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[硕士论文] 陈志飞
电路与系统 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:超声相控阵作为无损检测技术之一,广泛应用于航空、交通、军事、医疗等工业领域。超声相控阵检测技术具有检测效率高、可靠性强、检测结果可视化、实时性好以及操作方便等众多优点,逐渐发展为国内外无损检测领域研究的热点技术。
  本文针对基于FPGA的超声相控阵控制系统进行相关的研究。首先,阐述超声波的物理和传播特性,探讨超声声场的基本性质,分析阵元间距和延时精度对超声检测分辨率的影响。随后,详细介绍超声相控阵控制系统的硬件设计方案,具体包括核心器件FPGA、激励发射、隔离限幅、采集接收、回波缓存、电源系统以及FPGA配置等相关电路设计,并完成系统硬件设计。同时,设计基于FPGA的粗细延时发射模块、LVDS信号接口、LVDS信号数据串转并模块、数据存储模块、波束合成模块以及SPI通信模块等功能模块,并分别对各个模块的功能和时序进行仿真和验证。
  然后,搭建超声相控阵硬件系统,并对供电系统电路、发射电路、限幅隔离以及接收电路进行调试。进而,对超声相控阵系统进行实际探伤测试,得到与检测缺陷接近的结果图像。
  最后,通过对探伤实验结果成像的分析,表明本文基于FPGA的超声相控阵控制系统技术的研究与硬件电路的建立,不仅能够达到超声相控阵探伤检测基本要求,而且使超声系统检测的准确性得到了提高。
[硕士论文] 朱静坤
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:空气是由多种成分构成的混合气体,使用等焓和等熵膨胀,将热量从空气中抽取,使其降温,直到降低至冷凝温度后开始液化,从而将不同成分的氮、氧、二氧化碳等气体逐一分离。液化空气站在这些工艺过程中需要空气过滤设备、空气压缩膨胀设备、附属冷却装置等。随着中国工业的高速发展,高纯度空气产品需求量不断上升,因而液化空气站近年来在中国各个发达城市广泛蔓延开来。本文介绍了液化空气站的概念,分析了大型液化空气站内噪声源的类型及特性,对液化空气站内具代表性的冷却塔、自洁式空气过滤器、空分厂房等噪声源进行了噪声影响预测,根据预测结果进行声源的噪声控制试验研究,使液化空气站厂界敏感点噪声达到了《声环境质量标准》(GB3096-2008)及《工业企业厂界噪声排放标准(GB12348-2008)》中的3类标准的要求。主要有以下内容和结论:
  (1)分析与研究国内外对液化空气站中主要噪声源的治理方法。得知强制湿式机械通风冷却塔的噪声原因由以下导致:风机进排气、填料淋水、冷却塔水泵运行、电动机运转等。其噪声主要有空气动力性噪声构成,频带呈现中低频特性。空气过滤器噪声主要由空气动力性噪声、风机壳体振动相关的固体声,频带呈中低频噪声,尤其是低频噪声治理是其难点。空压机组噪声主要来源为风机进排气噪声、“喘振”、“液击”等构成,其低频噪声穿透力强,是治理的难点。本文通过实地测量分析得出冷却塔进出风口lm靠近南厂界方向噪声分别为79.7dB(A)、85.1dB(A),自洁式空气过滤器扩散口噪声为84.5dB(A)。对其噪声频谱进行分析后得出,两类噪声主要特征为中低频噪声,并进行噪声源噪声影响预测与控制试验研究。
  (2)本研究选取位于3类声环境功能区的液化空气站内的自洁式空气过滤系统、冷却系统噪声源为研究对象,利用《环境影响评价技术导则声环境》(HJ2.4-2009)中的噪声衰减预测模式以及应用能量叠加法的面声源预测模型,根据噪声源的类型、特性及位置选取不同预测模型进行预测,以液化空气站厂界外5m处宿舍楼为敏感点,预测各声源的噪声水平、垂直距离衰减的叠加噪声影响。结果显示冷却塔机组进风面噪声衰减预测中利用环评导则和能量叠加法最终得到的预测值与实测值的误差分别在2.6dB(A)、1.3dB(A)范围内,本研究中将冷却塔机组进风口看作面声源并利用能量叠加法进行噪声衰减预测得到的预测值更符合实际情况,根据预测冷却塔机组、自洁式空气过滤系统所需的降噪量分别为16.5dB(A)、2.3dB(A)。
  (3)根据预测结果分别进行了自洁式空气过滤器、冷却塔机组的降噪试验,试验对自洁式空气过滤器安装整体吸隔声罩、在进风口安装阻抗复合消声器,降噪试验完成后自洁式空气过滤器进风口噪声降低16.1dB(A),试验前后进风风速增加0.2m/s,增加阻力损失为7.93Pa,风速及阻力损失控制在合理范围内;试验在冷却塔进、出风口安装阻抗复合消声器,试验完成后冷却塔机组噪声降低22.1dB(A),阻力损失为9.39Pa,满足预测所需降噪量,各楼层测点噪声均满足《声环境质量标准》(GB3096-2008)中3类区的噪声限值标准。
  (4)液化空气站内空分厂房的噪声及振动对厂界噪声影响较大。本研究选取位于3类区的液化空气站中空分机房为研究对象,利用环评导则中的室内声源等效室外声源声功率级的方法对机房内声源噪声对隔壁楼层噪声影响进行预测分析,分析得出1楼室内噪声超标主要受空气声、固体声的共同影响,2、3楼噪声超标全部由机房内设备振动引起固体传声导致。
  (5)根据分析结果进行了空分机房隔振和降噪试验,试验采用混凝土基座、弹簧减振器和橡胶减振垫结合的复合隔振结构对空压机机组进行隔振处理、在压缩主机下安装双层橡胶减振垫、在机房内吊挂吸声体并更换隔声门、隔声窗,试验完成后办公楼1层内昼间噪声从65.1dB(A)降至48.6dB(A),各楼层的噪声均达到《社会生活环境噪声排放标准》(GB22337-2008)表2、表3中3类区的要求。
[硕士论文] 孔维新
声学 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:压差式矢量水听器的校准一直是一个较难解决的问题,针对此问题本文设计了一中基于光纤传感的压差式矢量水听器对其传感原理进行了理论分析,并为其设计了驻波场校准方案,对驻波场校准此类压差式矢量水听器进行了理论分析和计算机仿真并作比较。此类研究方法对压差式矢量水听器的应用具有重要的作用和意义。世界各国对海洋资源开发和海洋探测的需要对光纤水听器和水声矢量探测器的研发和应用提供了有力的推动作用。
  在构成原理上本文所设计的压差式光纤矢量水听器是以Michelson光纤干涉仪为信号传感基础,以顺变柱体和声压感应膜片为矢量水听器的载体,以电信号的分析来解调声场中的声压差以及声场的矢量信息。在传感原理方面,压差式光纤矢量水听器通过顺变柱体两端的声压感应膜片来接受声场中的声压梯度信息或质点振速信息,然后将声场中的压力信息通过顺变柱体传导到顺变柱体并引起顺变柱体的物理性变,进而由缠绕在顺变柱体两端Michelson光纤干涉仪的量光信号传感臂探测到形变信息并将此形变信号转化为光纤干涉仪中的光干涉信号。
  文章在对顺变柱体在静态条件下应力应变分析的基础上分析了顺变柱体在外界声压作用下的形变方程,并在此基础上分析了压差式光纤矢量水听器顺变柱体膜片复合结构同缠绕光纤之间在外加声压作用下的耦合形变。同时在此基础上推到了矢量水听器的声压-相移灵敏度输出原理,并得到了精确的相移输出公式。
  随后分析了各设计参数对影响矢量水听器声压-相移灵敏度的影响,并对其一一作了计算机仿真分析,又在此基础上分析了矢量水听器在动态测量条件下的谐振对其矢量测量的影响。
  最后在前面分析和总结的基础上对其动态条件下的声压-相移灵敏度作了仿真分析,并对影响矢量水听器相移输出的各要素作了详细的讨论和分析,同时在矢量水听器声压-相移灵敏度频率响应分析的基础上分析了在不同条件下矢量水听器的指向性曲线。
[硕士论文] 汤本俊
检测技术与自动化装置 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:通过振动台实验,我们可以研究结构试件的振动位移等信息。通过分析位移信息得到其抗震性能。检测结构试件的特征点作为物体测试的特定点,其位移、速度、加速度、挠度等运动参数是实验所要得到的数据。而本文的重点在于检测特征点的位移变化,通过对位移变化曲线的分析,来判断结构试件是否发生了变形。
  本文主要研究了视觉技术应用于结构位移检测的现状以及发展趋势。了解了振动台试验的位移检测的基本理论,主要包括数字图像的成像原理及其表现形式与特征、图像用于测量工作时所涉及的坐标系、图像预处理的相关算法、目标点的定位以及相机标定算法。提出了基于双目立体视觉技术的振动台试验的结构试件位移测量的算法,并对该算法的关键技术做了具体的研究。
  其核心内容包括:
  1)本文采用基于圆形阵列组成的标定板与张氏标定算法对系统进行标定。
  2)通过基于彩色空间转换与Hough变换检测直线,降低了直线漏检率。再根据Harris角点检测算法得到图像的特征点,通过控制阈值来控制角点的数目和质量。
  3)本文研究了特征点匹配的约束条件以及sift特征描述子,采用基于极线约束的双向匹配算法进行实验匹配,得到较好的结果。研究了双目视觉测量位移的原理。并将其应用于结构试件位移检测中。本文重点研究了双目视觉系统的标定、特征点的检测及匹配。通过设计静态试验验证了本文算法的可行性,再将此算法应用到振动台的动态试验中,得到结构试件的动态位移曲线。
  针对本文提出的测量方法,设计了相应的动、静态两种实验方案,并在我校的振动台实验室中进行了实验。首先通过静态试验来验证本文算法测量的可行性以及测量精度。然后进行了正弦波激励实验,并通过本文算法计算结构试件特征点的位移,得到的位移曲线基本与正弦激励信号变化趋势是一致的。
[硕士论文] 杨坤鹏
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:金属橡胶隔振器是军用装甲车上的大功率柴油机减振系统的重要支撑元件,这种隔振器具有耐高温、抗腐蚀、防辐射的特点,使其得以在强载荷、安装空间小及环境恶劣的军用大型柴油机减振系统中发挥良好的减振作用并具有较长的使用寿命。近年来,国内外学者对于金属橡胶隔振器的研究大部分集中于其试验及结构设计上,但是对于其内部的工作机理及非线性特性研究较少,所以有必要对其展开特定的研究工作。
  本文针对某金属橡胶隔振器的非线性特性讨论了非线性动力学系统的研究方法及参数辨识方法。首先将金属橡胶隔振器作为一种非线性振动阻尼系统进行具体分析,介绍了非线性振动阻尼系统及其响应求解方法。随后从金属橡胶元件的工艺制备角度分析了其弹性制备工艺及成型过程中的相对变形量对相对密度和刚度系数的影响情况,从微观角度分析了金属橡胶元件的性能和结构特点。从双折线本构模型出发,建立了金属橡胶隔振器系统的滞迟恢复力模型,根据金属橡胶元件的结构特点将滞后力分解为弹性力和阻尼力(不含记忆环节),利用谐波平德法分析金属橡胶隔振器的固有频率特性和进行分岔现象的预测,根据多项式拟合将模型推导为多项式形式,并进行线性等效,方便了后期的参数分离识别方程的建立。对之前所建立模型表达式进行参数的分离识别,得出所需的各个参数的分离识别模型,然后建立相应的整体识别方程,利用遗传算法迭代求解得出金属橡胶隔振系统的参数,并在同幅不同频、同频不同幅两种情况下做出了比较,得出一些相关规律。
  利用Simulink进行运动微分方程的分析,随后通过正弦扫频试验分别求出了金属橡胶隔振器系统的固有频率、耗能因子、阻尼系数及刚度,并与之前所建立的模型求解结果对比,误差较小,证明了所建模方法和建立模型的正确可靠性。
[硕士论文] 潘衡
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:修枝机是园林美化工作中的一项重要工具,可以大大提高园林工人对植物的修剪工作。但是传统的设计方法过多考虑修枝机的外形和强度,而忽视其动态特性,使生产出来的产品振动噪声过大,给园林工作者的身体和心理造成了很大的伤害。齿轮箱是修枝机的关键传动部件,其设计制造的不足会造成齿轮箱振动剧烈,从而产生较大的辐射噪声。本文以某型号园林修枝机的齿轮箱系统为研究对象,对其振动特性及由此产生的噪声展开研究,并通过改进结构的措施达到降低齿轮箱系统振动噪声的目的。
  本文对修枝机齿轮箱系统振动噪声的分析工作如下:
  (1)修枝机齿轮箱的激励力提取。利用三维软件Solidworks强大的建模功能,建立修枝机齿轮箱的三维CAD模型,进行必要的简化和删减,并且把得到的修枝机齿轮箱传动结构导入ADAMS中。基于多刚体动力学理论,结合修枝机齿轮箱的实际运动情况,设置各零件间的运动约束和接触参数,建立齿轮箱传动系统的多刚体动力学模型。施加驱动,对修枝机齿轮箱的运动过程进行仿真,提取修枝机齿轮箱箱体内两对啮合齿轮的啮合力。
  (2)修枝机齿轮箱模态分析与实验验证。有限元模型的建立是模态分析的基础,首先,利用Hypermesh对修枝机齿轮箱CAD模型进行前处理;然后,根据齿轮箱的几何特征和大小,采用合适的网格标准,进行网格划分,建立齿轮箱的结构有限元模型。最后再利用ANSYS Workbench对齿轮箱结构的约束模态和自由模态进行计算,约束模态分析得到修枝机齿轮箱实际工作状态下的模态。另外,通过力锤法敲击齿轮箱得到频响函数曲线,基于频响曲线提取试验模态频率。将修枝机齿轮箱的试验自由模态与仿真自由模态进行比较,两者模态频率一致,验证了有限元模型的正确性。
  (3)修枝机齿轮箱谐响应分析。将前文获取的齿轮箱齿轮啮合力作为激励,加载到修枝机齿轮箱有限元模型上,进行修枝机齿轮箱谐响应分析,得到各个频率下的振动响应,并且通过ANSYS Workbench求得关键参考点X、Y、Z方向的振动位移数据,分析其振动特征。
  (4)修枝机齿轮箱辐射噪声预测。将修枝机齿轮箱的声学有限元模型导入到LMSVirtual lab中,同时将修枝机齿轮箱的振动结果映射到声学网格上作为辐射噪声分析盼边界条件,结合FEM(Finite Element Method)和AML(Automatic Matched Layer)的方法,对修枝机齿轮箱辐射噪声进行预测。
  (5)修枝机齿轮箱辐射噪声的优化改进。首先介绍噪声对人类的危害,然后根据仿真结果确定在齿轮箱下箱体增加对称加强筋,对修改后的模型重新进行谐响应分析,并基于ATV(Acoustic Transfer Vector)和MATV(Model Acoustic Transfer Vector)理论,运用FEM和AML的方法预测箱体结构优化后的辐射噪声,降噪效果比较明显。
[硕士论文] 王玉江
电子与通信工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:光谱成像技术是研究目标物质在不同波长下采集的图像信息和光谱信息,并根据其光谱特征对目标物质进行探测和分析,广泛应用于遥感测量、深空探测等领域。随着光谱成像技术的发展,对其光谱测量范围、光谱分辨率、成像清晰度等要求越来越高。当前采用第四代分光技术的声光可调谐滤光器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)被广泛应用于光谱成像系统,AOTF作为光谱成像系统的分光器件,其工作波长范围、光谱衍射效率及分辨率等参数对光谱成像系统的性能起到决定性的影响,因此研究如何提高AOTF性能参数对AOTF的发展具有一定的现实意义。
  AOTF的性能主要受到AOTF驱动电路系统和AOTF内部的超声换能器匹配电路的影响,由此,本文设计了一种高性能AOTF驱动电路以及双路超声换能器匹配电路。AOTF作为功率驱动型器件,按其工作所需功率要求,设计了一种具有一定带宽且功率输出稳定的AOTF驱动电路,其输出功率在50~210MHz带宽范围内稳定在33~35dBm,较好地满足AOTF最佳工作要求。超声换能器作为AOTF重要部件,其在不同频率下具有不同的输入阻抗,当AOTF驱动电路的输出阻抗与换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗,导致驱动功率无法最大限度的传递给换能器,从而使AOTF光谱衍射效率降低,影响光谱图像清晰度。为此,通过对超声换能器阻抗频率特性的深入研究,运用滤波器网络匹配理论及射频电路理论,设计了一种频带宽、光谱衍射效率及功率效率高的新型匹配电路。
  在实验测试平台上,对AOTF驱动电路以及双路超声换能器匹配电路进行实验与优化,最终测得AOTF的光谱衍射效率最高达93.9%,光谱带宽小于5nm,双路换能器匹配电路功率效率达到90%以上,提高了在420~1150nm波段范围内的光谱衍射效率及分辨率。最后对光谱成像系统样机进行外景测试,实测目标的成像质量得到明显改善。
[硕士论文] 张镇
力学;一般力学与力学基础 东南大学 2017(学位年度)
摘要:颗粒阻尼减振技术属于振动被动控制技术的一种,它的机理是通过在振动的结构上附加封闭的容器,容器内部填充细小颗粒,利用颗粒与颗粒以及颗粒与容器壁之间的碰撞摩擦来消耗能量。颗粒阻尼减振技术具有减振频带宽,结构简单,耐久性好,易于用高温恶劣环境等优点,已经成功地应用于机械工程减振等领域。然而,由于在容器内部颗粒流的碰撞十分复杂,颗粒阻尼器的阻尼特性很难被预测。因此,颗粒阻尼系统减振特性的研究已经成为国内外学者研究的重要内容。
  论文通过试验和数值模拟两个方面对颗粒阻尼器减振特性进行了研究,在数值模拟中,采用了国内外未曾使用过的基于离散单元法的结构体和阻尼器全系统模拟。
  在试验方面,先进行了基于单自由度悬臂梁的颗粒阻尼试验,研究了填充率、颗粒粒径大小、不同密度的颗粒材料、初始位移以及阻尼器的位置对系统阻尼比的影响;然后对基于单层钢框架的颗粒阻尼试验研究,分析了填充率、阻尼器安装位置以及金属盒形状对阻尼效果的影响。
  在数值研究中,采用基于离散单元法的PFC3D程序对全系统进行了数值模拟。在模拟过程中,把主结构体(悬臂梁、钢框架、金属盒以及固定颗粒)离散成许多非常小的颗粒体单元的密实组合,通过平行连接模型实现固体材料的连续特性;自由颗粒间的相互作用用滑移接触模型描述,接触力计算采用Hertz-Mindlin接触模型。分别进行了单自由度悬臂梁的自由振动,以及钢框架在正弦激励下受迫振动的模拟,研究了颗粒阻尼器的减振特性。
  综合试验和数值研究,获得以下结论:
  填充率选择75%左右较为合理,充分利用阻尼器内部的空间,使得容器内的颗粒与颗粒,颗粒与容器壁之间得到充分的碰撞、摩擦。
  阻尼颗粒应选用密度较大的材料,如碳钢,甚至密度更大的金属。随着颗粒材料密度的增大,系统的阻尼比也随之增加。
  阻尼颗粒粒径的选择与外部激励,也就是初始位移有关,在外部激励较大时,即初始位移较大时,建议采用粒径小的颗粒,在利用碰撞耗能的同时,有效增加摩擦耗能;而在外部激励较小时,应该选用粒径大的颗粒,使得颗粒与容器壁之间的碰撞充分发挥。
  阻尼器的位置应安装在系统振动方向上振幅较大的位置。
  初始位移越大,振幅越大,颗粒间以及颗粒与容器壁之间的碰撞和摩擦越充分,减振效果越明显。
  通过比较不同横截面(圆形和正方形)的阻尼器,在相同总质量、相同粒径、相同材料、相同颗粒数目的情况下进行正弦激励振动试验。采集钢框架在其一阶固有频率处的功率谱密度幅值,颗粒填充数目为100个前,颗粒的运动路径长度对减振效果影响较大,此时圆柱形金属盒内颗粒的运动路径更短,单位时间内发生碰撞、摩擦的次数更多,减振效果更好;而颗粒填充数目超过100个以后,金属盒内的颗粒层高度H对减振效果影响较大,此时,正方形金属盒内颗粒层高度H较小,底层颗粒受到的压力较小,颗粒更容易起振,单位时间内碰撞、摩擦能够得到充分发挥,减振效果更好。
[硕士论文] 陆东
电气工程 河北科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着经济的发展,电力电缆在电力传输中起着重要的作用,其运行的可靠性对整个电力系统的安全运行具有重要意义。局部放电是导致绝缘损坏进而导致电缆损坏的重要原因之一,判断局部放电特征并对故障点定位,对于及时发现电缆早期故障隐患的发生具有重要的意义。
  由于电缆放电时会产生超声波信号,本文设计了电缆局部放电超声波检测系统,利用软件和硬件相结合的方法,通过研究超声波信号,对电缆的放电点进行定位,并且对放电信号进行了分析。
  论文主要工作具体如下:
  1)设计了局部放电超声波检测系统,利用放大电路和滤波电路对超声波信号进行了处理,并且利用数据采集卡对数据进行采集,并传输到计算机上。
  2)利用Labview编写了滤波程序,在计算机上对信号进行了软件滤波处理,达到了滤波目的。
  3)利用Matlab对波形进行了小波分析,把信号进行了去白噪处理,并分析了超声波的传播和衰减规律。
  4)利用该套系统进行了多组实验,对空气中和土壤中的放电点进行了定位,计算求得的放电点和实际放电点的距离误差在可接受范围内。
  通过分析多组实验数据,结果说明本文所设计的这套系统可以实现局部放电信号检测和局部放电定位功能。
[硕士论文] 梁斌
数学 中北大学 2017(学位年度)
摘要:MEMS矢量水听器的优点在于它体积小、一致性好、成本低等优势,且能够同时、共点地获得声场中的标量声压信息和矢量振速信息,而更丰富的输出信号也为声源目标的信号处理与波达方向估计提供了更多的处理手段,并且具备抵消各向同性噪声干扰的能力。近年来,矢量水听器技术在水下目标探测、潜艇隐身及声源定向定位等领域受到了各海洋大国的普遍关注,并已用于水声领域的工程应用阶段,而相关的信号处理问题也成为各国研究的前沿热点。
  本文对自适应算法和DOA估计算法在水声信号处理中的应用进行了比较系统的研究,主要研究内容如下:
  (1)根据水声信号与噪声信号特征的差异性,针对MEMS水听器采集的数据“淹没”在强噪声场中的问题,提出采用LMS自适应噪声对消与Fourier变换滤波相结合的改进算法进行信噪分离,对提取后的信号与理想信号做MATLAB仿真实验对比,并从均方误差(RMSE)、信噪比(SNR)、信噪比增益(GSNR)、相似度(R)等方面进行了去噪性能评价分析。仿真结果表明,该改进算法突破了传统自适应噪声对消法在低信噪比(低于0dB)和非平稳噪声环境下去噪效果奇差的局限,在信噪比降至-15dB以下时,仍有很好的去噪能力。
  (2)利用改进去噪算法得到预处理信号,分别运用反切算法,平均声强法,互谱算法及最小二乘法进行了单矢量水听器的声源的波达方向(DOA,Direction Of Arrival)估计,与设定的方位角进行均方误差与成功率分析,评价改进算法与中心滤波算法的在不同快拍数和信噪比环境下的优劣性能,为工程应用提供实验依据。
  (3)利用改进算法结合多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法进行矢量水听器阵列的DOA估计,评价改进MUSIC算法与原MUSIC算法的在不同快拍数和信噪比环境下的优劣性能,分别比较分析了方位角估计的均方误差与预测成功率,显示出改进算法在低信噪比下的情况下仍有一定的工程应用性。
  仿真结果表明:该改进去噪算法极大的提高了声源方位角估计精度,其中平均声强法、互谱法在小快拍数和低信噪比下也具有良好的单矢量水听器DOA估计性能精度;改进MUSIC算法在小快拍数和低信噪比下要比原MUSIC算法要具有更高的预测成功率和更小的方位角均方误差值。
  (4)最后,进行了汾河二库实验。基于汾河湖试数据的实验处理结果表明:经过数据预处理的定位定向结果显示良好,性能良好,计算简单高效,为工程实际应用提供满意的效果。
[硕士论文] 孙岳
控制理论与控制工程 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:振动台试验是研究结构试件抗震性能的一种重要方法,通过对振动台输入不同的激励信号,获取结构试件的特定测试点在不同激励信号下的速度、位移等运动参数。其中对特定测试点的位移进行相关分析,得到特定测试点处结构试件的变形位移具有重要的实际意义。
  本文将机器视觉技术应用到振动台试验中结构试件特定测试点处变形位移测量中,利用两台摄像机同步对随振动台一起运动的结构试件进行视频采样,然后通过对图像进行相关处理与分析,基于双目视觉测量原理及本文提出的测量算法计算出结构试件的变形位移,从一种新的渠道为振动台试验提供更广泛的数据。本文研究的主要工作内容有以下几个方面:
  (1)为了提高结构试件变形位移的测量精度,设计了一种用回光反射材料制作的人工圆形标志粘贴在被测结构试件表面,利用图像处理相关知识对粘贴有人工圆形标志的试件图像进行处理分析,通过对几种处理方法的处理效果及处理速度的对比,从中选择出相应的合适算法。针对处理过程中出现人工标志与背景粘连进行了处理,消除了粘连,并利用改进的最小二乘椭圆拟合算法对人工标志进行了拟合定位。
  (2)针对左右两摄像机对应时刻图像中人工标志点的匹配问题,采用了基于对称性测验的极线约束准则。对于序列图像中人工标志点的跟踪,采用了Kalman滤波算法。
  (3)对摄像机标定原理进行了深入的研究分析,并利用张氏标定法对摄像机进行了标定,在标定实验中不但考虑了畸变,而且对精度采取多层次细化纠错,完成了对摄像机的高精度标定。另外针对本文的研究对象,在双目视觉测量原理基础上提出了自己的测量算法,并对振动台在固定位移信号下试件的位移和正弦波信号激励下试件的变形位移进行了测量,由测量结果可知符合客观事实。
[硕士论文] 雷鑫
控制工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,超声设备的不断普及,超声科业务流程的不断优化,对超声影像系统的需求也越来越多。超声影像系统是医院超声科室用于影像管理的信息系统。超声影像系统的主要功能就是管理超声科业务,实现医学影像信息的快速传输与共享,更好地服务超声科的检查和诊断。
  本课题主要是为了提高超声科室的管理和诊断水平,根据超声科室的需求研究和实现具有管理和辅助诊断功能的超声影像系统。根据对超声影像系统的研究和分析,本文主要从两个方面研究与实现超声影像系统:第一、超声影像系统影像后处理模块关键技术研究——超声图像分割算法研究;第二、超声影像系统核心模块的设计与实现。
  超声图像分割算法研究部分,首先总结了医学图像分割算法的特点,然后重点对水平集活动轮廓模型进行了研究。根据超声图像的特点,选择了模糊水平集图像分割算法。本文对算法进行了改进,首先对超声图像进行模糊聚类,然后选择感兴趣的类并处理,并根据处理结果估计初始演化曲线和控制参数,最后进行水平集演化。算法在MATLAB下进行仿真,并使用C++语言实现。
  超声影像系统的设计与实现部分,论文首先从医生、患者、影像三个角度对系统进行了详细的功能分析。其次,对系统的软件架构、使用标准以及数据存储方案进行了深入的研究。使用标准方面重点研究了DICOM标准(Digital Imaging and Communication in Medicine)和HL7标准(Health Level Seven)。在此基础之上,设计系统时首先确定了系统的设计原则和实现目标,并对系统软件逻辑架构、技术架构和数据库表进行了设计。然后依据技术架构和业务流程完成了登记预约、影像报告、查询列表、科室管理等核心模块的设计与实现,并将研究的超声图像分割算法作为新增功能集成在影像后处理模块。最后,按照测试内容对超声影像系统进行了全面的测试与分析。结果表明本文设计的超声影像系统具有完善的功能和良好的性能表现。
  本文设计的超声影像系统能够有效辅助科室管理患者信息和科室信息,提高了超声科室的管理水平。同时超声图像分割算法加入系统影像后处理模块可以辅助甲状腺、乳腺等疾病的诊断。
[硕士论文] 廖振星
电子科学与技术;电路与系统 东南大学 2017(学位年度)
摘要:超声相控阵检测是无损检测领域的高级检测技术和研究热点,在工业中得到了广泛应用。而数字控制系统是超声相控阵仪器的控制核心,它功能的完善和性能的提升可促进仪器进一步朝便携化、数字化与多通道化发展。本论文设计了基于FPGA的16通道超声相控阵数字控制系统,并着重研究了声束形成、高速实时数据存储与传输等关键技术,最后给出了缺陷的探测成像图。主要工作和成果如下:
  1.超声相控阵核心原理的研究。研究了超声相控阵的声场理论和检测原理,包括相控阵系统的发射和接收原理、延时控制法则和误差,同时探讨了多种由简到难的扫查方式的原理及实现方法,以及系统特性的影响因素。
  2.数字系统总体方案的设计。在分析系统需求的基础上,提出了一套支持16通道、64阵元的超声相控阵数字控制系统的设计方案,并对主控器FPGA进行选型和功能模块划分,同时考虑了数字系统整体开发调试环境及设计中的跨时钟域处理技巧。
  3.数字声束形成的设计。研究了超声相控阵数字声束形成方法,在此基础上提出了数字声束形成的关键技术,包括基于1/4相位差法的低复杂度2.5ns精细发射延时设计和基于改进的并行结构CIC滤波的插值抽取接收声束合成算法设计,并对模数转换芯片AD9216进行了数字控制,实验证明该方案能在消耗较少资源的情况下,实现2.5ns高延时精度的声束形成。
  4.高速实时数据存储与传输的设计。研究并提出了超声相控阵高速实时数据存储传输的实现方案,包括USB3.0传输控制器和DDRⅡ超声存储控制器,实验证明该数据存储与传输方案满足了系统高速存储和传输的需求。
  5.数字系统的联机测试。在测试数字系统各模块的基础上,联合整个超声系统,给出针对标准B型试块缺陷进行探测的线扫和扇扫成像图。测试证明数字系统已实现预定功能和指标。
[硕士论文] 罗磊
光学工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:噪声污染与水污染、大气污染并列为全球的三大污染。噪声污染可以分为高频噪声污染和低频噪声污染,相比高频噪声,由于低频噪声污染的危害需要相对较长的时间才能显现出来,所以其带来的危害往往会被人们所忽视,事实上,噪声中的低频部分无论是对人体或者是声环境都会产生危害,需要引起人们的密切关注,因此对噪声的防治采取相关控制方法具有非常重要的意义。
  降噪方式可以分为被动降噪和主动降噪,被动降噪对高频噪声具有较好的效果,但对低频噪声的效果却不尽如人意,假如对低频噪声依然用被动降噪的方式进行降噪,这往往需要与波长比拟的更厚的结构,从而会需求更多的空间,而主动降噪系统主要包括传声器、扬声器以及对噪声信号处理的控制电路,所占用的空间较少,并且对低频噪声能够起到很好的降噪效果,因此无论从成本或效果上来看,关于对低频噪声的控制,我们采用主动降噪的方式更为合适。
  本文基于主动降噪原理和激光声传感原理,对声降噪模块进行了研制,设计并制作了扬声器阵列以及其他降噪相关结构,完成了主动降噪系统的搭建,进行了在自由空间中对单频噪声信号降噪的实验,本文主要研究内容如下:
  (1)开展主动降噪模块的系统方案设计,根据主动降噪原理,对系统相关需求进行分析,综合考虑结构的稳定性、安装的方便性等因素,完成0.5-1 kHz音频范围内模块式主动降噪系统的设计。
  (2)传声系统的研究,基于激光声传感原理进行传声系统的设计,对噪声源信号进行采集,并与微音器(咪头)采集噪声源时的频率响应进行对比研究。
  (3)开展控制系统的研究,信号处理单元要实现如下功能:对前馈测声系统采集的噪声参考信号进行相位反向处理;提供次级声源功率放大信号。
  (4)次级声源系统研究,综合考虑扬声器质量、价格等多个因素,选择性价比高的扬声器,设计次级声源,并对次级声源的声场分布进行研究。
  (5)设计并加工主动降噪模块所需的结构,搭建室内降噪实验系统,完成模块降噪性能测试,经实验测试,在0.5-1 kHz的噪声频率范围内,阵列式主动降噪模块对单频噪声有明显的降噪效果。
[硕士论文] 赫彬
数学 中北大学 2017(学位年度)
摘要:矢量水听器是在标量水听器基础上发展的一种新形式,以其在定位定向方面优于标量水听器而成为研究的热门方向,再将微机电系统(MEMS)技术应用于矢量水听器更是一种创新方法和创新原理的尝试。MEMS矢量水听器具有矢量性、体积小、一致性好和可批量生产等优势。随着科学技术的不断发展,MEMS矢量水听器种类日趋繁多并且其性能也逐渐变得成熟,但其在接收信号数据时仍会混入噪声,为能更好地进行下一步的目标定向定位或是成像研究,需要先对水听器阵列信号进行去噪处理。
  本文系统地研究了不同的模态分解方法在MEMS矢量水听器信号去噪及应用。利用仿真信号数据和中北大学国防重点实验室在汾河进行的汾机实测数据验证了不同模态分解的去噪效果和性能指标。论文主要研究的内容包括:
  (1)传统的信号去噪方法,如傅里叶变换法、自适应去噪法和形态滤波法等,在应用于水声微弱信号中都有一定的去噪效果,但也存在一定的不足之处。本文利用模态分解方法对含噪信号分解的直观性和易实现性,先对仿真含噪信号进行分解处理,然后根据模态分解方法的去噪原理对分解信号进行去噪处理,得到了不同方法对仿真信号的去噪效果和性能指标,对比仿真实验的去噪效果和性能指标得出变分模态分解方法较一系列的经验模态分解方法更优。
  (2)由于经验模态分解方法在分解含噪信号时所产生的模态混叠影响,导致在选取固有模态函数时会产生信号失真和去噪效果差的问题,本文通过对分解后的固有模态函数进行有针对性的再去噪处理来提升算法的去噪能力。根据信号处理的基本知识,随机噪声基本都处于高频部分,将含有大部分噪声的固有模态函数直接舍去或是再利用小波阈值去噪和小波包去噪分别处理有明显信号的固有模态函数,进一步提升去噪效果和降低信号失真。
  (3)由于汾机实测数据的复杂性,只利用经验模态分解方法不能很好地去除实测数据中的噪声。根据对汾机实测数据的频谱分析,得到实测数据不仅有高频的随机噪声,而且还有低频的漂移干扰。结合实际问题需要,本文将经验模态分解方法与小波去噪相结合的方法应用到实测数据去噪处理中,得到了源余弦信号的较好恢复,进而在一定程度上降低了模态混叠的影响。最后,再利用变分模态分解算法对实测数据进行去噪处理,得出该方法很好地解决了经验模态分解方法在分解含噪信号时所产生的模态混叠影响,并且在去噪效果上比经验模态分解和小波结合方法更有优越性。
[硕士论文] 彭修均
机械工程 南昌航空大学 2017(学位年度)
摘要:拓扑优化技术是当前广泛应用于机械、航空航天等各个工程结构设计领域的重要工具,在方法研究和理论应用等方面也都取得了重大成就,其中,结构动力拓扑优化设计为目前最富有挑战意义的课题。变密度法由于其程序简单、优化效率高的优点已成为最为流行的一类拓扑优化方法。为提升优化模型描述材料密度场的能力,达到提高优化性能目的,本文考察了以节点密度为设计变量的拓扑优化设计方法,并围绕几个重要的动力学问题展开研究。研究工作和成果如下:
  (1)为避免以单元密度为设计变量的变密度法拓扑优化中易出现的棋盘格式等数值不稳定问题,研究基于节点变量的拓扑优化设计方法。采用映射函数法构造连续的密度分布场,从源头上解决了密度惩罚法出现的数值问题。引入一种变参数非线性映射函数,保证得到接近0/1分布的优化结果。在此基础上建立静刚度优化模型,采用优化准则(OC)算法导出设计变量的迭代式,推导了相对节点变量的灵敏度公式。经典短悬臂梁结构算例的求解验证了本文方法的有效性,此外还分别讨论了不同优化参数对拓扑优化结果的影响。
  (2)构建了基于节点变量法的简谐力激励下的结构拓扑优化模型。针对工程中常见的简谐载荷作用下的结构振动问题,建立以结构特定位置位移响应幅值最小化为目标、材料体积为约束的动力拓扑优化模型。为解决局部模态问题,对SIMP材料插值模型进行改进处理。依据频率响应法和模态叠加法推导出简谐激励下的结构位移响应表达式,分析得出位移响应值对应节点变量的灵敏度公式。运用OC算法求解优化模型。通过算例比较分析了不同激励频率和简谐载荷作用方向下的结构拓扑优化结果,同时给出了高频激励下结构的拓扑结果。设计算例说明了所提出的方法对多激励源作用的优化模型亦存在可行性。
  (3)基于节点变量法建立了满足振型约束的结构动力拓扑优化方法。考虑结构动力特性优化问题,应用本文方法实现固有频率优化模型的求解。并进一步讨论同时考虑振型和体积约束下的频率优化问题,MAC模态追踪方法的引入解决了优化过程模态交换问题,优化算例得到与对比文献接近的计算结果;在前文研究基础上,建立以结构指定点位移响应幅值最小化为目标、固定阶模态振型约束条件下的优化模型,运用移动渐近线优化算法实现求解。数值算例表明本文方法的有效性,最后将其应用于直线性超声电机定子结构模型构建的实例。
[博士论文] 周权
检测技术与自动化装置 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:气侵检测是石油钻井安全中的一个重要组成部分,也是当前石油天然气开采井控安全研究领域的一个研究热点。传统气侵检测方法基于井口钻井液流速变化,检测结果延迟性较高;而基于井下参数的最新气侵检测方法则需要对旧的钻井工艺设备进行更新,成本较高,难以快速应用。针对深海钻井,在泥线处通过非介入式流量计进行气侵检测的方法是目前成本较低,实时性较强的一种可行方案。本文在此基础上,对泥线处使用超声波进行非侵入式气侵检测的理论及方法进行了全面研究。根据研究层次的不同,本文主要包括气侵检测理论方法,检测应用方案以及验证实验三个方面。
  在检测理论方法上,本文提出基于连续型超声波流速,空隙率以及气侵检测的一套完整的理论及方法。首先根据气侵模型,垂直管道内气液多相流以及超声波相关理论,对连续超声波在环空管内泥浆与甲烷多相流中的传播特性,反射特性,多普勒效应等进行了分析。然后根据波形转换理论以及板波相关理论,从理论上推导了环空管管内泥浆中反射体反射的超声波信号能够在入射管壁时生成板波,并且板波的幅度与反射超声波入射角度相关。基于这些理论分析的结果,结合不同流型状态下气泡分布,流体中质点速度分量分布,接收超声波信号与超声波入射,反射角度,距离,衰减特性等多方面因素构建了一种基于均匀分布的连续超声波反射模型。通过该模型将接收到的反射信号幅度,频谱与环空管内流体流速,空隙率,流型建立确定性关系,并推导出了相应的数学表达式。最后根据这些理论基础,提出了一套基于板波检测对深海钻井过程中泥线处环空管内泥浆及气液两相液的泥浆流速,空隙率的超声波检测算法。同时提出了一个先利用流速,空隙率变化来对气侵进行初步判定,然后根据接收信号频谱形状识别流型变化来进行气侵检测的两级气侵预警检测方法。最后通过泥浆中的固相岩石碎屑与气泡在超声波反射特性,密度,形变特性上的不同进行了总结,对固相与气相进行区分的可行性进行了分析,提出以基于气泡与固相颗粒在形变特性上的区别,从而通过流型变化来进行区分的检测方法。
  在检测应用方案上,提出了分别基于单检测设备以及多检测设备的一套完整的气侵检测综合应用方案。该方案包括了检测装置安装方法,通信方式,气侵分级报警检测算法,硬件设计与软件设计等各个方面。其中气侵分级检测算法综合了流速,空隙率以及流体流型检测三方面的检测结果,并且在逻辑上依据气侵过程对检测结果进行了分级验证。通过不同的报警级别,将检测算法在实时性与准确性上进行了很好地平衡。
  在实验验证方面,本文设计了清水以及泥浆两套气侵模拟实验平台。其中清水实验平台设计有透明观察窗口,用于对本文所提出的基础理论与方法进行了验证。在清水实验平台中,本文设计了空管实验,检测位置以及塑料小球等实验,验证了板波的存在性,以及其频谱与管内流体中反射体速度,大小之间的确定性关系。同时也间接验证了本文所提出的检测模型的正确性。而泥浆模拟实验平台能够实现定量加气以及压力的精确控制。在泥浆实验平台上本文设计了流速实验,空隙率实验,以及对甲烷气侵过程进行模拟的溶解与析出实验。其中流速实验结果显示,本文所提出的流速检测方法能够对泥浆流速进行精确检测,测量结果与靶式流量计(介入式)的最大相对误差<10%,而空隙率实验结果显示本文所提出的检测方法能够有效检测空隙率在3%以上的气侵情况。溶解与析出实验中首先向循环管道中流量定量天然气,然而再通过精确的加压与降压控制,对气侵过程中甲烷气体在泥浆中溶解与析出,气体体压缩与膨胀过程进行了真实的模拟。通过在模拟过程中,检测信号的幅度以及流型变化对本文所提出的气侵检测方法的有效性进行了验证。最后对本项目实验过程中的一些特殊现象进行了阐述与说明,并对实验过程中所存在的问题与不足提出了未来研究的研究方向与解决思路。
[硕士论文] 郭亚强
数学 中北大学 2017(学位年度)
摘要:与标量水听器作对比,矢量水听器具有体积小、一致性好等优点,其制作流程和相关技术同渐成熟,因此关于矢量水听器的研究是未来研究趋势之一;而人工神经网络作为机器学习的代表,是一种自学习、自适应和并行分布的信息处理网络结构。所以,运用人工神经网络来解决矢量水听器的波达方向角估计问题不失为一种良好的选择。
  本文系统地研究了矢量水听器的信号处理,通过模型假设、特征提取、网络构建和仿真实验,有效地验证了本文所提方法在算法复杂度和精确度等方面比其他方法优秀。论文主要成果有:
  1.第三章介绍了基于粒子群算法优化BP神经网络的矢量水听器的DOA估计。在文中详尽的叙述了适合矢量水听器的信号特征提取方法,将提取的信号特征作为神经网络的输入,网络模型则选用对数据具有非线性拟合能力的PSO—BP网络。通过仿真实验比较,说明该方法不仅特征提取方法简便,精度和算法运行时间都优于其他文献算法。
  2.第四章阐述了基于果蝇算法优化广义回归神经网络的矢量水听器的DOA估计。首先介绍了果蝇优化算法和广义回归神经网络的工作原理,然后探讨了果蝇算法是如何优化广义回归神经网络。仿真实验结果表明,本章所构建的网络模型与其他文献方法相比,结构简洁,来波方向精度更高,运行时间更短。
  关于矢量水听器的研究是一个复杂的问题,未来仍需大量的深入研究工作,真挚地希望本文能对矢量阵列信号处理技术的研究和发展有所帮助。
[硕士论文] 孟轲
船舶与海洋工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:海洋平台往复式压气机管道的振动和压气机与支架系统产生的共振是设备运行中经常遇到的问题,该问题将会影响到设备和系统的正常运作和稳定安全,因此有必要对产生的振动进行控制。在海洋平台压气机的振动控制技术中,传统的方式主要是运用隔振技术,减小支撑刚度和增大压气机成撬质量的方式来实现对振动的控制。由于这些方式存在不经济、结构复杂、不便于维护等问题,本课题旨在尝试使用调谐质量阻尼器这种结构简单的减振器对海洋平台压气机进行减振。其主要研究内容如下:
  1.由于压气机组所受激振力频率主要是中频激振力,因此本文首先论证了调谐质量阻尼器在受中频激振力环境下的减振效果,通过ANSYS workbench建立了调谐质量阻尼器的有限元模型,对受到55HZ激振力产生共振的钢板进行减振,发现能够在频域内得到良好的减振效果,验证了调谐质量阻尼器对受中频激振力的结构减振的可行性。
  2.利用CATIA三维建模软件建立了简化压气机组有限元模型,通过对压气机组进行模态分析,发现第二、三、四阶固有频率值接近于电机的工作频率。在考虑结构阻尼的前提下,根据生产机械设备的厂家提供的数据,施加压缩机和电机所产生的激振力荷载,对电机工作频率波动范围为±10%进行谐响应分析,计算结果表明电机成撬振动峰值产生在该频域段内,成撬的振速最大响应值均超过了DNV振动评价标准所允许的63.85mm/s,需要为其设计相应的减振装置。
  3.为电机成撬设计了合适参数的悬吊式调谐质量阻尼器,通过对比安装和未安装减振器的振动响应曲线,发现加装了减振器的振动响应曲线峰值明显降低,并且振动幅值小于DNV振动评价标准的允许值,证明了该减振器设计的合理性。
[硕士论文] 金龙
安全科学与工程 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:氢氧化镁阻燃材料是一种热稳定性高、安全无毒的新型阻燃材料,广泛应用于建筑防火材料中。其阻燃机理是阻燃剂受热分解时释放结合水,吸收反应释放的热量,延缓材料的热分解同时减低材料的燃烧速率,达到阻燃的目的。由于阻燃剂本身与材料基体的热膨胀系数不同,在服役过程中容易与基体交界处形成柱状裂纹。裂纹的形成造成阻燃剂分解产物形成致密的氧化膜,使得氢氧化镁阻燃剂在受热时难以释放结合水,增大材料的火灾危险性,危害消防安全。现有的研究,主要集中在氢氧化镁阻燃材料的阻燃性能方面,缺少其内部缺陷检测方法研究。针对以上问题,本文对超声波检测氢氧化镁阻燃材料的内部缺陷机理进行了研究,获取阻燃材料缺陷不同参量的超声检测回波信息和声场分布。为有效分析阻燃材料的火灾危险性提供一定的理论依据。对减少火灾蔓延、应急预案的制定以及保障消防安全具有比较重要的意义。
  本文详细分析了缺陷不同位置、不同尺寸、不同顶角角度的仿真参数及边界条件,采用有限元软件COMSOL Multiphysics,实现了超声波检测阻燃材料过程的仿真和内部声场的模拟分析。运用有限元方法建立超声波检测柱状缺陷模型,分析求解超声检测缺陷的回波信息和声场分布。并利用上述仿真方法,分析了不同频段、不同几何参量缺陷的检测情况,获得了较为理想的超声波检测频段范围以及氢氧化镁阻燃材料缺陷检测的回波信息和声场分布。
  实验验证中,考虑到仿真结果,选择符合仿真要求的南京哈元精密仪器有限公司自制的AYUT-8188S型超声波频谱分析及探伤仪,其超声频率及回波信号处理方法完全能满足实验验证要求。对预制内部带有柱状孔隙缺陷的氢氧化镁阻燃材料进行实验研究。与仿真结果对比分析,验证了超声波检测氢氧化镁阻燃材料内部缺陷变化的仿真模拟的正确性。证实了超声波检测对氢氧化镁内部缺陷变化检测的可行性。
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