分解(constraint non-negative matrix factorization, CNMF)的太赫兹混叠光谱分离方法。首先通过THz-TDS获取丁腈橡胶(NBR)与硫化促进剂2-巯基苯并噻唑(MBT)二组分混合物,以及NBR、 MBT和一硫化四甲基秋兰姆(TMTM)三组分混合物的时域光谱;然后对时域光谱进行傅里叶变换得到其频域光谱,进而获取混合物所对应的吸光度混叠光谱矩阵;光谱分离之前对获得的光谱矩阵进行主成分分析,初步判定混合物组分数,最后利用非负矩阵分解算法(non-negative matrix factorization, NMF)、基于纯变量初始化的非负矩阵分解(purity non-negative matrix factorization, PNMF)和CNMF三种方法对混叠光谱进行光谱解析。对比发现,相较于NMF和PNMF方法, CNMF算法的分离效果更佳,特征吸收峰对应结果更准确,针对不同组分混合物分离结果的相关系数均高于89%,光谱角小于0.5,具有较高的纯净物光谱还原度。将带有约束的非负矩阵分解算法引入到太赫兹混叠光谱的分离上,较好的提取出复杂混合物中单一成分的特征信息,为后续的太赫兹多组分混合物的定性分析和定量计算奠定了较好的基础,在绿色轮胎及橡胶的质量检测领域具有一定的研究前景。

基于Tchebichef图像矩的氧化锌太赫兹光谱定量研究

为了提高多组分混合物太赫兹光谱定量分析的准确性和稳定性,将Tchebichef图像矩结合偏最小二乘回归(PLS)的建模方法引入到太赫兹光谱定量分析中,以橡胶添加剂氧化锌、白炭黑与丁腈橡胶的混合物为实验样本,对混合物中的氧化锌进行定量分析.获取样本太赫兹吸光度数据后,用3维光谱自构建方法构建样本的3维光谱,利用Tchebichef图像矩提取样本3维光谱灰度图的特征信息,然后用PLS建立定量模型对氧化锌进行定量分析.结果表明,由本方法得到的样本预测集相关系数和均方根误差分别为0.9993和0.0351,与用PLS和支持向量回归直接对吸光度数据进行建模的方法相比,结果更加准确和稳定.本方法能够对混合物中氧化锌进行准确、稳定的定量分析,为多组分混合物太赫兹光谱定量分析提供了新思路.

自动测试系统网络实验室的组建

GPIB接口仪器、VXI总线模块及机箱都很昂贵,在自动测试系统实验教学中,使学生每人一套这样的实验设备难以实现,而太少的实验设备又不能满足学生实验的需要。为了节省投资,充分利用实验室已有的贵重仪器,满足学生实验的需要,利用VISA,通过LAN/GPIB网关和已有的少量实验设备组建了自动测试系统网络实验室,使客户端共享仪器资源。实践结果证明,该实验室运行稳定,性价比较高,克服了长期影响自动测试系统实验教学的困难。

结构相似单糖和二糖分子的太赫兹时域光谱研究

应用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术结合密度泛函理论(DFT)对两种结构相似的典型单糖和二糖物质(D-葡萄糖和乳糖一水化合物)在0.3～1.7 THz频段的太赫兹吸收光谱进行了实验与理论模拟研究。首先,利用THz-TDS技术分别测量了D-葡萄糖和乳糖一水化合物在0.3～1.7 THz频段的太赫兹特征吸收谱,获得了它们在此太赫兹频率范围内的指纹光谱数据,发现虽然乳糖的组成结构中含有葡萄糖,但THz-TDS技术对糖类分子的结构变化非常敏感,两种物质在所测太赫兹频段内分别表现出各自不同的太赫兹指纹吸收特性。然后,利用DFT方法分别对两种糖类物质单分子和多分子构型的低频集体振动模式进行了理论模拟计算,获得了D-葡萄糖晶胞构型和乳糖一水化合物单分子及晶胞构型的DFT模拟计算结果,并通过简正振动模式分解的PED分析方法,结合GaussView显示的分子振动形式,对两种糖类物质在太赫兹频段吸收峰的简正振动模式进行了指认,发现乳糖一水化合物的振动模式与羟基(—OH)、羟甲基(—CH_2OH)和糖苷键的振动模式密切相关,且D-葡萄糖在1.44 THz处及乳糖一水化合物在1.38 THz处出现的吸收峰主要是由分子间的相互作用(氢键和范德华力),尤其是相互作用较强的氢键引起。最后,利用约化密度梯度(RDG)分析,可视化地分析了D-葡萄糖和乳糖一水化合物分子间相互作用的位置、类型和强度,进一步证明了两种物质在太赫兹频段的特征吸收峰主要来源于分子间氢键网络支配的集体振动模式。研究结果表明, THz-TDS技术对糖类分子结构的细微变化有着敏锐的感知,虽然D-葡萄糖和乳糖一水化合物的分子结构相似,但太赫兹波对它们之间的结构差异十分敏感,两者在太赫兹波段的特征吸收谱表现出明显差异,这为THz-TDS技术结合DFT方法对糖类物质进行检测识别以及研究糖类分子间的相互作用提供了有价值的实验和理论参考。

面向“卓越工程师”的课程教学研究与探索

根据"卓越工程师"的培养目标,结合传统教学中存在的问题,从某门具体课程入手,分别从课堂教学形式的多样化、理论教师走进实验室、基础课和专业课的紧密结合以及自我学习能力的培养4个方面进行研究。实践表明,教学效果改善明显,加强了学生的分析解决问题的能力和工程实践能力。

基于太赫兹光谱技术与CS-SVM的转基因产品鉴别（英文）

提出了一种基于太赫兹(THz)光谱技术以及布谷鸟搜索(CS)算法优化支持向量机(SVM)的有效的转基因产品鉴别方法(CS-SVM)。实验采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测量了三种转基因大豆种子及其亲本样品在0.2~1.2THz波段的THz光谱,并采用SVM方法对转基因和非转基因大豆种子进行了分类鉴别研究,其中SVM的两个重要参数(惩罚因子和核参数)采用CS算法进行优化。实验结果表明,应用THz光谱技术结合CS-SVM方法为转基因和非转基因生物的检测和识别提供了一种快速、无损和可靠的分析方法。

分层递进式“数字信号处理”实验系统的开发与实现

针对普通高校生源、学生基础水平存在较大差异的问题,提出一种层次递进式实验教学方案,即根据学生的能力水平设计不同的教学任务,引导学生由浅入深、由基础到应用逐层递进。遵循此原则设计开发了基于Matlab GUI的"数字信号处理"实验系统,分为"基础篇"、"拓展篇"和"应用篇",以使不同层次的学生在知识和能力上都能得到提高和发展。实践表明,该教学形式深受学生喜欢,取得了良好的教学效果。

依托科研资源优势的大学专业课作业设计

大学专业课作业设计意在将科研成果应用于课堂教学实践中。通过提出专业课作业设计具有五要素的观点,在大学生作业心理调查的基础上,结合某专业课的教学,举例说明了科研项目、成果等资源应用于作业设计的方式和步骤。根据文中给出具体的作业设计题目以及作业的反馈信息,分析表明所提出的方法对于提高作业效果具有较好的促进作用。由于所选取的专业课程具有的代表性,其研究结果具有一定的实用价值。