工程专业应用型本科人才的专业英语学习模式探索——基于北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院的案例研究

通过研究近年来学生的专业英语学习现状,确立提高专业英语学习水平的学习模式和方案。该方案包括建立有效的课程设置、加强教师的师资建设、构建多元的专业英语学习平台等方法,探索了具有专业英语学习的应用型人才培养模式,得出了实施培养模式的内容和方法。

工程教育专业认证背景下的精密测量技术课程建设——以北京信息科技大学测控技术与仪器专业为例

本文介绍北京信息科技大学测控技术与仪器专业在工程教育专业认证背景下对课程精密测量技术进行建设与调整。给出工程教育认证背景下课程建设的执行思路,实施与培养目标和毕业要求相对应的课程教学大纲修订、实验教学内容与教学方式的调整,明确课程教学结果的考核评价方式。

类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊设计与微粒操控

为提高光镊系统中光纤波导耦合度与微通道集成度,实现对微粒的多样操控,提出了一种类抛物线形单孔悬挂芯光纤光镊结构,从双光束聚焦光场机制出发,分析并建立了光镊探针尖端横向和轴向光阱力数学模型,通过出射光场分布仿真模型的计算,探究了类抛物线形悬挂芯光纤中空孔直径、微粒尺寸与纤芯功率等参量对出射光场和光阱力的影响。结合悬挂芯光纤流道的气压控制,利用CO_(2)激光熔融工艺制备了光纤光镊探针,建立了针对直径2、5、10μm的聚苯乙烯微粒操控实验。研究为单孔悬挂芯光纤应用于光纤光镊实现微粒操控乃至输运提供了技术基础,也为光纤光镊提高集成度与灵活性提供了新的思路。

氧化石墨烯薄膜电阻式湿度传感器研究

为研制一种高灵敏、快响应的湿度传感器,选用单层氧化石墨烯分散液为原料,将其滴涂于μm级宽度的电极沟道上,自然干燥成膜后,制得了基于氧化石墨烯薄膜的电阻式湿度传感器。研究了单层氧化石墨烯分散液浓度、电极沟道宽度这2个关键参数对传感器性能的影响规律并得出最优参数。最优传感器的响应时间和恢复时间都达到0.3 s左右,灵敏度最高达399%,相对湿度检测范围为5%~90%。使用最优传感器演示了对人体呼吸的监测和对人体手指的非接触式响应。

基于SA-GA自适应压缩感知的风力机齿轮振动信号压缩与重构方法

为应对风力机齿轮箱振动信号压缩与重构过程存在复杂的参数设置问题,提出了基于模拟退火多种群遗传算法(Simulating Annealing and Multiple Population Genetic Algorithm,SA-MPGA)自适应设置过完备学习字典生成、振动信号压缩、压缩信号重构过程所需参数集。在传统遗传算法基础上引入多种群思想,增加了遗传算法对解空间的覆盖。在种群繁衍时个体选择引入模拟退火策略在种群进化过程中以不同概率接受一定程度的劣解,从而有助于遗传算法跳出局部最优解的缺陷。基于SA-MPGA的多参数自适应选择降低了传统遗传算法容易收敛到局部最优解的概率。应用实际工程数据验证基于SA-MPGA多参数优化问题,实验结果表明,在保持压缩率的前提下,基于模拟退火多种群算法比基于遗传算法重构信号与原始信号的峰值信噪比提升了16.5%,相关性提升了12.5%,均方根误差降低了13.4%。

光电目标反猫眼探测技术效能评价系统

为了对'反猫眼探测'技术的效能进行量化及客观评价,本文提出一种基于目标回波图像处理的'反猫眼探测'效能评价技术,利用计算窗内图像质心变化作为目标可探测性判据,通过对'反猫眼探测'技术改进前后的目标进行对比实验,对其最大可探测距离及相同探测距离上最小照明激光功率的等效能评价参数进行了相对测量,实现对'反猫眼技术'效能的量化评价。对评价系统的原理进行分析、设计了原理样机并以'反猫眼探测'技术改进前后的瞄准镜作为目标进行了外场实验。实验结果表明,当测试距离由500m变为1km时,最小照明功率的下降率变化1.5%;当照明激光功率由500mW变为300mW时,最大探测距离增加率变化1.8%。由此证明本文所提出评价方法在不同实验条件下所得出结果一致性较好,可客观、准确地反映'反猫眼探测'技术的效能,从而为相关领域研究提供支持。

工程认证背景下虚拟仪器实训课程教学改革探索

工程教育专业认证要求高等教育更加重视学生实践能力的培养。针对虚拟仪器实训课程实践性、应用性强的特点,以及学生学习主动性差、动手能力弱的现状。课题组坚持以学生为本、目标导向、持续改进的核心理念,对现有实践内容和手段进行改革。优化实践教学环节,基于模块化教学,以基础训练促进创新实践设计,以项目团队协作驱动教学;充分发挥线上教学和线下教学的互补优势,构建多维教学资源;改进实践教学评价机制,全方位、多角度评价学生综合实践能力,从而提高学生的学习兴趣和解决问题的能力。

高轨遥感卫星光轴指向误差夹角测量系统标定方法研究

针对空间环境应用中航天器结构形变夹角测量系统因系统误差导致测量精度较低的问题,提出一种基于自准直对比系统的夹角测量系统标定方法。通过该方法对夹角测量仪进行标定后得到标定系数,并应用仿真数据对系数进行验证。验证结果表明,夹角测量系统量程可达到±25′,测量分辨率可达到0.1″。使用标定后的夹角测量系统进行角度检测,并将测量结果与自准直仪进行对比。结果表明,该标定方法简单方便精准度高,计算测量结果与标准值的差值的绝对值,夹角测量仪测量精度达到±0.2″,标定后夹角测量仪精度满足卫星使用要求,该方法的应用将为卫星在轨结构微形变研究提供技术支撑。

基于高浓度掺铒光纤的平坦宽带光源设计

为了实现高平坦的自发辐射输出,提出并设计了一种基于974nm泵浦源和高掺杂浓度掺铒光纤的平坦宽带光源。系统以泵浦波长974nm的激光二极管作为泵浦源,先将泵浦光分为两路对掺铒光纤分级泵浦,再将铒离子产生的自发辐射光合并输出,并调节铒纤长度和泵浦功率对输出光谱进行优化。仿真结果表明:泵浦功率为160mW,两段掺铒光纤长度分别为7m和2m时,可以在1530~1610nm得到带宽为80nm,功率为20.348mW,平坦度为±1.268dB的光谱输出。该系统在不额外增加滤波器且光纤总长小于10m的前提下,实现平坦宽带输出,有望在光纤传感系统中得到应用。

基于线结构光的轮胎胎胚外形检测

基于激光三角测量原理研制了轮胎胎胚外形轮廓检测系统。检测过程中由于激光传感器和待测物体间的相对位姿问题,可能导致检测结果产生误差。对此,本文设计了位姿调整算法进行姿态调节,首先利用胎胚的圆周特性确定理想结构光线条,然后使用理想结构光和实际结构光的位置分析,对三种常见偏差进行调整。最后系统扫描采集胎胚外轮廓点云数据,并利用贪婪投影三角化算法进行三维重建。实验结果表明,本检测系统能准确对轮胎胎胚三维轮廓进行还原。

基于ELVIS Ⅲ平台的布匹运动速度测控系统

NIELVISⅢ教学实验平台兼具便于操作的硬件平台和灵活的虚拟仪器测量软件,可靠性达到工业级标准,为了充分利用NI ELVIS Ⅲ教学实验资源,在此平台上开发综合性实验系统十分必要。基于NI ELVIS Ⅲ平台设计开发了布匹运动速度测控系统,包括硬件设计、硬件系统搭建与连接、软件编程及系统联调,实现了一个完整的测控系统,实验表明,系统的设计和调试综合了传感器、电路、机械设计、仪器设计、软件编程等多个学科的知识和技能,对学生工程能力的提升起到重要的培养作用。

基于机器视觉的洗衣瓶标签位置合格性检测方法

随着机器视觉领域的飞速发展,基于机器视觉系统的标签检测已经有了很多研究成果。吴鹏飞等人在2018年采用ROI技术快速选定标签区域,通过计算最大轮廓的质心与方向特征实现了对标签的快速、精确定位检测[1]。刘鹏在2019年提出一种改进的均值滤波与冲击滤波相结合的滤波增强方法,使用OTSU阈值分割法结合区域生长法,确定标签位置[2]。王家寿在2021年提出一种基于关键点匹配的烟包标签错误检测算法,运用扩展特征、相似点簇聚类与对应关系评估等提高了标签关键点的配准率,判断标签是否偏移[3]。

便携式电生理采集系统设计

随着科技的发展和人们对健康监测的需求不断增加,便携式电生理采集系统在医疗领域中得到了广泛应用。本论文旨在设计一种便携式电生理采集系统,以实现对人体生物电信号的采集、处理和分析。该系统具有小巧轻便、易于携带和使用的特点,并能够提供可靠准确的生物电测量结果。本文介绍了系统的硬件和软件实现,并对系统的性能进行了评估和测试。实验结果表明,该系统在电生理信号采集和分析方面具有良好的性能和可靠性,可以作为一种有效的便携式电生理监测工具。

基于脑电信号的情绪分类

针对不同情绪的分类提出了基于脑电信号的情绪分类方法。采用了图片和视频2种情绪刺激方式,分别设计了积极和消极2种情绪作为刺激方案,采集受试者受到刺激后的脑电信号。先将信号去噪,再通过共空间模式算法对信号进行特征提取,最后应用支持向量机算法(SVM)将脑电信号进行分类,分类的优劣用分类率表示。通过这种方法实现了不同刺激方式下情绪脑电信号的分类以及对比了不同刺激方式的分类率,发现2种刺激方式都能将情绪分类且分类率均在75%以上,视频刺激以88.97%的信号识别率高于图像刺激79.24%的信号识别率。分类结果表明,有效的情绪刺激方式能够将不同情绪脑电信号很好地分类。情绪分类的研究为抑郁症以及压力比较大的群体的情绪变化提供了较好的参考价值。

采用多准直光束测量六自由度微位移新方法（英文）

为实现星载三线阵CCD相机的相机参数在轨测量,提出了一种六自由度微位移测量方法。高亮度LED输出光被准直并耦合到输入光纤。输出光纤末端固定在可移动的被测物体上。光纤输出由多个光纤准直器(≥4)准直,并由系统固定部分中的多个区域阵列的CCD相机(≥4)捕获。根据CCD图像中光点的位置变化来求解被测物体的六自由度位移。为了验证系统模型和六自由度位移计算程序,对该方法进行了理论分析和仿真。结果表明:当平移位移小于100μm且旋转位移小于6′时,典型的4准直测量系统求解误差小于10-5μm和10-4′。并且,当准直器的光斑位置的两个坐标方向上添加-0.5~0.5μm的随机量时,平移误差和旋转误差的3σ分别为0.9μm和0.012′。

多发光目标的高速跟踪

研究了一种基于高速图像采集与处理的多发光目标跟踪技术。采用现场可编程门阵列(FPGA)形成高速Camera Link CMOS相机的图像采集与实时处理系统。通过对图像数据进行开窗、求重心等算法处理,实现对多发光目标的跟踪,并搭建由直流电机驱动、具有两个LED光源的发光靶标进行跟踪测试。测试结果表明:相机输出帧频100 Hz时,运动目标相对于相机角速度达1.93 rad/s,仍可实时跟踪。系统的跟踪能力正比于相机帧频。

六自由度测量方法中相机参数对测量精度的影响研究

论文对一种基于多准直光束的六自由度测量方法的测量精度进行研究。该方法通过固定在被测物体上的多个光纤准直器发出准直光束,入射到固定在不动物体上的面阵CCD相机,系统主控单元控制各光纤准直器相继发光,并分别采集对应CCD相机上的光点图像,根据CCD相机上光点位置的变化计算出被测物体的六自由度位移。论文采用理论分析和软件仿真相结合的方法对系统中CCD相机的参数对系统测量精度的影响进行了研究。研究结果表明：要保证系统的测量精度,系统中CCD相机的数量至少为4个;CCD相机的排布要避免共线或近似共线布置。论文的研究初步建立了系统中CCD相机参数影响系统测量精度的模型,为基于多准直光束的六自由度测量系统的高精度设计提供了理论基础。

分布式光纤传感双通道调制光源设计与测试

为了满足布里渊光时域分析(BOTDA)光纤传感系统需要频差为布里渊频移的两种激光输出光源的需求,采用布里渊环形腔频移和电光调制的方法设计了双通道光源系统。根据光源的脉冲宽度、重复频率、扫频量等参量,对双通道调制光谱输出进行了仿真,并采用现场可编程门阵列配合直接数字式频率合成器技术的方案建立了系统实验装置,实现了脉冲探测光和扫频抽运光两种激光输出。脉冲探测光输出最小脉宽达10ns,扫频抽运光输出扫频范围达0MHz^90MHz,扫描频率步进值为30Hz,时间步进为1.6μs。结果表明,该光源技术参量满足BOTDA系统的要求,不需引入高频微波信号源等高速器件,信号采集模块可采用100MHz以下光电探测器件实现,降低了系统成本。

光束参数对六自由度测量精度的影响

对一种基于多准直光束的六自由度测量方法的测量精度进行研究。该方法通过固定在被测物体上的多个光纤准直器发出准直光束,入射到固定在不动物体上的面阵CCD相机,系统主控单元控制各光纤准直器相继发光,并分别采集对应CCD相机上的光点图像,根据CCD相机上光点位置的变化计算出被测物体六自由度位移。论文采用理论分析和软件仿真相结合的方法对六自由度测量方法中准直光束的各种参数对系统测量精度的影响进行了研究。研究结果表明：系统中准直光束的数量越多,光学准直系统的随机误差越小,系统测量结果的误差越小;系统的准直光束以不同方向入射到CCD相机上,且适当增加准直光束的入射角度,能够提高系统测量精度。论文的研究初步建立了基于多准直光束的六自由度测量系统中准直光束参数对测量精度的影响模型,为六自由度测量系统的高精度设计提供了理论基础。

多校联合的虚拟教研平台建设

在多校联合人才培养模式下,虚拟教研室是有效的教学组织形式,受到越来越多高校的重视。为了保障虚拟教研室顺利开展工作,本文建设了多校联合的虚拟教研平台,设计了平台建设方案,并基于该平台开展了多校联合教研活动,对人才培养发挥了有效的辅助和支持作用。