用于光伏串联电弧辐射检测的五阶Hilbert分形天线设计

串联电弧是光伏系统的主要故障类型之一,掌握光伏电弧的辐射特性是解决光伏电弧检测的重要前提.为实现对故障电弧的检测,需要设计针对电弧特征频带的天线.为此,对Hilbert分形天线进行研究,设计了五阶Hilbert分形天线实现电弧故障检测.通过提高分形天线阶数,减小谐振频率,扩大天线带宽.设计结果表明:五阶Hilbert天线在0~500 MHz电磁辐射能量较大的频段内驻波比小于3(在10~140 MHz和170~500 MHz频段内VSWR<3),增益为-38 dB,方向性良好.通过搭建光伏串联电弧实验平台和设计的五阶Hilbert分形天线,分析电弧电磁辐射信号时频特性.研究可为光伏系统电弧故障的检测提供参考.

基于分形路径粉末等离子喷焊层的组织与硬度

采用粉末等离子喷焊工艺对热锻模表面进行修复与再制造,可大幅提高热锻模的使用寿命与经济性。鉴于粉末等离子喷焊层的组织和性能不均匀问题,采用S形路径和Hilbert分形路径对镍基合金粉末等离子喷焊工艺进行了研究,比较了两种路径对镍基合金等离子喷焊覆层的金相组织与硬度的影响。结果表明,与S形路径相比,Hilbert分形路径下的喷焊层组织更加一致,晶粒尺寸更加均匀,显微硬度差别更小。

基于Hilbert分形结构的RFID标签天线

提出了一种基于H ilbert分形结构的射频识别(RFID)标签天线的尺寸缩减设计.通过矩量法仿真,给出了H ilbert标签天线的谐振频率、方向图以及天线效率,并制作了一维H ilbert标签天线实物进行测试.仿真和实测结果表明,H ilbert分形结构天线的空间填充特性可有效转化为标签天线的尺寸缩减特性,而且一维H ilbert标签天线具有更高的天线效率.

检测GIS局放的Hilbert分形天线及便携式监测系统

根据超高频分形天线设计的原理,采用平行传输线的电感等效方法分析了Hilbert分形天线阻抗特性,设计出了应用于检测气体绝缘组合电器(gas insulated substation,GIS)局部放电的3阶Hilbert分形天线;采用Hilbert分形天线和微带天线,对金属突出物缺陷产生的局部放电进行了测量,实测结果表明,该天线特性良好,可用于GIS局部放电在线监测;应用Hilbert分形天线和LabVIEW建立了便携式GIS局部放电在线检测及定位系统,进行的局部放电源定位精度满足现场定位要求。

基于Hilbert分形天线的弓网电弧电磁辐射研究

弓网(PC)电弧带来的电磁干扰会影响到车载数字设备的正常工作。因此,有必要研究弓网电弧的电磁辐射特性。首先,基于ANSOFTHFSS仿真软件建立仿真工程,设计了一种用于监测电弧电磁辐射的4阶Hilbert分形天线。其次,搭建了弓网电磁辐射信号测量实验装置,以铜合金接触导线-纯碳滑板为研究对象,在不同试验电流及不同电极间距下,分别开展多组弓网电弧辐射电磁实验。对采集到的电磁辐射时域脉冲信号进行快速傅立叶变换,提取频谱分布范围及典型频率值。研究结果表明:弓网电弧电磁辐射频段主要分布在0～160 MHz,特别是在0～40、60～100 MHz频段内强度较大。改变试验电流和电极间隙,电弧电磁辐射频谱分布整体相似,且频域峰值都出现在18MHz。通过对电磁辐射的实时监测,可获得电弧发生时刻和持续时间等信息,提供了一种有效的弓网电弧监测方法,有助于对弓网系统受流水平进行评价。

应力路径试验前后不同黄土的孔隙分形特征

为了解不同黄土孔隙形状复杂程度的差异和应力路径对孔隙形状复杂程度的影响,对两种黄土应力路径前后孔隙分形特征进行了研究。首先比较了3种分维模型所得孔隙分形维数的可靠性,然后选用热力学关系模型,由进汞、退汞试验得到地裂缝区黄土、充填黄土初始样和三轴应力路径试验后的孔隙分布,据此分析了两种土体进汞孔隙和退汞孔隙分形维数的差异和受载后的分形维数变化,根据退汞过程仅管形孔内的汞流出及孔隙由管形孔和球形孔组成的假定,得到了应力路径试验前后孔隙形状的改变。结果表明,热力学关系模型得到的孔隙分形维数合理、可靠。初始状态,原状和重塑充填黄土的孔隙形状比原状和重塑黄土复杂;常规三轴试验后试样孔隙比减少,孔隙分形维数增加,球形孔向管形孔转变;相对于常规三轴压缩试验,减围压三轴压缩试验后试样的孔隙分形维数较小,管形孔占总孔隙的体积比例较少;总体上管形孔的分形维数比球形孔大,且基本不受应力路径的影响,其占总孔隙的体积比例随着试样宏观孔隙比的减少而增加。

生长型制造中分形扫描路径对温度场的影响

针对生长型制造提出了一种新的扫描路径──分形扫描路径．通过算例，对比分析了一种分形扫描路径与常用的直线扫描路径烧结单层铁粉形成的温度场．以烧结零件物理性能好坏为评判标准，表明分形路径较优．温度场理论分析结果可为确定激光扫描参数提供直接依据．

基于Hilbert分形结构的电子标签天线设计研究

基于分形理论思路,设计了一款Hilbert分形结构的无源电子标签天线,分析研究了天线基板材料和封装材料的相对介电常数大小与介质厚度对天线性能的影响。仿真结果表明:随着介质厚度和材料相对介电常数的增加,谐振频率下降,但是对第一谐振频率点的方向图影响不大。这在电子标签的设计、仿真和制作中具有重要的参考意义。

改进的Hilbert曲线在FDM路径规划中的应用

熔融沉积成型的扫描过程是实现区域的填充,因此成型的效率和制件的精度将直接受到扫描路径的影响。所以在分析已有的扫描方式的基础上,提出了基于网格法的Hilbert曲线的路径扫描方法对复杂曲面进行成型规划,根据Hilbert曲线和Hamilton回路的特点,结合待扫描层面的特征进行扫描路径的轨迹规划,保证了其扫描质量,生成了连续的扫描路径。采用网格法对交点进行求取,最终得出扫描轨迹。该方法可生成连续的扫描轨迹,大大缩减了扫描路径形成时间,提高了整体的加工效率,既满足了制件的精度要求又能生成成型效率高的扫描轨迹。

Hilbert分形天线及其全波分析

该文采用全波 FDTD分析方法对 Hilbert分形天线进行分析。输入阻抗的计算结果验证了分形天线结构自相似性导致电特性的频率周期性变化这一规律。所得结果与有关实验数据吻合较好。研究结果还表明 Hilbert分形天线具有缩小天线结构尺寸的优点,相对于一般振子天线来说结构尺寸大大缩小,文中分形天线长度缩小为相应偶极天线的 1/7。对 Hilbert分形天线而言其维数越高,天线尺寸缩小越大,但相邻分形阶数缩小幅度越来越小,同时对其方向图的全波分析说明 Hilbert分形天线同振子天线的性能基本相似,方向图在谐振频段内基本保持不变。

基于Hilbert填充曲线的自由曲面刀具路径规划研究

利用平面Hilbert填充曲线生成方法简单、易于控制填充疏密的优点,将其用于了自由曲面数控加工刀具路径的生成。对平面Hilbert填充曲线的生成原理进行了研究,用矩阵运算的方法生成该曲线。结合自由曲面的形成过程,提出将平面Hilbert曲线通过与曲面参数域相对应的方法映射到曲面上,进而生成加工刀具路径的思想。最后用一个具体应用实例验证了生成平面Hilbert曲线方法的正确性,和用此曲线作为数控加工刀具路径的可行性。通过与经典刀具路径生成方法比较可见该方法具有算法简单,加工余量均匀,加工效率与表面质量高的优点。

分形视角下黄土高原沟壑区城乡空间发展适宜路径研究——以陕北米脂为例

以陕北米脂沟壑区为研究案例,依据城镇空间形态结构的演变规律,结合陕北黄土高原丘陵沟壑区独特的沟壑空间体系,探讨该地区城乡空间动态发展的不同路径.在以人居空间高效分布与自然环境保护综合效益最大化为目标的分形理论指导下,通过比较不同城乡空间发展路径的总体差异及各自的阶段性特征,包括城乡规模、空间形态、分形维数等指标的变化趋势,总结米脂城乡总体用地形态扩展的适宜途径,引导人居环境朝着更为合理、优化的方向发展.研究结论有效地指导了米脂城镇化进程中的城乡协同建设与生态保护,提升了土地资源的综合效益,有助于改善粗放利用空间的传统模式.

火花放电路径发展过程的分形生长模型

根据火花放电的流注／先导机理建立了放电路径分形生长模型．模型描述了火花放电路径形成过程中局部电场强度、流注形状以及先导发展概率三者之间的关系．

火花放电三维路径的分形特征分析

提出了一种记录空气中火花放电三维路径图像及其处理的方法．根据实验数据，分析了火花放电路径及其发展过程的分形特征，计算了分形参数的数值范围，讨论了各个分形参数的物理意义．

采用遗传算法优化局部放电超高频Hilbert分形天线

为了获得性能最优的局部放电(PD)超高频(UHF)检测Hilbert分形天线,提出将遗传算法用于PD UHF Hilbert分形天线的优化设计。通过分析影响天线性能的结构参数,确定了其用于遗传算法的编码解码方式,设计了适应度函数,建立了UHF分形天线优化工程,并获得一组性能最优的天线参数;根据优化结果加工制作了原型天线。搭建PD试验平台,分别采用现有的分形天线及优化设计的4阶Hilbert分形天线检测PD信号。实测结果表明:当频率在300 MHz^1 GHz范围内时,天线的驻波比都<2,即在0~1 GHz的频率范围内天线具有700 MHz的检测带宽,达到了宽频带超高频天线的基本性能要求。与现有天线相比,优化后的天线具有更高的检测灵敏度和更宽的检测带宽,可有效应用于PD UHF信号的现场检测,获取更全面的PD信息。

分形理论在有机玻璃有效弹性模量及裂纹聚合路径研究中的应用

运用分形理论获得了含多裂纹的有机玻璃的裂纹分形特征,并研究了分形维数与有效弹性模量及双裂纹聚合路径的关系。结果表明:有效弹性模量随分形维数的增大成比例减小趋势;双裂纹的聚合路径可以用分形维数判定。

分形模型的3D打印路径规划

为了在保证边缘细节的精度条件下最大限度地提高打印效率,提出了分形模型的3D打印路径规划算法.将分形模型分为3个打印区域:轮廓层,过渡层及内层.针对3个不同的区域采取不同的填充措施.文中算法主要分为以下4个步骤:(1)为了保证边缘细节的精度,利用轮廓平行算法的高保真性填充分形模型的轮廓层.将不同等距线进行特征点检测并设置相应的阈值来优化轮廓层层厚;(2)以过渡层的面积与过渡层内外边界是否相交为条件约束建立优化问题确定过渡层的最优层厚,并确定一条光顺的三次B样条曲线作为过渡层内边界(即内层边界);(3)针对过渡层和内层进行全局连续Fermat螺线填充,并提出Fermat螺线局部优化的算法;(4)将3个区域内部的填充曲线连接进行全局路径优化.实验结果表明,相比于传统的路径规划算法与连续Fermat螺线算法,文中算法具有更高的效率及更好的打印效果,并且适用于具有复杂边界及多连通区域的几何模型.

基于分形分析的干热河谷区典型地类土壤优先路径分布特征

【目的】定量分析土壤优先路径的分布特征,为探究土壤优先流运动及土壤水资源管理提供参考。【方法】基于分形理论,以云南省楚雄市元谋县老城乡苴那小流域4种典型地类(林地、荒草地、农地、园地)为研究对象,在各地类区域内依据地形分别设置4个10 m×10 m或10 m×15 m的样方,利用染色示踪法提取和分析土壤染色特征参数,将染色影响半径分为≤1 mm、>1~≤2.5 mm、>2.5~≤5 mm、>5~≤10 mm和>10 mm等5个等级,研究各典型地类土壤优先路径分布特征及其与大孔隙的关系。【结果】4种地类各个土壤剖面的计盒维数基本均随土壤深度的增加而逐渐减少,不同影响半径的优先路径连通性以林地发育程度最好,其次是农地,园地最差;同一地类不同半径范围的优先路径连通性从大到小排列,园地依次为>1~≤2.5 mm、>5~≤10 mm、>10 mm、≤1 mm和>2.5~≤5 mm;荒草地和林地均为>1~≤2.5 mm、>2.5~≤5 mm、≤1 mm、>10 mm和>5~≤10 mm;农地为>2.5~≤5 mm、>1~≤2.5 mm、≤1 mm、>10 mm和>5~≤10 mm。4种地类中,荒草地优先路径数量最多,其次是林地和农地,园地最少;荒草地和园地在同一土壤深度上优先路径数量由大到小依次为≤1 mm、>1~≤2.5 mm、>2.5~≤5 mm、>5~≤10 mm和>10 mm,林地为>1~≤2.5 mm、≤1 mm、>2.5~≤5 mm、>5~≤10 mm和>10 mm,农地为>1~≤2.5 mm、>2.5~≤5 mm、≤1 mm、>5~≤10 mm和>10 mm。土壤中大孔隙数量随土壤深度的增加而逐渐减少,且孔隙半径为>1.5~≤2.0 mm和>2.0~≤3.7 mm的大孔隙数量与稳定出流速率具有极显著相关性(P<0.01)。【结论】优先路径分布具有自相似性,可用分形分析中的计盒维数对优先路径在土壤中的分布特征进行表征;优先流的发生与土壤中大孔隙的分布和数量关系密切,大孔隙分布密集区更易发生优先流。

钢筋混凝土梁断裂裂纹扩展路径的分形研究

借助于钢筋混凝土梁四点弯曲试验,基于前人研究的基础上,采用分形、断裂损伤力学理论对钢筋混凝土梁损伤开裂及裂纹扩展路径进行了定量分析及描述。由研究表明,分形几何很好地把混凝土构件裂缝与损伤断裂能联系起来,混凝土材料的脆性断裂裂纹演化可以用构件表面裂缝的分形维数来表征,并提出混凝土裂纹的锯齿形分形扩展模型。

一种新型的Hilbert分形RFID标签天线

随着射频识别技术研究的迅速发展,寻求具有尺寸缩减特性的天线结构成为RFID设计的实际需要,Hilbert分形结构是天线小型化设计的一种有效解决方案。本文论述了Hil-bert分形天线的基本原理,对弯折偶极子天线采用Hilbert分形结构进行小型化设计,并对实物进行仿真。经测试与仿真后结果表明:标签天线尺寸约为25.6mm*16.2mm,工作在中心频率915MHz处,增益达到2.19dB,相对阻抗带宽为90MHz。天线能保持较好的工作性能,可应用于酒瓶盖防伪RFID标签中。