基于CARS和1D-CNN联合的XRF土壤重金属超标分析方法研究

随着社会现代化进程的迈进,愈加频繁的人类活动加剧了土壤重金属污染。当土壤中重金属元素含量超过风险筛选值时,会经过食物链摄入人体,过量的重金属累积对人体健康造成损害。筛选出具有重金属污染风险的土壤是治理土壤污染的重要环节。采用X射线荧光(XRF)光谱仪获取了59份国家标准土壤样品的光谱数据,然后对其进行小波阈值去噪和迭代离散小波变换本底扣除等预处理;运用基于竞争性自适应重加权采样(CARS)算法对土壤中的重金属元素进行谱线筛选;将筛选后的结果作为模型的输入,通过建立1D-CNN模型预测土壤样本是否具有重金属污染的风险。实验结果显示,通过CARS算法采样后的特征通道数大幅度减少,Ni、Cu、As、Pb元素从原来的2048个特征点分别减少为37、53、37、45个,为原来通道数的1.81%~2.59%。相较于不筛选和连续投影(SPA)筛选方法,结合CARS算法的1D-CNN模型在判断土壤样品是否有Ni、Cu、As、Pb元素污染风险时的准确率分别可以达到96.67%,93.22%,91.67%,88.33%。经CARS筛选,1D-CNN比偏最小二乘回归(PLSR)方法在预测准确性方面有明显优势。提出的CARS-1D-CNN算法在提高模型预测准确率的同时减少了模型的计算量,对于XRF光谱土壤重金属元素污染风险筛选具有较好的理论指导和应用价值。

硬脆材料旋转超声加工技术的研究现状及展望

旋转超声加工是一种复合特种加工技术,它复合了传统超声加工和普通磨削加工的材料去除方式,在提高硬脆材料去除效率、减小切削力、提高加工精度和表面完整性等方面具有显著优势。自旋转超声加工技术发明至今,国内外学者开展了大量的有关旋转超声加工装备及工艺的研究工作,并且已在几乎所有主要的硬脆难加工材料中得到实际应用。本研究在简要概述旋转超声加工技术的基本原理和发展过程基础上,总结国内外学者在材料去除机理、工艺特性、加工新形式以及装备研发等几方面的主要研究成果,并对旋转超声加工技术的发展趋势及值得关注的问题进行展望。

Android系统立体视频播放关键技术研究

为了解决立体视频在Android系统上的播放问题,对在Android系统进行立体视频播放的关键技术进行了研究。与传统2D视频播放器相比,立体视频播放器的关键技术是立体视频解码和立体视频显示。文中对这两种关键技术的实现方法进行了详细阐述,并据此开发了一款立体视频播放器。该立体视频播放器,支持常见的左/右、上/下格式立体视频,有7种视频显示方式可供选择。该视频播放器在Android 2.3系统的平板电脑上进行了测试,测试结果表明在Android系统上播放立体视频的基本功能均已实现,可以供用户使用。

高温超导导线在低平行磁场下传输性能的研究及其在电缆应用中的影响

在迄今流行的认知当中,第二代高温超导导线相对于一代导线具有更优良的磁场性能,然而本研究发现在液氮温度和低平行场(平行于导线宽面)的条件下实际情况恰好相反。文中通过测量研究和文献调研相结合,确认了这一现象的可靠性。高温超导电缆在远距离输电和大型城市输电方面都具有显著的性能优势,必将为我国电力能源领域带来重大的技术变革。而在高温超导电缆等应用技术中,低平行场是典型的使用条件,根据本研究得到的数据并考虑到价格因素,目前一代导线在这些应用领域中具有明显的相对优势。

直驱型VICTS卫星通信天线的多层电机容错控制算法

针对载体冲击造成直驱型VICTS卫星天线的多层同轴系统功能层运动失控的问题,进行了失控现象故障容错控制算法研究。首先对多层同轴直驱伺服系统进行数学模型及系统组成分析;其次基于失控层的运动状态和冲击故障发生条件,提出一种新型针对冲击故障的容错控制算法,该算法包括3个部分,即失控发生时根据当前失控层状态规划新的运动状态、失控恢复后平稳切换到原规划状态及采用实时速度预测补偿控制系统延时;最后设计相应实验分别验证了所提出的故障容错控制系统针对故障发生在加速段、匀速段和减速段的有效性以及针对上下层多种工况状态下的有效性。研究对提高动中通卫星天线的抗扰动能力有重要参考意义。

斜槽式超声变幅杆纵扭特性研究

利用斜槽式结构进行模式转换能有效实现纵扭复合,其局限在于设计不合理会导致纵扭转换效率低下。通过分析纵波斜入射固-气界面的反射和折射特性,仿真不同斜槽结构下的变幅杆在其谐振状态下的纵扭转换效率,探究了斜槽的角度、宽度、个数、深度、长度等因素对纵扭模式转换效率的影响。仿真结果表明:存在最佳的斜槽角度和斜槽宽度,使得纵扭转换效率最大;斜槽个数的增加能明显提升纵扭转换效率,且最佳斜槽宽度随斜槽个数增大而减小;斜槽深度和斜槽长度越大,纵扭转换效率越大,但达到一定长度值时趋于稳定。进而,通过对优化设计后的斜槽式变幅杆进行试验测试,验证了该研究的有效性,试验条件下获得的纵振和扭转幅值分别为9.5μm和29μm。

一种锥形定位节面变幅杆结构优化设计研究

为提高变幅杆的振动传递及振幅输出特性,基于解析法设计了具有锥形定位节面结构的旋转超声加工变幅杆,通过预应力模态分析与谐响应分析进行了优化设计;通过响应面优化方法建立27个优化设计点,分别以放大系数最大化、最大等效应力最小化与谐振频率最接近理论设计频率为第一、第二与第三优化目标,并提出一种5阶模态频响曲面验证方法,通过(2~6)阶5个模态频响曲面分析结果对优化设计点的最优优化解进行验证。研究表明,基于该研究提出的方法,结构优化设计后的变幅杆能够提高放大系数,降低最大等效应力,并使谐振频率接近理论设计频率,提高超声加工的能量利用率。对旋转超声加工装备的性能研究与开发具有一定的指导意义。

钛合金超声振动钻削工艺特性仿真及试验研究

针对钛合金传统钻削中存在的切削力大、切削温度高和加工质量差等问题,研究了钛合金超声振动钻削工艺特性。首先,通过超声振动钻削的运动方程,分析了其断续切削和高速切削的特性;然后,利用Deform-3D对钛合金超声振动力钻削的轴向力、扭矩和切削温度进行了仿真,并通过超声振动钻削试验研究了轴向力、扭矩和出口毛刺相对传统钻削的变化。结果表明:钛合金超声振动钻削可以降低平均轴向力约20%,降低平均扭矩约40%,降低平均切削温度50%以上,钛合金超声加工孔的加工质量明显优于传统加工。钛合金超声纵扭复合振动钻削相比超声一维纵振钻削可以进一步降低钻削轴向力、扭矩和切削温度,体现出更好的钻削工艺特性。

高体积分数SiCp/Al复合材料旋转超声铣磨加工的试验研究

由于大量高硬度增强相Si C颗粒的存在,高体积分数铝基碳化硅(Si Cp/Al)复合材料的机械加工十分困难。旋转超声加工被认为是加工这种材料的有效方法。通过超声辅助划痕试验,分析高体积分数Si Cp/Al复合材料旋转超声铣磨加工的材料去除机理。在超声振动的作用下,材料中铝基体发生塑性变形,其表面得到夯实;Si C增强相被锤击成细小的颗粒而发生脱落,形成较大的空洞。由于材料加工的缺陷大多产生于Si C颗粒的去除过程中,Si C颗粒的去除方式对加工表面的质量起着决定性的作用,选择合适的工艺参数可以有效提高加工表面质量。旋转超声加工工艺特征试验表明,超声振动可有效降低切削力;主轴转速对轴向切削力的影响最大,其次是进给速度,切削深度对轴向切削力的影响较小;另外主轴转速对表面质量的影响效果也最大,并随主轴转速的增大表面粗糙度增大。因此在加工过程中,可以适当加大切削深度,在保证加工质量的基础上,选择较大的进给速度,在保证刀具寿命的前提下,选择合适的主轴转速,以获得较优的加工表面质量和加工效率。

光学频率梳的相干合成研究进展

光学频率梳(光频梳)具有脉冲宽度窄、频率精度高、频率梳齿稳定以及相干性好等优良的时频域特性,近年来成为超快激光技术及计量科学等领域的研究热点,并发展成为一种重要的科研工具。近期,一类基于光频梳相干合成的新型光源,可实现对光的偏振或轨道角动量进行射频波段的周期性且高速稳定的调制。本文从光频梳的基本概念出发,分别就偏振调制和轨道角动量调制两个方面,详细介绍了基于光频梳相干合成新型光源的基本原理、实验技术以及表征手段等的最新研究进展。最后简要讨论光频梳相干合成技术在固体光谱学、光学操控、光与物质相互作用等领域的应用前景。

数控加工原位检测系统中检测规划关键技术研究

原位检测对于大型薄壁结构件加工质量控制具有重要意义。为提高检测效率和实现检测自动化,对数控加工原位检测系统中检测特征提取、测点规划等关键技术进行了研究,提出了检测特征的图表示方法和一种基于规则的测点采样方法,并基于CATIA/CAA二次开发工具设计开发了一套检测规划系统,对上述功能进行了实现。实例表明,研发的系统能够快速准确地完成复杂工件的检测规划。

无人飞行器电传操纵系统的MEMS加速度计零偏特性研究

零偏是研究MEMS加速度计的重要性能指标之一。通过对给定的加速度计进行大量实验得出其零偏的随机误差特性、温度特性、大过载环境下的变化规律,解算出MEMS加速度计的零偏、零偏稳定性、零偏重复性,得出该加速度计具有较好的稳定性能,为零偏补偿提供保障。建立零偏温度模型,在不同温度下进行零偏温度补偿实验,通过最小二乘法拟合得到MEMS加速度计的温度标度因数和温度零偏。实验结果表明,该补偿方法操作简便,能够有效补偿温度引起的MEMS加速度计测量误差,具有较强的工程使用价值。补偿后进行大过载环境下的实验研究,结果表明MEMS惯性器件重新稳定的时间在1-2s之间,大过载环境对MEMS惯性器件零偏影响很小,再次验证了该补偿方法的可行性。

半导体制造领域显影工艺及显影喷嘴的发展

论述了显影工艺的发展及国内外对显影工艺的研究,指出了其存在的缺陷及技术发展难点,并对显影工艺中的重要部件显影喷嘴的发展过程进行了论述,介绍了各种显影喷嘴的工艺过程及结构功能,基于工艺要求分析了它们各自的优缺点以及可能产生的显影缺陷。从实际生产出发,针对显影工艺技术发展的客观趋势,指出了显影喷嘴的改进目标及未来发展方向。

面向超磁致伸缩换能器的超声电源设计与性能分析

面向超磁致伸缩换能器的超声电源相对于传统的压电换能器超声电源存在一定的区别,但是目前这方面的相关研究报道较少。本研究建立了带有无线能量传输装置的等效电路模型,设计了一种面向超磁致伸缩换能器的超声电源。频率源基于直接数字合成(DDS)技术并利用全桥开关放大电路进行功率放大,使用相位和有效值(RMS)计算实现频率追踪策略,从而使该电源具备定频信号输出以及实时频率追踪的功能。最后,对超磁致伸缩换能器超声电源的输出性能进行了测试与分析,结果表明,在开环定频驱动功能下可以输出15~50 KHz的超声信号,在闭环追频驱动功能下可以在工作频率点处长时间稳定驱动超磁致伸缩换能器。此外,文章对面向超磁致伸缩换能器的超声电源进行了升级,并进行实验验证该电源可以实现超过1 kW的大功率输出。

晶圆显影过程中喷嘴液滴运动的数值计算

集成电路制造过程中对晶圆显影工艺的均匀性有很高的要求,重点在于保证显影喷嘴出口—毛细管出流液滴的体积和滴落频率稳定。采用有限体积法对液滴的形成及脱落过程的纳维斯托克斯方程进行了求解,并对轴对称毛细管模型进行了结构化网格的划分,通过VOF(volume of fluid)模型针对液滴变化过程中的气液两相界面进行了追踪。分析了毛细管中流量逐渐加大对液滴低落频率及液滴体积的影响,并研究了在液体流速低于和高于临界流速的不同情况时不同的滴落过程。该研究有助于显影喷嘴设计过程中确定出口毛细管管径的大小、间距以及额定工作流量。

Pb添加对MOD-YBCO超导膜结构和临界电流密度的影响

使用Pb添加方法改善钇钡铜氧(YBCO)超导膜的金属有机物沉积(MOD)制备中的形核和生长过程。通过引入一定量的三水合乙酸铅,配制出均一稳定的含Pb前驱溶液,经过涂覆和热处理制备YBCO超导膜,然后测量YBCO超导膜的微观结构和临界电流密度(Jc),从而研究了不同Pb添加量和不同水分压的影响。研究结果表明,当热处理期间的水分压较低(露点为25℃)时,Pb添加会使YBCO膜形成气孔,出现局域不致密的现象,从而导致Jc明显下降。当热处理期间的水分压较高(露点为45℃)时,使用Pb添加方法制备的YBCO膜致密程度提高,而且非c轴取向YBCO晶粒得到抑制,当Pb添加量为1.1wt%时YBCO超导膜的Jc最优,可达到3.7 MA/cm2(自场,77 K,370 nm厚)。

毛细管直接进样质谱仪在液体样品分析中的应用

毛细管进样是目前小型质谱中常见的进样方式,它主要用于在大气压条件下对气态样品直接进行成分分析。本研究将自行搭建的一台基于毛细管进样和电子轰击电离源的小型四极杆质谱仪用于液体样品的分析研究,主要通过对甲苯样品的测定来验证液体直接进样分析方法的可行性。液体进样的方式能防止大气采样过程中空气的摄入,降低谱图上空气背景的干扰。结果表明,采用5μm内径的进样毛细管时,仪器能直接用于对液体样品的分析。此外,实验中还通过在毛细管上施加高电压的方式使采集的液体形成电喷雾,以此来促进液体的气化过程,使样品更易于被电离,这一方案能显著提高仪器的检测效率和灵敏度。

面向三维打印的特征驱动轮廓线编辑方法

当用户评估完三维打印模型而需要修改时,目前的编辑技术需要返回原始三维模型进行修改再重新分层,效率低、易出错且编辑不直观.为此,提出面向三维打印的模型编辑方法,即用户直接编辑分层模型的轮廓线,可见即可得,其核心是特征保持的轮廓线编辑技术.首先,将每一条轮廓线分割为特征点和特征段;每个特征点具有特征保持和位移传播的功能,特征保持允许用户自由选择是否保留特征点的角度值,而位移传播则确定了编辑操作的影响范围;两者共同定义了特征点和特征段的编辑模式.然后,根据轮廓线的所有特征及其邻接关系构建一个闭合的特征链图,并结合拉普拉斯坐标的保特征性质让编辑操作在相同层和不同层内的轮廓线上传播.实验结果表明,该方法能够有效地提高面向三维打印的模型编辑效率.

微流控芯片流量PWM波产生器的设计与实现

提出了1种基于片上挤压的微流控芯片流量脉宽调制（pulse width modulation,PWM）波产生器的设计方法。利用机械挤压装置将步进电机的转动转化为挤压杆的上下平动,直接挤压微流控芯片的微流道变形产生流量PWM波。设计并制作了1款基于STC51单片机的单片机控制板,利用单片机控制步进电机的运动状态进而调节流量PWM波的频率和占空比。针对500μm的微流体管道,产生了周期为13.3s、幅值约为13μL/min、占空比为10%-90%可调的流量PWM波。

DSP控制的薄膜微阀组集成微流体驱动系统设计

提出了一种基于TMS320F28335DSP控制的微流控芯片气动微泵流体驱动系统,在Unger等制作的气动微泵基础上,将经典的六相控制方式简化为三相控制;在用气路致动频率控制微流道中流体流速的基础上,将气路开启占空比作为可能影响微流体流速的因素进行研究。DSP接收LabVIEW程序发送的参数后,产生相应的ePWM波形输出,驱动电磁阀驱动电路控制电磁阀状态,实现对微流控芯片上气路状态的控制,利用气路周期性地传递压力波,进而实现弹性薄膜的顺序形变,最终实现对流道内流体流速控制。针对500μm的微流体管道,可在8Hz致动频率下实现0~4μL/min的可调流速;驱动占空比为40%~65%时,可获得较好的流速平台。