基于Krylov子空间降阶的温控算法研究

针对当前常用的散热前馈获取方法存在耗时长、能耗大、步骤繁杂等缺点,文中提出引入模型降阶方法获取散热前馈。通过3组实验获取控制对象响应特性;对在ANSYS Workbench仿真平台建立的控制对象模型进行校正,使仿真模型特性与实际控制对象特性尽可能相同;使用Krylov子空间法对仿真模型进行降阶,降阶后的模型可以通过Matlab计算得出散热前馈;以差示扫描量热仪炉体为控制对象验证散热前馈-PID控制策略的效果。实验结果表明,在环境温度至300℃范围内,扫描模式温控误差小于±5%,恒温模式温控误差小于±0.2℃。

脉冲式感应加热电源频率跟踪技术的研究与实现

为解决传统感应加热电源中搜索谐振频率慢和频率跟踪实时性差的问题,提出一种改进型全数字定角频率跟踪技术,以满足脉冲涡流热成像对激励电源的特殊要求。首先,介绍脉冲式感应加热电源系统及工作原理,在此基础上对改进型定角频率跟踪技术进行详细的理论分析;然后,建立系统控制参数与系统稳态、动态性能的数学表达式,进一步分析品质因数、起动频率和频率步进值对系统动态响应特性的影响;最后,对基于脉冲式感应加热电源系统进行实验,并对改进型全数字定角频率跟踪技术的性能进行验证。结果表明:该频率控制系统具有搜索谐振频率快、实时跟踪能力强、稳定性好等优点,仿真和实验结果验证了该频率跟踪技术的有效性和可行性。

基于动态传热模型的反应器温度振荡量热法研究

为研究温度振荡量热法对反应器传热因子(UA)和反应热(Qr)的动态估计性能,基于热平衡理论建立了一种通用的反应器模型,模拟研究了放热工况、夹套介质流速和反应器体积对该方法估计结果的影响,并使用系统的总体时间常数(τ')对振荡量热法适用性进行量化评价。结果表明:温度振荡量热法适用于放热速率平稳的反应过程,建议在5 L以内的小型反应器中应用温度振荡量热技术,对于体积较大的反应器或变化剧烈的放热反应过程,需要增加夹套油液流速以提高τ'的大小。τ'的建议值应小于900 s,随着该值的增加,振荡周期将逐渐延长,反应过程中UA和Qr的整体估计质量也会逐渐降低。研究结果阐明了温度振荡量热法的适用性,对反应器系统的开发有重要意义。

基于热成像的钢管混凝土脱空检测技术研究

钢管混凝土结构因受施工工艺、混凝土收缩、超负荷承载等因素而产生脱空缺陷,使结构的承载能力下降。本文利用主动热成像技术对钢管混凝土的脱空缺陷进行了研究,并针对当前热成像脱空检测技术存在检测深度小,处理算法呈现效果不佳,无法定量检测,检测效率低等问题,提出了设计专用感应加热电源和线盘提高检测深度,热源反演算法消除加热非均匀性干扰,建立无缺陷仿真模型预测钢管混凝土表面的温度分布,取同一时刻的实验数据和仿真预测数据作差来提取脱空缺陷特征,以及检测参数优化实现定量检测的解决方法。通过多次重复实验表明,可检出壁厚为20 mm钢管混凝土内的脱空缺陷,并能确定缺陷形状和大小,有效提高了检测深度和检测效率。

气液共存工况下蒸气最小点火能微量测试方法研究

针对传统最小点火能测试方法不适用于液体化学品气液共存工况的问题,提出了一种微量液体的蒸气最小点火能测试方法。首先设计了小容积实验装置及对应测试流程,通过样品实验确定了敏感电极间隙,并研究了样品量与搅拌对最小点火能测试的影响;测试了样品在不同温度条件下的最小点火能,结合电火花点火机理分析了样品温度与蒸气最小点火能的内在联系,为最小点火能最低值测定提供了指导;最后验证了微量方法的准确性及重复性。实验结果表明:微量测试方法能够有效测试气液共存工况下液体蒸气的最小点火能,且最小点火能测试值略高于高温蒸气工况,样品最小点火能的相对标准差小于6.0%,重复性良好,为液体化学品的静电燃爆危险性评估提供了技术支撑。

粉尘云最小点火能测试技术综述

最小点火能(minimum ignition energy,MIE)是表征可燃粉尘爆炸危险性的核心参数,其测试准确性对粉尘爆炸控制至关重要。然而最小点火能测试方法多样,测试结果有诸多影响因素,不利于粉尘爆炸控制工作开展。为此,梳理了最小点火能测试过程中粉尘分散、静电火花发生、火花能量计算及最小点火能判定等阶段不同方法的原理和特点,分析了粉尘理化性质、粉尘分散状态、火花发生参数以及测试环境等因素对最小点火能测试结果的影响,归纳了近五年来该领域的研究热点,并对未来研究方向提出建议。

基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法

提出一种基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法。仿真论证了激光加热相较于常规电加热方案的热损失差异;分析了激光加热功率、表面换热系数、测温模型增益系数等关键参数标定问题,并设计了相应的方案。基于15个不同材料或厚度的薄膜和薄片样品进行了实验,测试结果和参考值相对偏差均<6%,其中导热系数<3 W/(m·K)的样品测试误差显著优于常规方法,这表明该方法可有效改善热流环路积分法对低导热薄膜的测试精度。

光栅莫尔信号正交误差实时补偿研究

针对光栅读数头输出信号存在正交误差的问题,提出基于坐标旋转数字式计算机算法(CORDIC)的正交误差实时补偿方法。针对CORDIC算法在正余弦信号角度解算时存在误差较大区间以及在正余弦信号峰值区间角度解算灵敏度低的问题,引入向量模式双迭代方法抑制CORDIC算法因迭代收敛过快而带来的角度解算误差,并结合局部查表法消除信号峰值区间的角度解算误差。正交误差补偿过程包括相位解算、相位补偿和信号重构3个环节。以解算出的角度值为对象进行整周期误差角度的实时补偿,采用CORDIC算法旋转模式根据补偿后的角度值重构余弦信号,实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。以FPGA为平台实现该补偿方法并验证其相位差检测和补偿效果,实验表明信号在正交误差[1°,10°]时,相位检测误差在±0.04°以内;信号在不同频率不同相位差时,补偿后其相位最大误差在±1°以内,平均误差在±0.1°以内,均方差在0.5°以内,证明该方法可有效实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。

面向脉冲涡流热成像的激励电源特性研究

激励电源性能直接影响脉冲涡流热成像的信号特性提取、检测灵敏度和缺陷检出率,针对常规水冷铜管式感应加热电源存在电磁耦合效率低、加热均匀性差等问题,提出了一种含U型磁轭探头的新型脉冲激励电源。基于脉冲涡流热成像检测理论和电磁热耦合方程,提出了一种将激励线圈缠绕在U型磁轭上的探头结构,进一步分析了加热时间对试样裂纹区域温度场的影响;给出了脉冲激励电源整体系统方案,通过对电压源型全桥逆变电路换流过程进行分析,为合理设置IGBT开通、关断控制信号提供参考;为实现快速搜索负载谐振频率并实时跟踪谐振频率,提出了一种改进型全数字定角频率跟踪技术,并详细阐述了该技术的实现过程;对研制的脉冲激励电源性能进行测试以验证理论分析的正确性,并将其应用于脉冲涡流热成像金属表面裂纹的检测。

ADC型高精密测温电桥非线性误差修正方法研究

针对ADC型测温电桥因电路结构复杂、集成度高、非线性误差来源多样,导致现有误差修正方法效果不佳的问题,提出了一种基于误差来源分析的修正方法。根据ADC型测温电桥原理定量分析了电路中运算放大器共模抑制比、正反向电流不匹配度对非线性误差的贡献,运用RBC开展了这两个误差源的最大似然估计及修正,并对剩余残差进行了多项式拟合,实现了非线性误差修正;基于自制ADC型测温电桥及RBC对上述修正方法进行了验证,实验结果表明:所提方法修正后的最大非线性误差为-1.77×10^-5,相对于传统非线性修正方法的最大非线性误差-3.57×10^-5有了显著提升。

基于SIFT的小模数齿轮图像亚像素级配准研究

为解决小模数齿轮视觉测量中凸显的工业相机高空间分辨率与大视场相互制约的问题,对轮廓光条件下前景背景对比度过强、局部对比度不足,存在大面积同色区域的小模数齿轮图像亚像素级配准方法进行研究。针对传统基于特征点的图像配准流程在小模数齿轮图像配准中存在特征点数量稀少、正确匹配率过低的问题,介绍了适用于小模数齿轮图像的配准流程;引入直方图均衡化改善图像对比度,丰富灰度色调,增晰图像暗部特征以提升特征点数量和正确匹配率;为了克服传统匹配对提纯算法中阈值设置不准确、参数调整困难及模型不唯一的缺点,结合两倍中误差准则提出全局自适应参数匹配点对提纯方法,保证提纯结果唯一性的同时,其自适应调整判别阈值的方法可避免人为误差进而保证结果的重复性。实验结果表明,利用介绍的方法对图像进行预处理可大幅度提升特征点数量与正确匹配率,取提纯所得平移量的平均值作为配准结果,其正确度和精密度均优于传统算法,针对轮廓光条件下的小模数齿轮图像,配准精度优于0.083 pixel,对于小模数齿轮视觉测量具有实际应用价值。

基于方向调制原理的涡流热成像漆层下裂纹检测技术

针对传统技术检测漆层下金属表面裂纹信噪比低的问题,提出了一种基于方向调制原理的涡流热成像检测技术。首先介绍了方向调制的原理,通过推导方向调制的数学模型,从理论上证明了方法的可行性,根据理论公式与实际情况选择了调制频率,根据该方法搭建了实验平台;分析了涡流无法完整旋转的问题,并提出了一种基于驱动PWM驱动信号翻转的改进方法;针对加热可能导致的谐振频率漂移问题,提出了一种双通道频率跟踪策略;最后对不同漆层厚度下45#钢的人工裂纹与0.517 mm漆层厚度下20#钢磨平焊缝裂纹进行检测并与磁粉法的结果对比。实验结果表明:方向调制方法可检测出0.902 mm漆层下的人工裂纹与0.517 mm漆层下的模拟自然裂纹;对比0.486 mm漆层下人工裂纹与0.451 mm漆层下模拟自然裂纹的磁粉法检测结果,方向调制方法有效提升了漆层下裂纹的检测能力。

ADC参数对光栅莫尔信号细分影响研究

莫尔信号细分是光栅传感器应用的必要环节,幅值分割法是实现莫尔信号细分的重要手段。为减小信号质量对细分结果造成的影响,误差补偿成为细分实现过程中必不可少的单元。本文针对数字式幅值细分方法开展研究,针对ADC参数对光栅莫尔信号误差补偿和细分效果的影响进行分析,建立ADC参数与莫尔信号直流补偿、幅值补偿和细分倍数之间的量化模型,设计并开展了直流和幅值补偿效果实验。研究结果表明:不同位宽的ADC对莫尔信号误差补偿和细分效果的影响不同,在本文模型的基础上,ADC位宽应提高1 bit^2 bit。研究成果对于莫尔信号数字式幅值分割细分系统的工程实现具有一定的指导意义和参考价值。

平面型薄膜热流传感器及其静态特性标定研究

针对用于径向传热测量的热流传感器及其标定方法研究较少的问题,基于一维圆筒壁传热模型,设计并制备了一种具有自标定特征的平面型热电堆式薄膜热流传感器,提出了一种基于激光加热和温度外推原理的传感器静态特性标定方法,建立了有限元仿真模型,开展了传感器温度分布规律分析,设计了静态特性标定装置,完成了相应的标定实验。仿真结果显示,传感器沿径向温度分布符合圆筒壁稳态导热模型。实验结果表明,在40℃~100℃范围内,所制备的热流传感器塞贝克系数为5.6μV/℃~7.0μV/℃,数值和变化趋势与标准金铂热电偶接近。所标定的塞贝克系数可直接用于小范围内热流测量,同时在冷端温度已知条件下,该标定结果同样适用于大热流测量。研究结果将对于平面型薄膜热流传感器的制备和标定具有指导意义。

高频感应热成像电源的全数字频率跟踪技术

针对传统高频感应加热电源中谐振频率搜索慢、频带窄的问题,提出一种改进型全数字频率跟踪技术,该频率跟踪技术根据相位差大小,变步长改变直接数字合成器(DDS)模块的频率控制字,调节电源的工作频率以实现谐振频率跟踪。首先分析了其工作原理,并根据系统控制参数与系统动态性能的数学表达式,仿真分析其频率跟踪过程,最后通过实验验证了所提频率跟踪技术的正确性。

在线红外与量热技术联用分析噻吩酯合成反应过程

为了清晰认知和评估化学反应过程,明确反应优化的方向,建立了基于反应量热仪和在线红外联用的方法,用于原位检测釜式反应系统。该方法利用反应量热仪对釜内样品温度等变量进行测量及精准控制,并结合在线红外光谱仪对物质官能团变化进行的连续实时检测,可同时获取化学反应过程实时放热热流、热转化率等热力学信息以及样品中反应物、产物比例随时间变化的趋势。通过测定比较不同工艺条件下的反应结果,考察工艺条件对反应进程、最终产物的影响。将该联用方法应用于噻吩酯合成工艺的结果表明,调整工艺温度可改善最终产物质量,同时反应热危险性可控。这种基于在线红外与量热技术联用的原位反应过程研究方法,可应用于化学反应过程的研究并有效实现对反应过程的认知。

敞口体系燃爆状态多传感器联合辨识方法研究

针对敞口体系燃爆辨识人工观测存在安全风险、单一传感器容易误判问题,提出一种基于光强和温度的多传感器联合燃爆辨识方法。采用光敏传感器阵列增大有效检测面积,避免单一传感器检测的偶然性;使用自适应加权算法处理光强冗余数据,消除背景光强变化带来的干扰;将光强和温度的特征数据提取后进行初步决策和构造概率分配函数,经由D-S证据理论进行决策层融合选择最可信的初步决策作为辨识结果。在嵌入式平台上对辨识方法进行实现,实验表明多传感器联合燃爆辨识方法的辨识准确率高达99.4%,实现了燃爆自动化检测。

红外光谱测定丙烯酸聚合反应的定量研究

为在线定量测定丙烯酸聚合反应进程,本文采用红外光谱分析技术,以偏最小二乘法(PLS)、支持向量机回归(SVR)、人工神经网络(ANN)等方法对丙烯酸和聚丙烯酸建立定量分析模型。提出基于上述定量模型不同组合的集成模型方法,对五组不同加料量的聚丙烯酸聚合反应过程进行定量分析,验证红外光谱定量应用于聚合反应的预测准确性。结果表明红外定量分析方法在聚合反应进程分析中拥有良好的预测性能,不同定量方法中SVR-POLY对丙烯酸的平均预测误差最小(0.0022±0.0021),PLS、SVR-POLY、SVR-RBF、ANN组合的集成模型对聚丙烯酸的平均预测误差最小(0.0037±0.0046)。

KBrO_(3)-Na_(2)SO_(3)-K_(4)Fe(CN)_(6)体系pH振荡可控调节模拟研究

作为非线性化学的重要分支,pH振荡在生物学、物理学、医药学等众多领域中都发挥着重要的作用,需重点关注pH振荡反应机理及其数学模型的研究。本文通过实验验证化学计量网络分析(SNA)模型的准确性,并研究了KBrO_(3)-Na_(2)SO_(3)-K_(4)Fe(CN)_(6)反应体系(BSF反应)的动力学机理,结果表明流速越大,振荡反应振幅越小,周期越大。将遗传算法与传统的SNA模型进行结合,建立了pH振荡可控调节的方法,实现了BSF反应的周期与微幅值控制,指导应用中对振荡反应的可控调节。

基于等温量热的锂离子电池熵热系数测量

受制于体积与弛豫特性,在使用开路电压法进行动力锂离子电池熵热系数测量时,需要大量的热平衡时间和弛豫时间来获得准确的结果。为提高效率,提出基于等温量热的熵热系数测量方法。测量过程中,对电池施加固定频率的方波电流,用等温量热仪测量产热功率,通过频域分析法,将电池产生的可逆热从总产热中分离,得到熵热系数。与传统开路电压法相比,基于等温量热的熵热系数测量方法得到的结果具有很好的一致性,平均绝对误差为0.01 mV/K,测量时间缩短了86%,测试效率得到提升。