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[硕士论文] 王硕
物理电子学 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着全世界人口的快速增长和经济的急速发展,人类发展对环境造成的污染以及可利用能源的匮乏等问题正在日益凸显,作为可以利用地下浅层地热资源完成采暖、制冷和制备生活热水等功能的高效节能环保型空调技术,地源热泵技术就是在这样的背景下发展起来的。土壤温度场的变化规律是地源热泵系统设计的重要依据。结合夏季炎热地区工况而设计的冷却塔式地源热泵系统在运行时同样需要对土壤温度场进行检测以达到更好的节能效果和更高循环效率。
  如今大多数工程中采用的土壤温度场测量方法是将温度传感器密封包装后置入测温井内,温度传感器通过导线与地面的测温装置进行连接。因每个温度传感器都需要一组单独的导线与测温装置进行连接,大量的信号线不仅会增加测量系统的成本,并会大大减少测温点的数量,对土壤温度场变化研究的可靠性就会降低。
  本文设计了一套应用于地源热泵系统中的土壤温度场测量系统,该系统由三部分组成,地底测温部分、数据采集器和上位机。其中地底测温部分采用RS-485总线的方式进行温度采集,克服了传统测量方式导致的线束过多的问题。在每一个测温点放置一套测温电路进行温度的测量,使用PT1000温度传感器作为测温元件,就近测量的方式和电容充放电测量电阻的方法大大增加了温度测量的准确性,通过简化电路设计并合理布置元件,将测温电路板设计为细长状挂接在RS-485总线上,使用带有内置螺纹的不锈钢套管、不锈钢接头以及环氧树脂进行密封,保证了测温线的结构强度和测温节点的密封性;数据采集器放置于地面,其作用为向RS-485总线供电、采集各测温点数据并将采集到的温度数据通过无线方式发送至远方上位机。一个数据采集器可以对最多8条测温线进行采集;对比多种无线传输方式并综合现场工况,选择了基于LoRa无线通信技术的SX1278无线数据传输芯片进行无线数据传输;上位机使用LabVIEW软件进行编写,其功能为温度数据的接收、存储和处理分析,独特的人机交互界面使管理人员可以更方便的对数据进行处理和对系统进行维护。
[硕士论文] 王军
计算机技术 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:磁感应热疗是多种肿瘤热疗方法中的一个重要分支,特色突出,优势明显,发展速度很快,有可能作为治疗肿瘤的优先选择,因此具有较高的学术价值及研究意义。现阶段,磁感应热疗的主要研究停留在磁性纳米材料制备以及其实验方面,对其磁感应热疗设备的研究相对较少。本文针对动物磁感应热疗的线圈式磁场发生装置的磁场方向和强度的分布不均匀这一缺点,进行了线圈的优化,并将优化的线圈与原线圈的结果进行对比研究分析,为磁感应热疗的应用提供了理论依据。
  (1)分析了磁感应热疗的电磁基础。介绍了磁感应热疗的发热机理、磁感应热疗工作频率和场强参数的选择及有限元软件COMSOL的AC/DC模块,计算了圆线圈、螺线管线圈、空心圆柱线圈的磁场分布,对比分析产生相同量级的磁感应强度时线圈各自的变化,选用有外径的圆柱线圈作为后面磁感应热疗的主要磁场产生装置。
  (2)分析了磁感应热疗场均匀度的优化。依据磁感应强度的大小确定线圈的参数及计算方法,通过与文献中提供的线圈计算数值与该软件仿真计算结果进行对比分析,验证了该软件计算的正确性与可行性。针对线圈式的磁场发生装置的磁场方向和强度的分布不均匀这一缺点,通过线圈两端添加补偿线圈对原线圈进行了的优化。分别计算通入补偿线圈电流不变匝数改变及匝数不变电流变化时,补偿线圈从两端向中间移动的磁感应强度B的变化。研究在相同区域不同位置磁感应强度的变化率,确定了补偿线圈的最佳位置。在最佳位置处,讨论了通入补偿线圈电流和线圈匝数对磁感应强度B的影响,确定了补偿线圈的参数。对有补偿线圈和无补偿线圈的磁感应强度的对比,在相同条件下补偿线圈式的圆柱线圈与无补偿线圈的圆柱线圈进行对比,其线圈中心磁感应强度提高了约4.2%,补偿线圈中心处的磁感应强度达到了11.3 mT,磁场的均匀性增加了66.7%左右。
  (3)分析了小型磁感应热疗硬件电路的实现。介绍了磁感应热疗控制电路的设计及实现。通过控制电路进行了线圈的验证测试,分别从线圈中心磁感应强度、线圈轴线方向磁感应强度以及线圈磁感应强度均匀性给出了线圈测试数据,并与理论值进行了对比分析,测试结果与仿真结果基本一致,证实了仿真的有效性和实验的可行性。
[博士论文] 张鑫
交通信息工程及控制 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:在放射治疗的实施过程中,多叶准直器的使用目的是取代传统的人工操作的铅射野挡块,使透过多叶准直器叶片端面的射线在病灶靶区的投影轮廓与期望的射野形状的轮廓适形。为了满足该需求,需要对多叶准直器的叶片到位精度进行精确地控制。本文针对该问题,并且考虑到多叶准直器多叶片协同控制的情况,对多叶准直器叶片位置控制策略进行了研究。
  主要研究内容如下:
  1)描述了放射治疗终端设备中多叶准直器的基本结构,分析了多叶准直器控制系统的机构和组成。分别建立了多叶准直器叶片在静态调强放射治疗和动态调强放射治疗时的运动模型及控制策略。在此基础上,提出了对多叶准直器控制的要求。
  2)多叶准直器的每一个叶片都有一套独立的驱动装置,为了能够保证每个叶片的到位精度,针对多叶准直器的单叶片进行了位置控制策略的研究。首先,选取了多叶准直器叶片驱动单元为被控对象,对其建立了数学模型。随后针对该数学模型设计了多叶准直器单叶片位置PID控制器,以满足叶片到位精度的要求。为了解决控制器参数整定困难的问题,分别采取了模糊控制和粒子群算法(包括基本粒子群,加权粒子群算法和压缩因子粒子群算法)对设计的控制器参数进行了整定优化,以满足放射治疗时叶片需要精确到位的要求。
  3)为了避免由于机械结构引起叶片摩擦和碰撞,对叶片运动带来的干扰,增强叶片到位精度的抗干扰能力,并且考虑到PID控制器存在的积分环节会出现windup现象和使用粒子群算法优化求解时容易陷入局部最优解的问题。结合分数阶理论与anti-windup控制器设计了多叶准直器单叶片位置控制器,并采用量子粒子群算法对提出的分数阶anti-windup控制器参数进行了整定优化,达到放射治疗时叶片可以精确到位的目的。
  4)多叶准直器的叶片成对排列,在保证每个叶片独立位置控制精度的基础上,需要考虑多叶片之间的同步误差,以便能够更好的达到调强放射适形治疗的目的。采用交叉耦合控制方法,提出了多叶片同步位置误差的概念,定义了三种同步控制策略,并针对静态放射治疗的特性,研究了基于交叉耦合的多叶片PD同步控制策略,对控制策略的收敛性进行了证明。实验结果表明基于交叉耦合的多叶片PD同步控制策略可以减少多叶片之间的同步位置误差,提高了叶片的适形性能。
  5)针对动态调强放射治疗实施过程中,多叶准直器叶片的运动在时间域是一种重复运动的特性在基于交叉耦合的多叶片PD跟踪控制的基础上,提出了基于交叉耦合的多叶片迭代学习同步适形控制策略。随后,分析了采用多叶片同步控制策略产生叶片间累积同步误差的原因,提出了“虚拟主叶片”的概念以减少累积误差。最后,为了提高多叶片位置的控制精度,提出了基于位置域的主从交叉耦合迭代学习适形控制策略,以满足放射治疗的要求。
[硕士论文] 林忠全
软件工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:目前,工业控制领域经常应用的仪器仪表,一般都是一台高度集成和封装的独立设备,它的功能由硬件电路和事先固化好软件功能实现,这些都是出厂之前,由厂家设计好的,用户在使用过程中,无法随意更改其内部结构和功能特点;这种仪表的研发周期长期,制作工艺复杂,生产材料特殊等原因,造成其价格昂贵,用户使用起来灵活性不够。但是目前工业科技的发展日新月异,工业控制领域逐渐趋向智能化、信息化、自动化发展,基于市场的需求,我们结合计算机软件技术、虚拟仪器仪表技术和测试应用技术研发出新一代的虚拟仪表测试平台(Virtual Instrument)。由于虚拟仪表的功能是有计算机软件实现的,计算机系统丰富的存贮功能、高效的运算能力,并利用计算机软件技术,能够模拟传统仪器仪表的各项功能,甚至许多真实仪表无法完成的临界值。利用计算机的软件技术可以实现了虚拟仪表的图形化,信号模拟量变化的可视化,按需求制定虚拟仪表的控制策略,还可以充分利用计算机的网络资源。
  根据目前工业控制领域的实际需求,我们研究和开发了虚拟仪表测试平台,它能够模拟常规仪器仪表的所有基本功能,而且还可以针对特定领域,例如汽车检测平台、地矿探测平台、远程医疗测试、自动控制机床模拟等等特殊场景,制定相关的专用功能平台。在研究和开发过程中,我们查阅了大量温度变送器、压力变送器、开关量、速度检测仪、气压计等常规仪表的配置说明文件,结合现有文献资料进行了对比分析。虚拟仪表测试平台的功能模块包括:
  1、虚拟仪器仪表的功能,虚拟仪表基本操作界面的编辑与模拟信号量的配置;
  2、模拟数据通信线路上面的通信协议,例如对工业控制领域Modbus协议、CAN协议和LIN协议的解析和配置;
  3、本系统提供了监测和记录真实仪表的接口,仪器仪表实现了“即插即用”,并且实现了仪器仪表的运行状态的监测和记录;
  4、虚拟仪表的实验数据生成,特殊波形数据的生成与解析。
  本系统还提供了一些用于汽车检测的专用功能模块:支持对标准CAN和LIN网络描述文件的解析与配置,能够方便的进行总线仿真和数据传输;通过硬件在环技术能够在虚拟的环境中对汽车的电控单元与软件进行各种普通环境中不易完成的测试,以提供对硬件在环仿真的支持。
  通过楼宇温控及智能安防系统的开发环境仿真实例,检验虚拟仪表测试平台的全部功能,从楼宇温控硬件系统框架搭建模拟真实的现场实景,到对接监控主机系统开发环境,编辑测试实验数据,达到测试目的,完成整套楼宇温控系统与智能安防系统的集成。
[硕士论文] 郝祥飞
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:为了保障全球船员生命及财产的安全,国际组织颁发了STCW公约,该公约对船员的值班提出了规则和要求,对海上安全具有积极意义。对船员的健康进行实时监测,对增进船员的体质健康安全有着长远意义。本文研发了一种基于低功耗蓝牙的便携式数字听诊器系统,它可以实时采集船员的心音、肺音以及肠音信号并对采集到的听诊音信号进行处理,通过低功耗蓝牙传输到手机APP,实现医生的实时听诊,从而保证船员的身体健康。本系统由硬件和软件两个部分构成,其系统的具体结构特征如下:
  (1)系统硬件电路的设计:本系统通过传感器采集船员的听诊音信号,然后经过前置放大电路、滤波电路完成了对听诊音信号的低噪声放大。滤波电路后听诊音信号分为两路,一路经过功率放大电路,通过扬声器完成听诊音的播放功能;一路传送给STM32F103C8T6单片机,单片机再对听诊音采集模块的输出信号进行AD转换输出抗干扰性强的听诊音数字信号,再通过USART接口传给低功耗蓝牙模块DA14580,最后通过低功耗蓝牙技术无线传输将听诊结果上传到手机APP客户端上。
  (2)系统软件部分的设计:主控制器软件和蓝牙芯片软件两大部分的设计工作,主要包括ADC程序、USART通信程序以及蓝牙无线传输通信程序,完成了整个数字听诊器系统中软件部分的基础设计工作。
  (3)系统测试:本文对系统的硬件部分和软件部分进行了测试。经测试,一方面完成了听诊音采集电路性能以及蓝牙无线传输距离及稳定性实验;另一方面将听诊结果经无线传输上传到手机APP客户端,验证了数字听诊器的功能。
[硕士论文] 胡小娟
交通运输工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:特殊的海洋环境容易致使海员患上高血压等慢性疾病,心电图系统是判断疲劳驾驶的重要手段,也是检测高血压所导致的心血管疾病的有效方法。因此,本文研究并设计了一款实时有效地检测心电信号的便携式设备,更加方便海员在航行中监测心电的变化。
  本文通过对心电信号的特性、采集处理的调理电路和现有的心电监测设备的研究,提出一种便携式心电图系统设计与实现的方案。首先依据心电的产生及干扰因素,以AD8232集成芯片搭建外围放大和滤波电路的ECG采集前端,同时采用AgCl医用电极的胸导联提取方式,有效降低心电信号的干扰以获取更加稳定的心电信号。其次选择内置有12位A/D的STM32F103C8T6芯片作为主控制器,对ECG前端输出信号进行数字化处理并传输数据至低功耗蓝牙DA14580模块。最后通过低功耗蓝牙的无线传输方式上传至手机终端,达到心电波形图的可视化效果。
  为了验证该系统是否满足设计功能的需求,本文进行了心电图系统的实验测试和结果分析。通过测试ECG采集前端输出的波形图、各模块功耗占比情况和无线连接稳定性,无线模块的连接范围不允许超过8米以外,手机终端能够实时观测心电图波形。结果分析验证了本文所述的便携式心电图系统方案具有可行性,具有一定的意义和实际应用价值。
[硕士论文] 王荣川
力学;工程力学 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:索力测试准确度是缆索承重体系桥梁在设计与运营过程中研究热点之一。以计量学理论为基础,研究索力动测仪在特定工作场景下的校准方法,使其成为索力测量的计量器具,是索力测量技术发展的一个重要的内容。本文对四川省交通厅项目“索力动测仪计量标准研究”的“校准装置研制”子项进行研究,以计量学的力学测量为理论基础,采用GUM(测量不确定度表示指南)标准方法对索力动测仪测量结果中的A类和B类不确定度分量进行分析和计算,制定了索力计量体系量值溯源的技术路线,以短索为测量对象,压力环为上级标准器,对索力动测仪进行校准,研究确定了索力动测仪校准装置方案及其关键参数。主要研究内容如下:
  (1)分析研究索力动测结果不确定度的类别和量化方法。对索力动测方法和力学量值溯源体系两方面的文献进行调研,归纳索力动测法的测量条件、适用范围以及其测量结果不确定度的类别和特征,考虑标准装置的不确定度传递、动测模型参数概率分布,对测量结果的重复性、稳定性和复现性进行分析,明确了测量结果的A类和B类不确定度计算方法和索力计量体系量值溯源的技术路线。
  (2)索力动测仪计量校准装置方案和关键参数研究。分析确定了以索长、索径、倾角和索力范围为关键指标的校准装置技术参数体系,在校准装置钢结构承载体系强度、刚度、稳定性验算的基础上,将拉索、上级标准器、张拉装置和索力动测仪集成为校准装置,编制校准装置的技术标准,完成了索力动测仪校准装置结构设计和系统集成方案设计。
  (3)以短索为测量对象,对索力动测仪进行试验现场进行了校准。在试验现场条件下,制定索力校准方案,建立相应的测量模型,利用不确定度理论,对相关参数的概率特性进行分析,明确索力名义示值和修正值的计算流程,通过上级标准器(压力环)对索力动测仪进行校准,得到索力动测仪示值修正值及其不确定度,最后采用弦理论索力动测模型,计算出索力动测仪名义示值及其不确定度。
[硕士论文] 邵盟
控制工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:微量注射仪是一种微量、智能、精准的注射仪器,经常应用于生理科学实验研究和临床医疗中。其能够完成对于一定量的液体药物进行准确、定时、定量的长时间匀速注射。使用微量注射仪能够在有效保障患者的用药安全的同时,使得从事相关医疗工作者的工作量有所减轻。
  本文开发了一款智能、精准、高性价比的微量注射仪。根据SolidWorks设计微量注射仪机械结构模型,用亚力克制作模型并与步进电机YH42BYGH47、丝杆等组成注射仪推进器系统;根据设计的电路原理图,通过Proteus对微量注射仪控制系统进行功能仿真。然后,使用A3967slb芯片制作控制步进电机的驱动器PCB;采用SSD1306处理器控制0.96寸OLED屏幕实现与主控芯片Arduino UNO进行SPI通信,实现对数据的实时显示;通过七个数控按键分别对注射器规格和注射量以及所需注射时间进行设定;采用双限位开关设定注射结束时的终止位,避免了由于误差造成步进电机过早停止剩余药物的可能,同时也避免了由于误差造成步进电机过晚停止时对注射仪的损坏;采用PID控制策略对步进电机进行闭环控制,提高注射时间的准确性。本系统采用两种供电方式,9V电源适配器供电或9V锂电池供电。
  通过编程实现了使用多种规格的注射器完成各自不同量的药物的精准注射,同时能够设定药物所需要的注射时间,注射时间精度小于3.5%;注射时,能实时显示注射用时,以及注射剩余的液体容量,注射结束后,实现报警功能。
[硕士论文] 李艳
控制工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:动脉血管硬化是很多老年疾病的主因,早预防便能早避免一些疾病的产生,因而越来越多的学者致力于动脉血管硬化诊断方法的研究,其中,超声波诊断方法如B超诊断技术、多普勒血流超声诊断技术等由于其无损害性、准确性高等特点被更广泛地应用于临床医学。结合以上特点,本文提出设计一种数字血管超声回波信号采集处理系统,用超声波探头实时采集血管回波信号,在上位机清晰显示并存储,该系统简单实用并可用于教学。
  本设计主要包括硬件电路设计和软件编程两部分。硬件设计完成工作包括前端模拟电路的设计和数字电路的设计,其工作原理为:超声波发射电路(由脉冲激励信号产生电路和驱动电路组成)产生的高压脉冲激励信号作用到超声探头产生超声波,从而在血管上形成回波信号,由接收电路将回波信号放大到AD转换电路的输入范围内,AD转换电路将模拟信号转换成数字信号,FPGA对该数字信号做一定的处理后,通过USB传输给PC端的上位机;软件设计完成工作包括FPGA的Verilog程序编写以及上位机的LabVIEW软件设计,其工作流程为:Verilog程序控制AD转换,并将转换后的数字量传送到USB FIFO中,LabVIEW通过编程将USB FIFO中的数据采集到上位机并实现数据的实时波形显示、存储等功能。
  通过对硬件部分和软件部分的联合调试,本系统可以实现高压激励脉冲信号的发射、回波信号的采集以及上位机LabVIEW对波形的显示、存储等功能。
[硕士论文] 张鸿鑫
船舶与海洋工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:环境中的多种能源都是能量收集的研究对象,如光、热、时均流和机械振动等。其中时均流能是一种储量巨大、分布广泛的能源,基于压电技术的时均流能量收集是一种被广泛看好的能量收集形式。在船舶等水上建筑物航行时其水下部分周围水流会产生一定的流速,其中蕴含巨大的能量,如何将这部分能量收集起来并加以利用,例如用于传感器等小型电子设备供电等,具有重要的研究价值。
  本文首先对悬臂梁式压电能量收集装置建立了分布参数模型和集中参数模型。然后设计了基于流致振动的四种不同剖面立柱压电能量收集装置。利用尾流振子模型和升阻力经验模型结合有限元法对四种不同剖面形状的压电能量收集装置进行数值建模。计算结果表明,圆柱表现出良好的涡激振动特性,在来流速度0.24m/s时,圆柱获得最大振幅和输出电压,分别是0.032m和7.7V。方柱1和三角柱的振幅和输出电压都随来流速增大而增加,表现出明显的驰振特征。而方柱2在来流速度大于0.177m/s后其振幅和电压在0.045m和3.5V处上下波动,趋于稳定。这四种压电能量收集装置都具有良好的能量输出效率。设计并建造一座小型循环水洞,用于压电能量收集装置的流致振动实验研究。制定不同剖面形状柱体压电能量收集装置的流致振动实验方案,系统的对具有同一特征尺寸但不同剖面形状的圆柱、方柱1、方柱2、三角柱四种压电能量收集装置进行流致振动实验研究,得到了一些区别于单纯圆柱的流致振动规律和输出电能规律,对不同剖面柱体的能量收集效果进行了评估,探讨了剖面形状对柱体流致振动特性的影响。
  实验中发现对于圆柱体,在实验流速范围下,圆柱体表现出了很好的涡激振动特性,在涡振锁频阶段,其压电能量收集装置输出电压特性表现良好,最大输出电压可达到7.5V,输出功率达到0.053mW,密度达到0.118W/m2。对于两个不同攻角的方柱体来说,方柱2在相同来流条件下表现比方柱1更为突出,因为方柱2迎流面具有尖锐的棱边,较方柱1更能表现出明显的流致振动特性,其表现为方柱2在来流速度0.167m/s过后输出电压稳定在3.5V左右。三角柱在低流速范围内,其振动的主导频率为接近于三角柱自身一阶固有频率的涡脱频率,说明三角柱比其他三种柱体在低流速范围内具有更高的能量转换效率。四种装置的振幅和输出电压实验结果均与数值计算结果吻合,说明利用尾流振子模型和升阻力经验模型结合有限元方法来模拟该种类型的压电能量收集装置的能量收集过程是可行的。
  本文还提出一种内置悬臂梁式压电能量收集装置,该种能量收集装置具有防腐蚀、绝缘等优点,流致振动实验结果表明,该能量收集装置存在一个最佳匹配电阻,在来流速度为0.816m/s时,最佳匹配电阻680kΩ输出功率最大,为6.44μW。
[硕士论文] 陈厚桦
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:温度表征物体的冷热程度,也是国际单位制中基本量之一。日常使用的温度计都是依据某一特定物质的性质随温度变化的规律进行测量,这样会使所测温度对该物质有所依赖。1848年,英国物理学家威廉·汤姆森(开尔文勋爵)由热力学第二定律定义了热力学温度,热力学温度与测温物质无关,从根本上保证了所测温度的根本性与绝对性。
  但直接测量热力学温度难度较大,ITS-90国际温标是一种协议性温标,是对热力学温度的逼近。近些年,随着声学测温研究的不断深入,发现新的热力学温度测量结果与国际温标ITS-90定义值发生了偏差,并且随着温度的上升而增大。目前,国际上急需600K以上新的热力学温度测量结果。
  气体声学温度计是当前测量热力学温度不确定度最小的方法,其测温原理是基于理想气体的声速与热力学温度的关系。应用气体声学温度计开展600K~1358K热力学温度测量是目前国际温度计量界的热点方向之一。然而,现有声学传感器难以在400K以上工作,需采用耐温声波导管将声学信号引入和引出声学共鸣腔。声波导管的设计是影响声学信号信噪比和能量品质因数的关键因素。
  本文提出了采用变径声波导管降低声波的能量损耗和扰动的方法,建立了变径声波导管的衰减和扰动模型,分析了声学信号在不同尺寸声波导管内的能量衰减和导管对圆柱腔声学共振频率和半宽的扰动,获得了优化尺寸,实验测试验证了模型具有一定的合理性。主要内容和成果如下:
  (1)根据现有单一内径声波导管声场能量特性理论及扰动特性理论,创新地建立了变径声波导管声场能量及声场扰动模型。给出了变径声波导管的优化设计流程,从理论上得到了300K,101kPa下二阶变径声波导管的最优设计尺寸;内长为80mm圆柱腔体轴向共振频率下声波传输能量衰减因子>0.3,声场频率半宽扰动均小于30ppm的理想效果。
  (2)基于二阶变径声波导管模型拓展建立了多阶梯度乃至锥形连续的变径声波导管内声场能量衰减及声场扰动模型,计算分析表明,锥形导管在单一轴向声学模式下优于二阶变径导管。其中,利用maple软件编写了相关计算程序,可实现衰减和扰动的自动化计算。
  (3)制造了不同尺寸变径声波导管,与声学共鸣腔、声学频率测量系统、自动控制及数据采集系统形成完整的测量系统,在293K,101kPa条件下开展了变径声波导管圆柱腔内声学共振实验研究,三组声波导管测量结果与理论计算基本一致,说明了建立的模型和优化计算程序的合理性及准确性。
  本文提出的变径声波导管优化设计方案和衰减-扰动分析模型为声学法精确测量高温区热力学温度提供了理论基础,也将为国际温标的修订及玻尔兹曼常数测定研究提供思路,为高温气体声学温度计的开发提供了技术支持。
[硕士论文] 薛德鑫
电子与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:目前,随着医疗技术的不断进步。国内外各大医院对医疗器材的需求日益增长,医用试管的需求量也随之猛增,传统的医用试管生产线人工操作过于烦冗效率低,更不能保证试管的干净卫生。国内外医疗试管厂家在试管塑形方面已经实现完全自动化,但在码放试管环节还仰仗原始手工码放。本课题中的码管机控制系统设计方案就是针对此间题提出的,旨在实现医疗试管码放环节上的自动化。该设计基于适应小型单机设备的PLC控制系统。
  本课题设计的码管机控制系统主要包括:伺服运动及定位单元的实现、I/O信号配置设计、CC-Link通信单元的设计实现、PLC程序语言及PRO-FACE界面设计等。此控制系统中的CPU、位控模块及CC-Link主站等全部采用三菱集团的Q系列产品。旨在利用CPU的高速处理运算、多种通信方式兼容及定位模块的快速启动、容易维护等特点,达到提高编程及调试效率、方便运动控制单元实现的目的。
  本文采用图文的方式,较为详细的介绍了码管机工艺流程及主要机械机构设计、电气硬件选材及电气原理图设计实现、PLC软件设计实现等研发工序,总结归纳现场调试运行所出现的问题以及最终码管机运行情况。
[硕士论文] 郭鹏程
信息与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:古斯汉欣位移在光波导探测、光通信等领域中拥有举足轻重的地位。古斯汉欣位移非常小,在实验中进行测量非常困难,从而阻碍了在其领域范围内的实际应用。所以,对于测量古斯汉欣位移的改进方法也在这一需求下不断发展与创新。
  本文在激光外差干涉、古斯汉欣位移、PSD的发展及现状进行分析研究的基础上,设计了测量p光与s光古斯汉欣位移差的系统整体方案。首先对激光外差干涉原理进行阐述的基础上,进行了光路结构的改进,使用p光和s光的1级衍射光进行干涉后照射到直角棱镜,对激光外差干涉光路中所用光学器件和部件进行选型和性能分析;其次,阐述了PSD位移测量系统的原理,设计并绘制了PSD信号采集处理系统的整体电路,对电路中各模块进行器件选型以及降噪处理,并进行了软件部分的编写;之后完成了系统部分及整体的实验,并展现了实验数据;最后对系统误差进行分析,在系统设计过程中尽可能减小误差。
  通过测量系统原始光束、p光、s光的光强,验证了p光和s光的亮度一致性。通过外差干涉光路噪声测试实验的结果,验证了外差干涉光路拥有较好的抗干扰能力。通过通讯端口测试、PSD位移测量精度实验和古斯汉欣位移差值测量实验,验证了系统整体的设计可行性。在实验过程中通过旋转平台多次调整棱镜处入射光角度,分别测量p光、s光的位置坐标,求解坐标差值并绘制结果图。
[硕士论文] 徐磊
信息与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:伴随着当今时代科技飞速发展发展和普通人对医疗水平进步的要求,家庭医疗因其便捷性,逐渐走入了人们的视线。由于心血管疾病的潜伏性、突发性和致命性,现已成为了导致人类死亡的头号杀手,然而在人类突发心血管疾病之前,心电信号会发生异常变化,因而对人体心电信号进行实时的动态监测能够起到预警的作用,为患者抢救争取更多时间,同时也为医生提供更多的参考依据和分析手段,也可为大数据背景下的智能医疗提供一定的数据支撑。
  本文设计了一种动态远程实时的心电信号监测系统,该系统是基于单导联方式的心电采集装置,由动态心电监测终端和远程监测平台组成。动态心电监测终端实时采集心电、加速度、位置等信息,并通过无线蓝牙技术将数据上传至用户手机App,实时上传至云端服务器,远程监测中心可通过访问数据库的方式对监测数据进行数据远程查看。
  硬件系统主要指动态心电监测终端,通过STM32F103作为主控芯片,实现对心电模块的采集调理和数模转换,以及对位置信息获取模块和加速度传感器信息的采集,同时将采集数据按一定格式进行打包存储,通过无线蓝牙模块将采集数据发送到手机。
  软件系统主要指手机App、远程监测平台及后台服务器。手机App主要实现监测数据的接收显示和数据上传;远程监测平台主实现监测数据的远程访问、心电信号去噪、心率计算、运动识别等功能;而云端数据库是实现了监测数据的存储、远程访问。
  本项目所设计远程动态心电监测系统与传统的心电图机相比更加小巧便携,成本低廉,操作简便,通用性强,更加适用于后续的优化和开发。尤其是将运动状态与心电信息相结合分析,更是传统心电图机所不具备的功能。本设计具有一定的实用价值和前沿性,可在一定程度上推进远程智能医疗的发展。
[硕士论文] 李保华
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:塑料透镜作为一种重要的光学元件,在国民经济各领域得到了广泛应用。随着对塑料透镜质量的要求日益提高,传统的注射成型很难生产出满足要求的透镜,研究成型工艺对增强塑料透镜尺寸稳定性以及光学性能具有重要意义。
  论文采用注射压缩成型方法,分别研究注射压缩工艺参数对塑料透镜体积收缩率和残余应力的影响。主要研究工作如下:
  (1)根据透镜的尺寸及性能要求,基于Moldflow软件,对一模两腔透镜模具的两种不同的分流道形式进行了模流分析,综合考虑,最终选择直流道的加工形式。确定透镜注射压缩模具的型腔结构、型腔数量排布、浇注系统、模温控制系统以及压缩结构。该模具不仅可以进行注射压缩成型实验,也可以完成传统的注射成型实验。
  (2)基于Moldflow模流分析,采用单因素实验方法,研究了主要工艺参数对体积收缩率和残余应力的影响规律,并分析影响规律产生的原因。采用正交实验方法,结合极差分析和方差分析,得到了体积收缩率和残余应力的最优工艺组合。对工艺参数的影响重要性进行了分析,研究表明:熔体温度对体积收缩率影响最大,压缩延迟时间对残余应力影响最大,压缩力对两性能指标的影响较小。
  (3)利用所设计的塑料透镜注射压缩模具,以PMMA为实验材料进行了透镜注射压缩成型实验研究。对塑料透镜的透光率进行测量,研究工艺参数对透光率的影响。测量不同工艺参数下塑料透镜的体积收缩率,验证Moldflow模拟结果。采用应力测量仪间接测量制品不同工艺参数下的残余应力,根据光弹性原理,通过光程差这项指标反映透镜内部应力分布情况。
  (4)对注射压缩成型和注射成型的透镜进行对比实验,比较两种成型透镜的体积收缩率和残余应力的差别。
[硕士论文] 韩晓露
机械电子工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着日益增大的生活压力以及不良的生活规律,肾结石发病率越来越高。体外碎石机是治疗肾结石最理想的方法之一。反射杯是体外碎石机关键部件之一,其表面质量与精度直接决定体外碎石机的碎石质量。目前,反射杯抛磨主要依赖于传统手工抛磨方式,抛磨劳动强度大,抛磨精度一致性难以保证,抛磨所需的技术水平要求较高,并且抛磨效率极低,抛磨过程中产生大量的粉尘,对人体有较大的伤害,因此,迫切需要针对反射杯椭圆内腔的特征研制一种高效的抛磨自动化设备。本文以反射杯为研究对象,采用气动肌腱拮抗关节仿人工手指抛磨方法进行反射杯抛磨研究,具有理论意义和应用前景。
  (1)针对反射杯椭圆内腔难抛磨的问题,对反射杯传统手工抛磨工艺进行分析,提出反射杯抛磨机设计要求;针对反射杯抛磨后表面质量一致性差的问题,对反射杯抛磨工艺参数进行分析,确定了影响反射杯抛磨质量的关键参数;根据反射杯曲面特性以及加工要求,对砂带抛磨加工方法进行分析,确定了抛磨轨迹,提出了基于气动肌腱拮抗关节的抛磨方案。
  (2)针对反射杯抛磨轨迹合成运动的要求,对气动肌腱机构、抛磨砂带机构、滑台机构等关键部件进行理论分析与结构设计,确定抛磨关键部件参数。
  (3)针对气动肌腱伸缩量与压力之间关系难以控制的问题,利用解析法建立气动肌腱静态与动态数学模型;针对气动肌腱控制精度低的问题,利用试验法对肌腱数学模型进行修正;为了实现气动肌腱拮抗关节的自动化控制,对气动肌腱拮抗关节进行运动学分析及动力学分析。
  (4)为了达到反射杯加工一致性,提出了反射杯恒线速度控制方案;根据反射杯抛磨轨迹特征,对抛磨机构进行仿真分析,提出气动肌腱关节控制策略以及滚珠丝杠滑台控制方案。
  (5)为了达到更好的抛磨效果,利用单因素试验方法,确定了反射杯抛磨磨料基本参数;利用四因素三水平正交试验设定抛磨参数:抛磨法向接触压力、反射杯旋转速度、抛磨进给速度、抛磨头旋转速度,并对反射杯工件进行抛磨试验,分析抛磨效果,优化抛磨工艺参数,探究抛磨机工艺参数对抛磨试验的影响并寻求相互之间的制约关系,选择最佳的反射杯抛磨参数组合,利用最佳参数组合进行抛磨试验。试验结果表明基于气动肌腱拮抗关节抛磨方法是可行的。
[硕士论文] 张波
仪器科学与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国工业技术的快速发展,航空航天、土木建筑、医疗设备等领域对倾斜角测量技术的要求也在不断提高,特别是雷达、精密机械手臂、医用CT等需要大量程高精度倾斜角测量的精密设备。针对于目前倾角仪大部分只能做到大量程低精度或者小量程高精度的情况,设计了一种基于MEMS传感器的大量程高精度倾角仪。
  本文首先从增加系统的测量范围出发,测量单元采用由三个单轴MEMS加速度计组成的正交三轴测量模型,在同等测量精度的基础上增大了倾斜角测量范围;硬件设计部分选用低噪声高精度的加速度传感器,高分辨率的模数转换芯片和高运算速率的控制解算芯片,为数据的高精度采集处理打下基础。
  随后通过分析系统的组成结构与测量模型,总结出了影响系统测量精度的主要因素。针对于目前传统标定方法存在的不足,提出了一种基于转台的多位置标定方法,实现了系统标度因数矩阵和零点电压的高精度标定;针对于标定后加速度传感器标度因数和零点电压随温度变化而产生漂移的问题,提出了一种分段式温度补偿方法,减小了环境温度的变化对系统测量结果的影响;针对于倾角仪系统在长期使用过程中零点电压漂移的问题,提出了一种现场快速标定方法,在很大程度上增加了倾角仪系统的实用性。
  最后,利用三轴位置温控转台分别对多位置标定补偿方法、分段式温度补偿方法、现场快速标定方法进行了实验验证,证明了三种误差补偿方法的有效性。经实验验证表明,该系统能够在全温度范围内(-20℃~60℃)实现0°~360°的倾斜角测量而且测量最大误差不超过0.01°。
[硕士论文] 汤跃
仪器科学与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:基于相干布居囚禁(Coherent Population Trapping,CPT)原理的被动型原子钟,由于摆脱了微波腔的束缚,相比于主动型原子钟,在很大程度上减小了结构体积。同时,微机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术的引入,取代了传统的吹玻璃法工艺制造碱金属气室,从而使原子气室尺寸从厘米量级降到了毫米量级,不仅缩小了物理系统体积,也大大降低了包括光源、探测、加热单元在内的功耗。因此,基于CPT共振原理的原子钟又被称之为芯片原子钟(Chip Scale Atomic Clock,CSAC)。CSAC的频率稳定度比传统的晶振钟高出3~4个数量级,而在定位系统中,1μs的时钟误差将会引起近300m的位置误差,因此,高精度的时钟在导航定位中显得尤为重要。
  CSAC存在两个关键问题,一是尺寸芯片化,二是频率稳定度最优化。尺寸芯片化的关键在于原子气室的芯片化,因此,制作高密封、多气氛的原子气室是核心技术。同时,原子气室的优劣也将直接决定整个原子钟系统的频率稳定度。论文主要对微型化的原子气室进行了研究,主要工作分为以下几点:
  第一,详细说明了本课题的背景及意义,梳理了国内外研究CPT原子钟的发展脉络以及研究进展;第二,研究了CPT原理,重点研究了原子气室在微型化尺度下产生的碰撞、磁场偏移以及光位移对CPT共振的影响;第三,将CSAC的结构分为两个部分,电学系统与光学系统,然后对两者进行了详细介绍,同时介绍了本课题采取的方案设计;第四,研究了MEMS气室的制作流程,基于MEMS技术,采用感应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,ICP)深硅刻蚀机刻蚀硅片,得到气室结构。结合阳极键合机,分两次键合完成对气室的封装,得到了充有缓冲气体与不含缓冲气体两种类型的气室。在制备气室的过程中,硅片的掩膜采用AZ4620光刻胶,同时研究了深硅刻蚀后硅片表面的形貌特征,计算了刻蚀过程中不同尺寸下刻蚀机对硅片的刻蚀速率,分析了不同尺寸下刻蚀速率差异的原因。第五,对不充缓冲气体的碱金属气室进行了饱和吸收测试,对充有缓冲气体的碱金属气室进行了CPT共振测试,测试结果表明:制备的不充缓冲气体的微碱金属气室,在温度为80℃的条件下具有明显的饱和吸收现象;充有缓冲气体的气室也观察到了CPT共振谱线。
[硕士论文] 秦立君
仪器科学与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:随着MEMS器件在各种领域都有着非常广泛的应用,MEMS失效问题已经是急需解决的问题之一。在军事设备等使用领域中,温度、振动、冲击能够导致其结构的破裂、输出漂移、疲劳失效等,因而要求MEMS可以承受很高的温度、振动、冲击载荷。MEMS高g值微加速度计作为MEMS的主要分支,分析其失效是MEMS器件可靠性领域的重要内容。
  本文以压阻式MEMS高g值微加速度计作为分析对象。首先在理论上分析其在高温、振动、冲击下的失效模式和机理。其次通过软件仿真模拟实际使用环境,三者结合对其失效进行了深入分析,能够得到在高温环境下:热应力导致梁的弯曲从而产生疲劳失效以及温度影响阻值导致漂移太大而失效;振动作用下:振动造成的渐进与累积的疲劳失效以及加速度计的管壳发生层裂;冲击作用下:键合引线脱落而失效以及梁断裂而失效;再次设计了高温、振动、冲击下的可靠性强化试验剖面,确定了在高温、振动、冲击环境下的敏感应力及应力分布,通过利用两参威布尔分布等方法对高g值微加速度计进行评估。
  最后,对所做的高g值微加速度计的失效分析研究进行总结,并指出高g值微加速度计研究中需要进一步研究的内容和改进的方向。
[博士论文] 李克武
信息与通信工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:椭偏测量技术是一种多功能光学测量技术,通过测量偏振光入射薄膜样品前后偏振态的变化能够获取薄膜光学常数、结构及厚度等参数,具有设备操作简单,测量周期短,测量成本低,非接触无损测量,便于实现原位、在线测量等显著优点。椭偏测量技术已被广泛应用于微电子、光学镀膜、平板显示和光伏太阳能电池等行业,并逐渐拓展应用于生物分子互作用、原子沉积、分子自组装、材料相变等物理过程观测,在生命科学、纳米科技和新材料技术等高新技术领域展现出应用潜力。然而,这些新型应用对椭偏仪的测量速度、灵敏度和仪器设备的自动化程度等性能参数提出越来越高的要求。因此,如何进一步提高椭偏测量的速度和灵敏度,并兼顾全范围测量和仪器自动化控制,成为当前椭偏测量技术发展亟待解决的重要科学问题。
  为解决好上述问题,本论文首次提出快轴可调弹光偏振调制方法,并研制了快轴可调弹光调制器(Fast axis adjustable Photoelastic Modulator,FaaPEM),利用FaaPEM快轴方位角和相位延迟量可灵活调节的偏振调制优势,搭建了基于快轴可调弹光调制的椭偏测量系统,并探索了该椭偏测量系统在生物传感领域的应用研究。本论文完成的主要研究工作及取得的成果如下:
  1、首先从偏振原理出发,详细分析了弹光调制基本理论,本文首次提出了一种45°双驱动的FaaPEM结构,并建立了快轴可调弹光调制理论模型。该类型弹光调制具有纯驻波和纯行波两种优异的偏振调制模式。纯驻波模式下,快轴方位角和相位延迟量能够通过调节两驱动电压幅值实现调节;纯行波模式下,相位延迟量为一常数,快轴以FaaPEM谐振频率的半频做圆周运动。
  2、通过解决压电驱动器与通光晶体频率匹配、胶合和固定的关键技术难题,研制了FaaPEM的光学头;设计了由FPGA控制电路、全桥逆变电路和LC谐振电路组成的驱动控制系统,驱动电压信号的频率、幅值和相位等参数通过FPGA中实现的DDS进行调节,满足了FaaPEM的纯驻波和纯行波两种偏振调制模式的驱动需求;设计了偏振调制实验,对FaaPEM的偏振调制性能进行了实验测试,提供了两种偏振调制模式的实验验证方法,并完成了FaaPEM频率和相位延迟量等参数定标。
  3、利用FaaPEM快轴可调的偏振分析优势,搭建了快轴可调弹光调制型椭偏测量系统;针对FaaPEM工作特点及调制信号特点,结合FPGA的硬件资源,设计了基于FPGA的FaaPEM驱动控制及数字锁相数据处理方案,实现了椭偏参量的高速、高灵敏、全范围、原位测量;利用搭建好的系统对SiO2/Si薄膜样品进行了测试,结果表明椭偏参量的测量灵敏度可达10-30,单次测量时间在毫秒量级。
  4、探索椭偏测量系统在生物传感领域的应用研究,建立了椭偏生物传感新方案。对生物膜系统的椭偏参量进行了数值计算仿真;设计了半柱面棱镜耦合的生物传感反应池,实现了检测光源以准布儒斯特角入射生物膜系统;应用快轴可调弹光调制型椭偏测量系统直接测量椭偏参量ψ和△,实现了溶液折射率和生物薄膜等效厚度及表面质量密度的同时监测。免疫反应传感实验表明,该椭偏生物传感新方案具有快速、高灵敏、原位、免样品标记、操作简单和低成本等传感应用优势。
  本论文的研究将有助于椭偏测量技术的发展,并对椭偏测量技术的拓展应用提供一定的理论依据和经验。
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