无损检测专业建设探索与实践——西安工程大学应用物理学特色专业建设

介绍了西安工程大学应用物理学无损检测专业方向的建设过程,包括专业建设背景、专业特色形成、专业建设思路、课程体系建设、师资队伍建设、实践教学体系建设等。经过十余年的建设和发展,目前应用物理学专业是陕西省综合改革试点专业、西安工程大学特色专业。

烧结温度对Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3陶瓷的介电性能的影响

锆钛酸钡陶瓷由于具有优异的电学性能广泛应用于多层陶瓷电容器(MLCC)等电子元器件。在传统的固相反应制备工艺中,固相反应的烧结温度直接影响着陶瓷的晶体结构、微观形貌和介电性能等。本文采用固相反应法,通过控制不同的烧结温度,制备出一系列的Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3陶瓷样品。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、阻抗分析仪对其晶体结构、微观形貌、介电性能等物理性能进行表征。结果表明烧结温度在1255～1315℃下,X射线衍射图谱显示锆钛酸钡陶瓷样品均为立方相结构,没有出现杂相。当烧结温度为1305℃时,陶瓷样品的结晶最好,密度也最大,相对介电常数达到最大值12295。

基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正

为了提高磁梯度张量系统测量精度,针对磁传感器轴位偏差、标度因子与非正交性,传感器阵列间非对准误差以及载体磁干扰等误差因素,提出了基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正方法。根据硬、软磁材料磁场数学模型,将磁传感器系统误差和硬、软磁干扰误差构建为集成误差系数矩阵和集成零漂向量两部分,基于最小二乘椭球拟合建立了集成补偿模型以此校正传感器输出。通过正交系间旋转矩阵构建非对准参数的线性方程组并得到最小二乘估计,以此对准张量系统。研究结果表明:仿真校正后传感器总磁场强度(TMI)和系统张量分量有效收敛于预设测量噪声;实验校正后各传感器输出具有较高重合与同轴性,总磁场强度均方根误差(RMSE)降至约5nT,张量分量均方根误差限制在20nT/m内。该方法能够稳定可靠地提高磁梯度张量系统测量精度。

机械振动信号自适应多尺度非线性动力学特征提取方法研究

针对机械振动信号的故障特征提取问题,提出了基于独立变分模态分解与多尺度非线性动力学参数的特征提取方法。①提出频谱循环相干系数选取匹配波形对机械振动信号进行端点延拓后再进行VMD分解得到不同频率尺度的IMF分量;②根据互相关准则选取有效的IMF分量进行核独立成分分析,分离出相互独立的有效故障特征频带分量;③计算各独立分量的复合多尺度模糊熵偏均值,并利用正交变换将独立分量正交化后构造多维超体,进而利用多维超体体积定义并计算信号的双测度分形维数,从而获得多尺度非线性动力学特征参数,实现机械故障诊断。仿真和实验结果表明:所提方法可有效抑制VMD分解的端点效应和模态混叠,信号分解效果好,特征参数分类精度高,极大地提高了机械故障诊断准确率。

基于增量稀疏核极限学习机的柴油机故障在线诊断

为实现柴油机故障在线诊断,提出了基于增量稀疏核极限学习机(ISKELM)的快速在线诊断方法.针对核在线学习中的样本稀疏化与模型膨胀问题,提出了基于瞬时信息测量的稀疏核函数字典构造策略,根据最小化字典冗余和最大化字典元素自信息量的原则实现样本前向稀疏与后向删减,在最佳阶数内对字典进行在线扩充与修剪,从而建立阶数有限且结构稀疏的诊断模型.针对模型核权重矩阵更新问题,提出了增样学习与改进减样学习算法对核权重矩阵进行在线递推求解,降低了计算复杂度,提高了模型在线更新速度.UCI标准数据与柴油机故障数据分类实验结果表明,与几类现有在线诊断算法相比,ISKELM在保证较高分类精度的同时,极大地提高了在线建模速度,更加快速准确地实现了柴油机故障在线诊断.

基于二阶磁张量欧拉反褶积的磁源单点定位方法

为了从强地磁背景场下有效分离小尺度磁性体的磁异常信息,提高磁源单点定位精度,本文提出了基于二阶张量欧拉反褶积的磁源单点定位方法。在平面十字形磁梯度张量系统基础上提出了二阶张量系统概念及测量方法,利用三维欧拉反褶积公式推导了磁异常场源一阶、二阶张量数据与位置矢量关系;在磁偶极子场源下推导了张量矩阵特征值的特征向量与磁源位置矢量间的衍生不变关系,并以此作为限定方程,据此解得磁源位置坐标。研究结果表明:仿真实验在均匀强磁背景环境下对单点目标进行了精确定位;实测数据经磁梯度张量系统误差校正后,对小尺度磁铁的定位精度控制在10cm均方根误差范围内。

基于磁传感器阵列的多磁源参数反演方法

针对传统磁源参数反演方法中存在受噪声影响大、对多个磁源参数反演能力差的问题,提出了基于磁传感器阵列的多磁源参数反演方法。首先,将磁传感器阵列测量得到的磁张量数据转化为归一化磁源强度并向上延拓,降低归一化磁源强度数据中高频噪声的影响。然后,利用基于归一化磁源强度的改进倾斜角对磁源的水平位置进行估计,其中计算区域内正极值的极大值点为磁源的水平位置。最后,根据归一化磁源强度的欧拉同性质方程,提出改进的磁源深度估计方法,实现了对磁源的深度和磁矩进行单点估计。仿真和实验结果表明,与Nara反演方法相比,本文方法不受地磁背景磁场的影响,对多磁铁识别的水平误差不大于0.08 m,深度相对误差不大于24.76%,且具有较强的抗噪性。

基于IVMD与改进KELM的发动机故障诊断

为从含有较强噪声的缸盖振动信号中提取有效的故障特征并进行故障分类,提出了采用独立变分模态分解(independent variational mode decomposition,简称IVMD)与改进核极限学习机(improved kernel extreme learning machine,简称IKELM)的发动机故障诊断方法。首先,根据频谱循环相干系数选取匹配波形对信号进行端点延拓,并利用变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)将延拓后信号分解为一系列固有模态分量,有效抑制了VMD中的端点效应;其次,选取有效分量作为输入观测信号,进行核独立成分分析,进一步分离干扰噪声与有效信号,并消除模态混叠,得到相互独立的有效故障特征频带,进而提取各频带的自回归模型参数、多尺度模糊熵和标准化能量矩构建故障特征向量集;最后,建立基于社会情感优化算法的IKELM分类模型,对故障特征进行分类,实现发动机故障诊断。仿真和实验结果表明,所提出的方法可有效抑制VMD的端点效应,提高信号分解精度,消除噪声干扰并分离出相互独立的有效故障特征频带,增强特征参数辨识度,最终提高发动机故障诊断速度与精度,发动机故障诊断平均准确率达到99.85%。

基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优

针对利用磁传感器阵列构建的磁梯度张量系统存在理论结构误差,以及如何优化设计以减小结构误差,确定并搭建最优结构系统的问题,提出了基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优方法。该方法分析了完整磁梯度张量系统结构配置及结构误差,提出五种简化配置结构的张量系统设计概念并推导了张量测量矩阵及测量分辨率,对五种结构的张量系统进行相同基线尺寸下的单航线磁偶极子磁梯度张量场测量试验从而对系统结构寻优。仿真试验表明,该方法寻优效果明显,对同一测量目标,相同基线尺寸及传感器分辨率条件下,平面十字形和正方形磁梯度张量系统结构误差最小,理论张量测量精度最高。

多参数约束磁性体三维形态反演

传统的磁性目标形态反演中,反演模型的初始磁性参数和几何参数需根据经验赋值,针对这一问题,提出了基于多参数约束的磁性目标体三维形态反演方法。首先,通过L1范数和正则化约束函数建立目标函数,在待增长模块中选择最优解更新反演模型;然后,利用磁性目标多参数估计方法,无需先验信息,直接对磁性目标的位置、磁化方向以及磁化强度进行估计;最后,利用z方向磁场分量(Bz)和磁张量联合反演,得到磁性体的空间分布。仿真数据和实验数据计算结果表明,在无需先验信息的情况下,该方法能够对磁性目标的磁性参数和几何参数进行有效估计,反演得到准确的磁性体三维形态;在剩余磁化条件下,与传统的归一化磁源强度和磁总场模量反演结果相比,此方法能够有效提高磁性体三维形态反演的精度。

斜磁化条件下多磁源目标的边界识别方法

针对传统磁源边界识别方法在斜磁化条件下对多磁源目标识别能力较差的问题,提出斜磁化条件下多磁源目标的边界识别方法。根据矢量合成原理将磁场分量转化为总幅值异常以及方向余弦,利用改进K奇异值分解方法重建磁信号。利用归一化磁源强度与化极互相关的方法估计不同计算区域内磁源的磁化方向,将磁测数据转化为垂直磁化条件下的磁测数据。通过磁梯度张量矩阵特征值的绝对值之和与垂直条件下磁场沿z轴方向的分量在z轴方向上梯度的比值对磁源的水平边界进行求解,实现了对磁源水平边界的估计。仿真和试验结果表明,该方法能够准确识别斜磁化条件下多目标磁源的边界,且具有较强的抗噪性。

利用角双缝干涉测量涡旋光束拓扑荷综述

光子轨道角动量具有高维特性和光学涡旋特性,在经典和量子信息领域都有着巨大的应用潜力。当携带轨道角动量的涡旋光束经过角双缝时,由于相位差的存在,远场的干涉图样有明暗交替变化的现象。基于这个性质,可利用角双缝干涉测量拉盖尔-高斯光束、贝塞尔光束及完美涡旋光束的拓扑荷。角双缝干涉方法还可以清楚地揭示涡旋光束的螺旋相位结构。文章详细介绍了利用角双缝干涉测量涡旋光束拓扑荷的实验原理、实验装置、实验结果及现阶段相关的研究成果。

基于频率域三维等效源的磁梯度张量转化方法

针对传统空间域条件下等效源计算方法中存在参数设计复杂、受噪声影响较大的问题,提出基于频率域等效源的磁梯度张量正则化转化方法。给出基于频率域地下水平长方体层的磁梯度张量正演理论,为频率域的反演计算提供理论基础;构建频率域三维等效源,并利用迭代法自适应确定地下网格划分深度与精度,实现计算过程的自动化。采用C范数正则化选择方法对地下等效源模型的磁梯度张量数据进行正演计算,提高了计算结果的稳定性。仿真和试验结果表明,在噪声条件下,该方法能够准确还原磁性异常体的磁梯度张量数据,具有较好的抗噪性以及计算效率。

GaN/PMMA nanocomposite:synthesis and optical properties

High crystalline quality wurtzite-GaN nanoparticles, with diameters of about 11 nm, well dispersed in a poly-methyl methacrylate polymer matrix, were synthesized using a routine two-step route and were structurally and optically characterized.The as-prepared composite showed three broad overloading photoluminescence emission peaks with centers at 3.45, 3.29, and 3.10 eV.The 3.45 eV emission band is assigned to the recombination of the free exciton of GaN particles.The other two emission peaks possibly originate from the interfacial structure between the nanoparticles and polymer matrix or aggregation.The Fourier transform infrared（FTIR） spectrum further confirms the interfacial interaction that can be described as R-（C=O）-O-（GaN particle）.

降低精馏装置不凝气排放浓度的改造

针对内蒙古黄陶勒盖煤炭有限公司甲醇精馏装置不凝气排放系统排放的不凝气浓度高、现场异味大问题进行分析论证,通过优化改造实施后,不凝气排放浓度降低了80%,减少了生产现场存在异味,提高了甲醇回收率。

磁梯度张量系统的非线性集成矢量校正

磁梯度张量系统测量精度受到单磁传感器系统误差与传感器阵列间非对准误差的严重影响。为了获得精确的张量测量输出,建立了单磁传感器零漂、标度因子与非正交角等系统误差和多传感器轴系间非对准误差的集成数学模型,提出了基于十字磁梯度张量系统最小二乘非线性集成校正方法。相比两步标量校正,利用建立的集成数学模型能够一次性估计出十字形张量系统的48个误差参数,以"人造"平台输出为参考实现低成本矢量校正,极大提高了校正效率和参数估计准确率。仿真和实测表明,张量系统误差参数仿真估计准确率高于99.75%,实验校正后总场输出均方根误差(root mean square error, RMSE)小于2 nT,张量分量RMSE小于50 nT/m,参数估计具有较高的鲁棒性。