基于NB-IoT技术的天然气管道泄漏监测系统

为了对天然气管道运行情况进行实时监测,在发生泄漏时能够及时做出反应,设计了基于NBIoT技术的天然气管道泄漏监测系统。系统利用压力变送器、DHT11温湿度传感器和GPS/北斗定位系统分别对管道的内部压力、设备周围的温湿度和经纬度位置进行采集,将采集的数据通过STM32控制NBIoT物联网模块上传至OneNET物联网云平台,最终通过云平台对天然气管道进行实时监测。实验表明:该系统能够对天然气管道的数据进行实时上传,能够通过云平台进行天然气管道状态的实时监测。

轧制态TiZrNbSn合金的再结晶行为

首先对冷轧态Ti-49Zr-21Nb-1.0Sn(TZNS1.0)合金分别在600、650、700、750、800和850℃进行再结晶退火处理10、20、30、60、90和120 min,随后采用光学显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)技术分析了热处理后合金的组织演变,计算了合金的再结晶激活能,建立了其再结晶动力学模型。结果表明:随着退火温度的升高,TZNS1.0合金的再结晶形核孕育时间缩短,β晶粒经历了回复、再结晶形核和长大阶段。随着退火时间的增加,合金的晶粒尺寸增大,但长大速度逐渐减小。TZNS1.0合金在750℃再结晶退火后,仅少数区域发生再结晶,大部分区域仍为变形组织,并存在许多小角度晶界、高密度位错和轧制织构。在800℃退火后,再结晶区域呈现大角度晶界,轧制织构和高密度位错被消除。退火温度进一步升高到850℃时,再结晶过程全部完成,合金晶粒明显长大。TZNS1.0合金的再结晶激活能为67.45 kJ/mol,850℃退火处理时,合金的再结晶动力学方程为x=1-e^(-0.05t 0.9)。

基于NB-IoT的智慧健康监测系统设计

人口老龄化导致慢性非传染性的患病率会越来越高,智慧健康养老成为国家应对老龄化的战略目标。针对我国目前的人口结构现状,提出一种基于窄带物联网技术(NB-IoT)的智慧健康监测系统。该系统结合NB-IoT技术、传感器技和软件技术,系统主要包括可穿戴数据采集终端、云服务平台、远程监测平台等3部分。数据采集终端以STM32作为主控制器,实现对用户生理信息的采集,通过NB-IoT网络传输到云平台上,通过远程监测平台实现健康的远程监测,对健康问题进行预警。实验结果表明:系统可以实时采集老年人的生理信息(血压、血氧、心率)、运动轨迹以及定位信息,对老年人进行实时全方位健康监控,提前预防并降低慢性疾病发病率、减小死亡率、延长寿命。

基于NB-IoT的地下管廊环境监测系统设计

城市地下管廊内布设了大量的管线,如燃气管道、网络通讯线路、电力线路等,由于地下环境复杂多变,存在着气体泄漏、爆炸、火灾等安全风险。针对这些问题,提出一种基于窄带物联网技术(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)的地下管廊环境监测系统。该系统采用先进的传感器技术、NB-IoT技术、软件技术,系统主要分为数据采集模块、物联网云平台、远程监测系统三部分。数据采集模块以STM32作为主控单元连接各个传感器,采集温度、湿度、水位、可燃气体等数据,经过处理后利用NB-IoT网络上传到物联网云平台,远程监测系统调用物联网云平台的数据接口进行远程显示与预警。实验结果表明,系统在降低系统总体功耗的同时,能够实时、稳定地进行地下管廊环境监测,提前预防可能存在的风险。

一种基于NB-IoT的智能井盖监测系统设计

针对城市井盖保有量大、安全事故频发、人工巡检困难、管理组织混乱等问题,提出一种基于窄带物联网(NB-IoT)技术的窨井盖自动监测系统。该系统以STM32作为主控模块,包含倾角、水位等传感器,实现对井盖状态以及井内重点数据的采集,配合云端服务器和客户端完成井盖数据远程可视化显示。结果表明,所提系统可以实现故障井盖自动报警、精确定位,降低人工巡检的难度,让城市井盖管理更加智能化,让故障检修更加便捷化,提高城市管理的智能化水平。

形变热处理对Ti-Nb-Zr合金组织及超弹性行为的影响

Ti-Nb-Zr合金具有低弹性模量、高强度以及优异的生物相容性,在生物医用材料领域备受关注。Ti-Nb-Zr合金的超弹性归因于β↔α″相变。综述了Ti-Nb-Zr合金的弹性模量和超弹性的影响因素及变化规律。通过添加合金元素来调整相变温度和滑移临界应力,应力诱发马氏体相变更易发生,β相塑性变形延迟出现,获得更大的相变应变和恢复应变。总结了Ti-Nb-Zr合金的形变热处理与超弹性效应之间的关系和作用机制。冷轧后短时间热处理可以增加位错滑移的临界应力、避免其他相(ω或α相)的生长,保持β相的稳定性、提高合金的恢复应变和超弹性。

基于NB-IoT技术的环境监测系统优化设计

为进一步提升工业生产过程的安全系数,提出一种基于窄带物联网NB-IoT的环境监测系统。其中,以NB-IoT技术作为系统的主要通信,以传感器为主要的环境数据采集工具,以改进的BP神经网络作为预测方法进行环境风险预测。实验结果表明,与传统的BP神经网络相比,经过粒子群算法PSO优化的BP神经网络具有更高的预测精度,且稳定性较好,将其应用于环境风险的预测时误差始终保持在1%的误差范围内。设计的基于NB-IoT的环境监测系统能够进行准确的数据采集和风险预测,能够进一步保障生产安全,可行性较高。

基于随机森林和支持向量机的Mo-Nb合金本构模型

在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对Mo-Nb合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究Mo-Nb合金的流动应力行为,并采用随机森林和支持向量机的方法建立该合金的本构关系模型。结果表明:Mo-Nb合金是负温度和正应变速率敏感型材料,其流动应力随变形温度升高和应变速率降低而减小;随机森林和支持向量机本构关系模型的训练样本的相关系数和平均相对误差分别为0.989、0.998及2.41%、0.94%,测试样本的相关系数和平均相对误差分别为0.991、0.996及2.47%、1.4%,二者都具有较好的预测能力;支持向量机本构关系模型精度高于随机森林,因此,支持向量机本构关系模型更适于预测Mo-Nb合金的流动应力。

基于NB-IoT的无线抄表系统设计与实现

为了便于管理人员及时准确地采集到用户电能消耗数据,提高工作效率,基于嵌入式与NB-IoT物联网技术,设计出一种无线抄表系统,能够实时采集和监测用户用电情况。该系统以低功耗的STM32系列微控制器作为主控芯片,利用RS485接口的Modbus-RTU通信协议采集电能信息;运用RFID无线射频识别技术进行Mifare卡识别,读取用户信息。基于BC35-G通信模块结合UART串口及AT指令,建立起主控芯片与华为云平台的联系,利用4G网络传输的MQTT通信协议将采集到的数据上传至华为云平台,提高了数据传输的实时性和可靠性,为实现及时准确地采集用户电能消耗数据,提供了解决方案。

面向物联网的NB-IoT信号优化方法研究

随着物联网技术的飞速发展,窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)作为一种低功耗、广覆盖、大连接的无线通信技术,逐渐成为连接物理世界与数字世界的桥梁。然而,在实际应用中,NB-IoT信号面临着诸如信号衰减、干扰、覆盖不均等挑战。这些挑战不仅影响用户体验,还限制了物联网应用的进一步发展。因此,研究面向物联网的NB-IoT信号优化方法具有重要意义。文章深入研究面向物联网的NB-IoT信号优化方法,提出多种有效的优化策略和技术手段。

低轨卫星物联网下NB⁃IoT时延功耗研究

【目的】在低轨(LEO)卫星物联网(IoT)场景下,广域覆盖范围内窄带物联网(NB⁃IoT)体制终端因为业务场景不同造成时延功耗需求也不相同。然而,地面NB⁃IoT体制终端业务场景单一,采用固定式工作状态定时器参数配置方法,无法满足LEO卫星IoT大尺度地理范围内多场景终端时延功耗的不同需求。【方法】针对LEO卫星IoT广覆盖特性,文章基于简化后随机接入交互流程终端工作状态切换的马尔科夫链模型,提出了以系统下行延迟和终端功耗作为非支配排序遗传算法(NS⁃GA⁃Ⅱ)的目标函数得到多场景帕累托前沿最优解集的方法,进一步从帕累托前沿中选择满足不同场景时延功耗需求的工作状态定时器参数在线配置终端。【结果】仿真结果表明,文章提出的多目标优化方法对工作状态定时器参数进行全局寻优,克服了穷举法等传统方法可能陷入局部最优的不足,并验证了简化随机接入交互流程可以有效降低终端时延功耗。【结论】文章所提多目标优化方法可以得到终端在LEO卫星IoT多场景下的工作状态定时器参数。

采用Nb中间层扩散连接Zr-4合金接头界面组织与性能

为提高Zr-4合金扩散焊接头强度,降低有效连接温度,采用不同厚度的Nb中间层在760℃/30 min/7 MPa条件下扩散连接Zr-4合金,分析了Nb中间层的加入及其厚度对接头界面组织和性能的影响.结果表明,在扩散连接过程中,界面处Zr和Nb原子相互扩散形成由(Zr,Nb)固溶体构成的扩散层,且扩散层厚度随着中间层厚度的增加基本不变,靠近Nb侧的扩散层中观察到Zr(Cr,Fe)_(2)和Zr(Fe,Nb)_(2)第二相的生成.在760℃条件下,Zr-4合金直接扩散焊接头抗拉强度仅为75MPa,存在大量未连接区域,添加Nb中间层可显著提高界面结合率,接头抗拉强度达到450 MPa,接头抗拉强度和断后伸长率随着Nb中间层厚度的增加稍有下降,在添加20μm中间层时最大,分别为450 MPa和13.1%,且断裂位置由Zr-4合金基体(20μm)转变为界面扩散层(50μm和80μm).Zr-4合金扩散焊接头在经历400℃,10.3 MPa的过热蒸气腐蚀后,扩散层发生明显腐蚀现象,腐蚀深度最大达到108.39μm,接头抗拉强度和断后伸长率下降至415 MPa和5.1%,断裂位置在连接界面处,断口中发现Zr(Fe,Nb)_(2)相.

纳米晶NiTi形状记忆合金/Nb纳米线复合材料超弹应力的温度依赖性

NiTi形状记忆合金因其超弹性已经得到广泛应用,然而传统NiTi合金马氏体相变的超弹应力随温度的降低而快速减小(6~7 MPa/K),显著制约了其在宽温域中的应用。本文通过熔炼、锻造及拔丝获得纳米晶NiTi/Nb丝材,然后采用透射电子显微镜、差示扫描量热仪及拉伸试验机分别研究丝材的显微组织、相变行为及超弹性能。结果表明:纳米晶NiTi/Nb丝材中NiTi合金的平均晶粒尺寸为14 nm,丝材在降温和升温过程中分别发生热诱发B2→R相变和R→B2相变。在328~376 K温度范围内,纳米晶NiTi/Nb丝材应力诱发B2→B19′相变超弹应力的平均值为1002 MPa,超弹应力的温度依赖性为4.1 MPa/K。

Ti、Zr和Hf元素协同优化Nb-Si基合金显微组织、相组成和室温断裂韧性

采用真空电弧熔炼制备Nb-16Si-xTi-yZr-zHf (x=18, 22;y=0, 4;z=0, 4;摩尔分数,%)合金并研究Ti、Zr与Hf元素对Nb-Si合金物相组成、显微组织、断裂韧性以及裂纹扩展行为的影响。结果表明:单独添加4%Zr元素能促进(Nb,X)3Si向Nb固溶体(Nbss)/γ-(Nb,X)5Si3共析反应的发生;同时添加Ti、Zr、Hf元素能进一步促进共析反应的发生。裂纹倾向于在(Nb,X)3Si中扩展,当裂纹途径Nb固溶体时会发生偏转。细密的Nbss/γ-(Nb,X)5Si3共晶组织以及层状Nbss/γ-(Nb,X)5Si3共晶组织可以使裂纹产生桥接与分支,阻碍裂纹的扩展。Nb-16Si-22Ti-4Zr-4Hf的合金化元素含量最高,因此,其室温断裂韧性最好(11.62 MPa·m1/2),相较于Nb-16Si-18Ti提高87.7%,性能的提升主要归因于存在层状共晶组织。

合金元素Sn,Nb对锆合金腐蚀氧化膜相稳定性影响的第一性原理研究

锆合金的水侧腐蚀是核燃料棒包壳材料设计的关键问题之一.包壳材料的耐腐蚀性能与锆合金氧化膜中t-ZrO_(2)含量和t-m相变密切相关.目前,Zr-Sn-Nb系合金是新型锆合金发展的主流方向.合金元素Sn,Nb在氧化膜中可呈现多种价态,显著影响ZrO_(2)稳定性,然而Sn,Nb对t-ZrO_(2)含量和t-m相变的影响机制尚不明晰.本文基于第一性原理计算了不同价态Sn,Nb掺杂ZrO_(2)的晶体结构性质、形成焓和氧空位形成能,从原子尺度揭示了Sn,Nb对ZrO_(2)稳定性的影响机理.研究表明Sn^(2+),Nb^(3+)引起显著晶格膨胀;Sn^(4+)则造成轻微晶格膨胀,而Nb^(5+)引起晶格收缩,可见高氧化态下Nb比Sn更利于减小氧化膜的内应力.低价合金元素降低ZrO_(2)稳定性,且会增大t,m相形成能差距;高价的Nb^(5+),Sn^(4+)均可提高t-ZrO_(2)相对稳定性从而抑制t-m相变,其中Nb^(5+)效果显著,Sn^(4+)则作用微弱.0—3.5 GPa范围内,t-ZrO_(2)相对稳定性随压力增大而增强.合金元素的低价态比高价态更利于在t-ZrO_(2)中形成氧空位,因而在氧化膜/金属界面附近低氧化态区域,低价元素和压应力是稳定t-ZrO_(2)的主要因素.通过电子结构分析,发现氧空位形成能与合金元素离子和氧空位间的电荷转移幅度(或电子局域化程度)呈正相关.这些结果有助于针对锆合金耐腐蚀性的成分优化和结构设计.

接头性能差异对Zr-Sn-Nb合金电子束焊接头残余应力的影响

为了提升Zr-Sn-Nb合金电子束焊残余应力计算精度,对Zr-Sn-Nb合金及焊接接头热物性参数与力学性能进行测量,研究接头性能差异对电子束焊接头残余应力影响规律,建立了电子束焊复合热源模型,采用热弹塑性有限元方法对4.45mm厚Zr-Sn-Nb合金电子束焊应力进行数值模拟,并进行焊缝形貌验证.结果表明,考虑焊缝与母材属性差异时,试板上表面焊缝及热影响区区域的横向残余应力峰值高于二者属性相同时的模拟结果,峰值分别为319 MPa和296 MPa,进一步考虑热影响区属性与母材及焊缝差异对接头残余应力影响不大,峰值纵向应力为318 MPa.

基于转录组测序的山药NBS-LRR家族基因鉴定和分析

为了探究NBS-LRR类抗病基因在铁棍山药响应不同真菌侵染中的作用,通过同源克隆从山药基因组中扩增出NBS类基因DoRGA2和DoRGA4,RT-qPCR分析发现山药黑斑病病原真菌互隔交链孢和内生真菌耐盐青霉侵染会不同程度诱导DoRGA2和DoRGA4上调表达。同时,利用转录组测序分析互隔交链孢和耐盐青霉侵染山药愈伤组织后的NBS-LRR家族基因,结果共鉴定到47个山药NBS-LRR家族基因,包括N、NL、CN、CNL和TN 5种类型,分别有25、15、3、3、1个基因;不同亚家族NBS-LRR蛋白的进化路径存在差异,且这些NBS-LRR类蛋白以酸性为主,普遍具有亲水性,主要定位在细胞膜或细胞质。这些NBS-LRR家族基因中,TRINITY_DN9146_c0_g1、TRINITY_DN8009_c1_g1、TRINITY_DN49830_c0_g1和TRINITY_DN39475_c0_g1在接种互隔交链孢后显著上调表达,而TRINITY_DN18700_c0_g3在接种耐盐青霉菌后显著上调。

AlCrCuFeNb_(x)NiTi高熵合金的摩擦磨损及高温氧化性能

采用真空电弧熔炼方法制备了AlCrCuFeNb_(x)NiTi高熵合金,并研究了铸态合金的组织、摩擦磨损性能和高温氧化性能。结果表明:Nb元素的添加促进了Laves相的形成,使AlCrCuFeNiTi合金的相结构由L2_(1)相、BCC相和FCC相转变为AlCrCuFeNb_(0.5)NiTi合金的L2_(1)相、Laves相和FCC相。Nb元素的添加会降低AlCrCuFeNiTi合金的耐磨性能,磨损速率从AlCrCuFeNiTi合金的1.572×10^(-5) mm^(3)/(N·m)提高到AlCrCuFeNb_(0.5)NiTi合金的4.483×10^(-5) mm^(3)/(N·m),合金的室温磨损机制均为粘着磨损。合金的氧化动力学遵循抛物线速率定律,Nb元素对AlCrCuFeNb_(x)NiTi合金高温氧化性能的影响随着温度的改变而改变,800和900℃时能提高其高温氧化性能,但1000℃时Laves相的内氧化现象严重导致其高温氧化性能恶化。

锡含量对富Zr型Ti-Zr-Nb合金显微组织及性能的影响

采用非自耗真空电弧炉制备了Ti-49Zr-21Nb-xSn(x=0、0.5、1.0、2.0和4.0 mass%)合金。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、万能试验机、电化学工作站及X射线光电子能谱(XPS)等研究了不同含量Sn元素对合金显微组织、力学性能及腐蚀性能的影响。结果表明:随着Sn元素含量的增加,合金的晶粒明显细化,相组成主要为β相,当Sn元素含量超过2%时,在晶界析出(Ti+Zr)_(5)(Nb+Sn)_(3)相。合金的强度随Sn元素含量的增加先升高后降低,当Sn元素含量为1%时,合金的抗拉强度和屈服强度达到最大,分别为1121和1085 MPa,且伸长率为23.9%。未添加Sn元素时,合金的耐蚀性最佳,添加Sn元素后,合金的耐蚀性逐渐降低,当Sn含量为1%时,合金的自腐蚀电流密度较低,耐蚀性较好。因此,Ti-49Zr-21Nb-1Sn合金具有高的力学性能和较好的腐蚀性能,作为生物医用材料表现出了良好的综合性能。

基于d电子理论的Ti-Nb-Cu三元形状记忆合金性能优化

基于d电子理论设计Ti-Nb-Cu形状记忆合金的相组成,以优化其性能。XRD分析和TEM观察表明,Cu添加导致键级(Bo)和金属d轨道能级(Md)值减小,从而使相组成发生演变。随着Cu含量的增加,相组成的变化可以总结如下:β+α"→β+ω→β+α"+ω→β。随着Cu含量的增加,Ti-Nb-Cu形状记忆合金的屈服强度、极限抗拉强度和伸长率均呈先增大后减小的趋势。通过优化Cu合金元素含量,Ti-Nb-Cu形状记忆合金具有优异的力学性能,其屈服强度为528 MPa,极限抗拉强度为742 MPa,这主要归因于固溶强化、晶粒细化以及析出强化的综合作用。