摘 要: 随着糖尿病人群的不断增加,对葡萄糖传感设备的需求也呈增长趋势。自 20 世纪 60 年代首个酶促葡萄糖生物传感器问世以来,用于糖尿病管理的葡萄糖生物传感器领域已取得了巨大的科技进步。其中,电化学生物传感器及可穿戴设备,在实时跟踪葡萄糖水平方面具有相当大的潜力。该文综述了用于体表葡萄糖监测的可穿戴电化学传感器的现状和前景,首先阐述了糖尿病管理的重要性,以及传感器有效监测糖尿病的原理;其次讨论了葡萄糖电化学传感机制以及针对不同生物液体的可穿戴葡萄糖生物传感器发展演变;最后关注可穿戴葡萄糖生物传感器商业化,并讨论了个性化糖尿病管理的关键前景。
摘 要: 为实现风电机组齿轮箱故障早期预警,提出一种基于优化门控循环网络超参数的预警模型。首先,利用随机森林袋外误差估计算法,从风电机组数据采集与监控(SCADA)数据中筛选出与齿轮箱油池温度有重要关联的特征变量;其次,充分挖掘 SCADA 数据的时空关联特性,基于门控循环网络建立预警模型,同时,为提高模型预测性能,通过蜣螂算法优化门控循环网络的超参数;最后,构造健康指数指标,并建立其与机组运行状态等级间的映射关系,实现机组齿轮箱运行健康度监测及故障预警。以某 1.5MW 风电机组运行数据为算例进行验证,结果表明,所提方法能提前 2 天发出齿轮箱油温异常预警,效果优于 GRU 模型、LSTM 模型等对比模型,能够更加准确有效地实现风电机组齿轮箱故障预警。
摘 要: 熵热系数和内阻是锂离子电池热管理系统优化设计的关键热参数,通常使用开路电压法和混合脉冲功率特性、电化学阻抗谱进行测量。针对传统测试方法耗时长及测量点离散的问题,提出一种基于等温量热的瞬态热参数快速测量方法。以自主研制的等温量热仪为平台,进行不同电流倍率下电池充放电实验;利用热迟滞修正算法,并基于 Bernardi 产热方程,获得两种热参数;采用传统测试方法,验证数据的准确性和有效性。结果表明,相较于传统测试方法,该方法测量数据连续且精度较高,绝对误差分别小于 0.0668mV-1 和 0.4696mΩ ,同时测量时间缩短 97% ,显著提升测试效率,可为电池热特性参数的研究提供测试手段,对电池热管理系统的高效设计具有指导意义。
摘 要: 轻骨料的弹性参数和强度不易获得,造成轻质混凝土的细观数值仿真难以真实反映材料性能。为此,文章以页岩陶粒混凝土为研究对象,分析界面过渡区的体积分数,提出页岩陶粒细观相参数的反演方法,并进行页岩陶粒混凝土受载细观数值仿真。结果表明,界面过渡区的体积分数相对较小,可忽略对页岩陶粒混凝土弹性模量的贡献;页岩陶粒是薄弱相,细观弹性模量和强度分别为约为 12.1MPa 和 21.2MPa ;页岩陶粒混凝土的损伤演化过程可分为 4个阶段,裂纹的产生和扩展始于页岩陶粒,并向砂浆基体扩展,最终使页岩陶粒混凝土呈现出斜剪破坏形态。研究结果可为轻骨料混凝土的工程应用及安全评价提供理论基础和研究方法。
摘 要: 多层金属结构广泛应用于航空航天、核工业等重要领域,金属层间间隙变化会影响设备的服役性能。为实现多层金属间隙的原位高精度测量,文章提出一种基于磁源定位的金属结构层间间隙监测方法。将永磁体固定于内层金属中,利用其产生的三维空间磁场分布作为定位源,将高灵敏度三轴传感器布置于外层金属,通过测点处的三维磁场来实现传感器定位,进一步获得金属层间间隙。利用等效电流模型推导的圆柱形永磁体磁场分布解析式确定最佳的永磁体参数,并选取HMC1043 三轴磁阻传感器,搭建实验平台进行测试。实验结果表明,该检测系统测量范围:1.0mm ,分辨率: 0.01mm ,相对误差不超过 0.028% ,该方法可以满足多层金属结构层间间隙监测要求。
摘 要: 随着分布式电源和强随机性负荷大规模接入电网,电网信号测量面临强噪声和信号快速波动的挑战。离散傅里叶变换 (DFT) 是信号测量的最常用算法,但在短观测窗时,其频谱泄漏和栅栏效应会严重制约测量性能。本文提出一种基于复频谱共轭插值和矩形窗的 DFT 参数估计方法。该方法将基波的负频谱成份纳入推导过程,利用复数共轭特性消除频谱泄漏和栅栏效应,实现电网参数的快速精确测量。测试结果表明,在强噪声( SNR=0~20dB )和短观测窗口(小于3.5 周波)条件下,该算法的频率、幅值和相位估计性能优于现有DFT 类算法。
摘 要: 采用 SiO2 纳米流体射流冲击线性变化孔隙率的泡沫金属来强化传热,以获得更好的冷却效果。文章主要通过数值模拟的方法,利用 Brinkman-Forchheimer-extended?Darcy 模型描述泡沫金属内部的传热。首先,分析恒定孔隙率以及线性变化孔隙率分别受到水和 SiO2 纳米流体射流冲击对受热面传热的影响;其次,分析不同孔隙率泡沫金属内部温度场的变化。结果表明:当孔隙率 ε 从 0.6 到 0.9 线性变化的泡沫金属受到雷诺数 Re=10000 的射流冲击时,体积分数 φ=8.5% 的纳米流体冲击受热面所获得的局部努塞尔数比纯水高 68.1% ;并且在相同的雷诺数条件下,局部努塞尔数和湍流强度与 SiO2 纳米流体的体积分数成正比,且体积分数越大,流体所获得的动量越高。基于模拟结果得到线性变化孔隙率与 SiO2 纳米流体射流冲击的耦合可以获得更好传热效果的结论。该项研究对设备降温提供有价值的参考意义。
摘 要: 针对工程结构的损伤指标难以确定且含噪声时损伤检测准确率不足的问题,提出一种基于经验小波变换与卷积神经网络的自适应结构损伤检测方法。该方法能够将结构的振动响应信号分解为具有不同固有频率的模态分量并从中提取出损伤特征,具有较高的损伤检测精度且有利于在线实时检测。首先拾取结构振动响应的加速度时序数据并依据其幅频图进行经验小波变换,然后以模态分量作为卷积神经网络的输入提取结构损伤特征用于不同损伤工况的检测。数值试验表明:在不同信噪比情况下,单一卷积神经网络的损伤检测精度为 80%~90% ,而该文所提方法精度均达到 100% ,具有更强的抗噪性能。振动台试验进一步验证了方法的可行性与有效性。
摘 要: 目前新能源场站大规模建设投产,系统短路比逐年降低,短路比的精确计算愈加重要,线路参数是短路比及继电整定计算的基础,但实际运行中发现部分线路短路仿真计算与实际出现偏差,表明存在线路参数失真问题,并且参数测试需停运多个一次设备,给电网安全运行带来风险。该文利用电网不对称故障周边线路两端录波数据,通过突变量与小波变换定位故障时刻,结合 Hermite 两点三次插值实现线路两侧录波数据同步融合,获得同一时刻线路双端电气量录波文件,对线路两端电流、电压进行序分量分解,可以得到线路两侧的正序、负序和零序故障分量。通过建立线路 π 型传输线参数模型,可以得到线路的正序、零序参数。既可以结合故障录波联网系统利用此方法校核线路参数,提高参数准确度,也可以对低电压电网开展线路参数在线测试,避免线路参数测试导致线路停运,负荷损失。结合实际运行故障数据校核线路 45 条,与实测参数对比偏差均小于 3% 。对老旧线路参数校核发现 4 条线路参数测试错误,参数复测修正偏差达 12.5% 。
摘 要: 在制备藏茶水提物冻干粉的基础上,提取藏茶多酚,探究其对糖脂代谢的改善作用。利用饮食诱导,构建高脂高糖小鼠模型,而后灌胃干预 8 周,检测各组空腹血糖、空腹胰岛素;开展葡萄糖耐量和胰岛素耐受验证实验;检测血清血脂四项(LDL、HDL、TG、TC)、炎症因子 IL-6、TNF- ??a 水平等;制作肝脏、白色脂肪等组织切片并染色分析。结果显示,模型组的空腹血糖水平显著高于对照组 ),且产生了胰岛素抵抗;与模型组相比,干预组小鼠血糖显著降低 (p<0.01) ,胰岛素抵抗得到缓解,HOMA-IR 值显著下降 。藏茶多酚处理的小鼠肝脏质量显著下降,且石蜡切片分析显示,各干预组白色脂肪组织减少;血脂四项检测显示,与模型组相比,干预组血脂中的 TG、TC、LDL-c 含量显著降低 (p<0.01) 。炎性因子检测显示,模型组与对照组相比,血清中的?IL-6?和 TNF- ??a 水平均显著上升 (p<0.01) ;干预组与模型组相比,IL-6?和 TNF- a 水平均有所下降。由此可见,藏茶水提物和藏茶多酚对高脂高糖小鼠的糖脂代谢具有较好的调节作用。
摘 要: 硫化氢 ?H2S? 作为一种高毒性污染物,对人体健康造成严重威胁。因此,研制一种高效的 H2S 气体传感材料对环境保护和维护人类健康具有重要意义。该文利用二氧化锰( MnO2 )的高催化活性和氮化硼(BN)高效电子转移和高比表面积,通过高温煅烧法制备 MnO2/BN 纳米复合材料,研究 H2S 在其表面产生的催化发光现象,并研制 H2S 催化发光传感器。随后,详细分析 MnO2/BN 的晶相、形貌和光电特性,并对波长、温度和载气流量等发光参数进行深入探讨。在最佳条件下, MnO2/BN 催化发光传感器对硫化氢浓度范围 0.10~0.50μg/mL 呈现出良好的线性关系,检出限为 0.03μg/mL ,并显示对 H2S 的快速,稳定,高度选择性以及高稳定性(20 天)的催化发光响应。
摘 要: 海洋开发已步入深地时代,迫切需要获取深层土体的力学性质,剪切应力作为重要的土体力学参数,其主要的测量装置——十字剪切仪,在土体中的贯入深度有限,且对关键参数扭矩的测量也尚无有效的非接触测量方法。为提升装置的贯入深度,该文提出对十字剪切仪结构的首次改造,并基于逆磁致伸缩效应,设计一款可非接触测量的扭矩传感器。通过理论分析,建立起扭矩与传感器输出间的数学模型,结合 Comsol 仿真与实际试验,讨论轴杆材料、轴杆直径、线圈间隙等因素对传感器输出特性的影响。针对海底下软土和硬土两种实际测量情况,设计两款扭矩传感器,可测量范围分别为: 0~80N?m , 0~220N?m ,灵敏度: 0.7mV/(N?m),0.6mV/(N?m), ,最大相对误差在 9% 以内。最后,将设计好的剪切应力测量装置贯入模拟平台中进行试验,测得的剪切应力随土体压紧应力的增大而增大,符合理论情况。该文设计的装置,具有结构简单、线性度好等特点,为深海土体剪切应力的原位测量提供一种新思路。
摘 要: 在无人艇全局路径规划中,许多算法仅考虑效率而忽略航行安全性。为满足安全性需求,该文提出一种由启发路径构建风险评估函数,并引导最终规划路径向启发路径靠拢的方法。首先,依据启发路径的周围环境构建风险评估函数;其次,对 Theta\*算法进行改良,将路径代价作为父节点选取的指标之一;最后,提出一种非均匀代价的计算方式,并与改良 Theta\*算法相结合,进而得到一条能够避开危险区域,兼具效率与安全性的全局路径。此外,通过一系列实验表明,该文方法成功绕开危险区域,并可根据具体任务需求调整危险系数大小,以较少的路径长度增加换取路径安全性的大幅提升,在实际环境中能够有效规划一条满足任务需求的全局路径。
摘 要: 针对工业过程中因老化及环境干扰出现的压力类传感器故障问题,提出一种基于统计域指数的传感器故障检测方法。首先,该方法采用长短期记忆(LSTM)神经网络构建预测传感器正常状态下输出的时序模型,由此生成模型预测值和实际测量值的残差信号;然后,通过计算残差信号的移动平均指数(MAI)、移动均方根指数(MRI)、移动方差指数(MVI)和移动能量指数(MEI),并结合四分位距(IQR)方法设计阈值,进行传感器故障检测;最后,利用某 320MW 燃煤机组引风机出口烟气压力传感器的历史运行数据进行实验验证,并与传统的残差分析法进行对比。结果表明,该方法在准确率、精确率、召回率和 F 值方面分别提升 11.88% 、 3.16% 、 22.15% 和 14.06% ,在压力传感器故障检测方面具备显著优势。
摘 要: 针对柱温箱温度控制的非线性、时变问题,设计一种高精度温度控制系统。控制系统软件上以温度偏差作为决策变量,较大温度偏差采用改进 Bang-Bang 温控策略,中等温度偏差采用模糊温控策略,微小温差采用模糊PID 温控策略,硬件上以 Cortex-M3 内核处理器为核心,结合温度采集电路以及温度控制电路。实验结果表明:温度稳态精度达到了预期设计目标,设定温度为 40.00°C 时,稳态误差在 0.04°C 以内,同时具有良好的抗干扰能力。
摘 要: 提出一种基于非线性信号变换的小电流低功率因数电能计量检定系统,针对现有交流电能表检定装置和交流标准表因测试范围和测试准确度的局限,特别是对检定小于 10mA 小电流低功率因数工况的难题,通过分析由于电流的减小,偏置电流与泄漏电流的占比显著增加,对小电流测量误差的影响无法忽略,提出非线性信号变换测量单元,采用多次方根非线性放大电路,对三相预设检定小电流进行测量,系统能够在电流较小时大幅提高输出信号,从而降低测量结果的相对误差;通过分析功率因数的降低导致电流测量误差成倍数增长,结合低功率因数下有功相对误差的要求,反算电压电流间的相位差允许的最大值,结合误差补偿技术确保电压电流保持同步,采用引入高压跟随器和低阻抗与低容抗设计方法进行误差补偿,进一步降低输入和信号调整回路的延时,减小相位误差的影响。最后,设计一体化的小电流电能计量检定系统,实验结果表明,在 0.3~3mA 的范围内,改进后的设备在功率准确度上的误差低于 0.2% ,交流功率稳定度和交流电流稳定度方面,误差均小于 0.01%/PF ,交流电流准确度误差也低于 0.02% 。这些性能提升均超出改进前设备的能力范围,显示出改进后设备在技术上具有明显优势,充分满足最新检定规程的要求,弥补传统电能表检定装置的不足,达到更高标准的测试需求,具有广泛的应用前景。
摘 要: 采用传统误差修正算法可以提升深度学习的时序预测能力,但在正负误差特性挖掘及预测模型自适应修正方面尚待进一步研究。针对上述问题,该文提出一种基于自适应误差修正的 EGRU-AM 短期风电功率预测方法。首先,提出并建立考虑正负误差的评价指标 IMAE,进而提出自适应误差反馈修正算法,其通过量化历史正负误差的影响,能够自适应的反馈修正 GRU 门控结构,降低误差异常值出现的概率;更进一步的,利用历史误差的分布规律构建注意力机制自适应律,以实现对权值计算过程的自适应修正,从而提升注意力机制赋值过程的合理性。经过评价指标的综合衡量和自适应机制的系列模型修正,能够有效突出误差对预测过程和模型性能评估的影响。算例验证表明,该文所提的预测模型与评价指标可进一步挖掘误差信息,提升预测模型的学习能力,进而有效提高风电功率预测精度。
摘 要: 光伏发电功率超短期预测为电网调度煤电、储能等其他可调电源提供支持。针对气象因素随机性和光伏电池阵列积灰、老化导致光伏发电功率预测精度不高的问题,提出双向长短期记忆网络 (bi-directional?long?short?termmemory,Bi-LSTM) 和卡尔曼滤波器 (Kalman?filter) 结合的混合预测方法。Bi-LSTM 模型学习气象因素特征,结合天气预报数据可减小气象因素造成的随机性误差;Kalman 可以减小光伏电池阵列积灰、老化等因素带来的累积性误差。实例验证表明:长期运行条件下混合模型比单一Kalman、Bi-LSTM 模型预测精度分别提高 3.78% 、 2.50% 。
摘 要: 动态采集生丝图像时生丝微小抖动会造成生丝图像模糊,为解决现有生丝图像分割算法对模糊生丝条干与边缘疵点分割效果不佳的问题,以 U-Net 作为主干特征提取网络,提出一种基于多尺度融合与注意力机制的生丝条干与疵点分割算法。首先,将生丝原始特征图进行空间与通道上的双路注意力抓取,增强网络对丝干与疵点等有效特征的提取能力。其次,通过编码器浅层嵌入的边缘定位模块获取细粒度的生丝边缘细节信息,将其输入到解码器特征融合模块进行不同网络层级的多尺度特征融合。最后,引入 Lovsz-Softmax 损失函数进行数据均衡,生成分割概率图后得到分割图像。实验结果表明,与现有生丝分割算法相比,该算法对模糊生丝条干有明显的分割优势,且生丝边缘疵点的分割准确率、特异性、敏感度分别达到 98.26% , 99.54% , 84.31% ;相比于原始 U-Net 网络,各指标分别提升 2.59% , 1.35% , 5.87% 。
摘 要: 因风电机组机舱测风仪及风向标代表轮前风况存在较大误差,影响机组功率调节效果。针对上述问题,构建基于 LSTM 模型的轮前风速映射方法并在河北某风电场进行激光雷达测风实验验证。首先,根据测风实验测得实际轮前风速;其次,分析机组 SCADA 系统与激光雷达测量风速的相关性;然后,以激光雷达测风数据和 SCADA 系统数据为基础划分训练集、测试集及验证集,构建LSTM 模型来训练得到机舱测速和有效来流风速之间的传递关系。结果表明:映射后得到的风速与实际激光雷达测风装置测得的风速误差很小,实际风电场随机选取的 3 台风电机组的 MAPE 值分别为 3.664%,3.395%,3.935%, ,同时与LSSVR 及Lenet-5 算法计算结果作比较,证明该方法的有效性。该研究对提高风电机组控制系统准确性以及风电场风功率预测等都具有一定的参考意义。
摘 要: 为从工艺优化角度提高常用无铅钎料 Sn3.0Ag0.5Cu 球栅阵列 (?ball?grid?array,BGA) 封装芯片承受随机振动和温度循环载荷的能力,使用 ANSYS 有限元软件分别建立不同焊球高度与直径的 BGA 封装三维模型,并基于Anand 粘塑性本构模型,进行– -40~85°C 温度循环仿真模拟,并结合 Darveaux 疲劳寿命预测模型计算不同焊球尺寸下的温度循环损伤;以及输入 ISO?16750-3 中对于车载器件的随机振动功率谱密度,并使用 Steinberg 疲劳寿命预测模型计算随机振动损伤。再分别使用线性损伤叠加 (linear?damage?superposition?approach,LDSA) 以及递增损伤叠加(incremental?damage?superposition?approach,IDSA) 方法进行耦合损伤寿命预测。结果表明,BGA 封装角落焊点与PCB 板相接触的位置通常为结构应力、应变最大位置,最容易发生失效,低焊球高度、大焊球直径的 BGA 封装器件随机振动寿命更长;焊球高度越高、焊球直径越大的 BGA 封装器件温度循环寿命更长。依据 IDSA 方法对两种载荷下的损伤叠加后,最优设计为焊球高度 0.30mm ,焊球直径 0.60mm 。
摘 要: 为解决电力系统稳定器(power?system?stabilizer,PSS)参数设置困难及传统的智能优化算法在寻优的过程中容易陷入局部最优,导致收敛速度下降的问题,因此文中采用混合策略改进 SSA 算法优化 PSS 参数。首先采用 tent混沌映射来优化初始种群,提高种群多样性;采用柯西变异、正余弦策略和反向学习策略(opposition-based?learning,OBL)来提升收敛速度;然后对 6 种测试函数进行寻优实验,将改进的 SSA 与 PSO、GWO、SSA、SSSA 优化结果对比,验证改进的 SSA 算法具有更好的收敛速度和稳定性;最后,将改进的 SSA 算法应用在单机无穷大系统及四机二区域系统的 PSS 参数优化中,与其他算法优化结果比较,验证改进的 SSA 在 PSS 参数优化方面的鲁棒性更好,收敛速度更快。
摘 要: 针对局部阴影条件下光伏发电系统输出功率?-?电压特性曲线呈多峰特性,鉴于智能优化最大功率跟踪方法存在依赖初始化信息与跟踪性能难以平衡的问题,该文提出一种自适应预测-布谷鸟双层最大功率跟踪方法。首先,该方法通过分析功率-电压特性曲线中极值点可能存在的区域,采用上层模糊预测的粒子更新机制定位最大功率点邻域范围。其次,该方法基于改进布谷鸟算法,以三次插值函数拟合曲线引导下层粒子进行精确搜索,提高方法的跟踪速度和总体效率。同时,该方法利用转换器变量的等效关系,在开环条件下直接控制系统输出电压,提高方法的通用性。最后,通过仿真验证,与其他前沿智能优化最大功率跟踪方法相比,所提出的自适应预测?-?布谷鸟双层方法具有有效性和优越性。