K-均值聚类在CCERT系统流型辨识中的应用

流型是气水两相流的重要参数之一,对气水两相流的流动影响很大。基于电容耦合电阻层析成像(CCERT)系统,以水平管道气水两相流流型为研究对象,利用主成分分析(PCA)方法提取不同流型下采集到的电导率信息的主成分,消除不同电极对之间信号的冗余,进而结合K-均值聚类算法实现流型辨识。实验结果表明,该方法具有较高准确度,对于水平管道泡状流、层状流和环状流3种典型的气水两相流流型的静态辨识准确率可以分别达到97%、96%和99%,动态辨识准确率可以分别达到92%、90%和87%。     

新型非接触式径向C4D传感器优化设计

基于电容耦合式非接触电导检测(C4D)技术,设计研发了一种新型径向结构的非接触式电导测量传感器。该传感器利用串联谐振的原理,引入电感模块以消除耦合电容对测量的不利影响,扩大了测量范围,提高了测量灵敏度。同时,用仿真与实验相结合的方法对传感器的电极张角进行了优化研究。在5.0、7.5、9.1、10.2和12.0 mm 5种不同内径的管道中进行了电导测量实验,电导测量相对误差均不超过5%,实验结果表明,所设计的新型非接触式径向C~4D电导测量传感器是可行和有效的。     

基于双耦合Duffing振子的气液两相流动特性分析

提出了双耦合Duffing振子仿真系统检测小通道气液两相流型信号的方法。搭建了双耦合Duffing振子仿真系统,针对流型信号的特征确定了3个关键参数:阻尼比、耦合系数和频率,并应用典型混沌信号Lorenz和R9ssler对该仿真系统进行了性能检测。在两相流型信号检测时,提取了振子振动的瞬时速度和位移2个特征值,并基于特征值对流型动力学特性及流型辨识进行了深入研究。结果表明:通过对典型混沌系统的检测验证,发现本文检测方法具有较好的抗噪能力,能够较好地表征典型信号的混沌特性。提取的2个特征值能够揭示出小通道气液两相流型转变过程中气液两相间的作用机理。系统的振子振动瞬时速度结合位移实现了小通道气液两相流典型流型的准确识别,有助于其他不同介质的多相流动特性分析与流型辨识。     

基于小波包分解和FCM聚类的纹理图像分割方法

提出了一种新的图像特征提取中选取最优小波分解树的方法.塔式小波分解对信号解不够全面,而小波包全分解又引入庞大的计算量,因此小波分解最优树的选取尤为重要.结合模糊c均值(FCM,Fuzzy C-Mean)聚类,提出了一种能同时进行小波自适应分解和纹理特征分类的纹理图像分割方法,该方法将无监督聚类中的聚类有效性参数引入到自适应小波分解的判决中,能根据无监督聚类分割的需要,自适应地选取小波包分解的树形结构和分解层数.相对于小波包全分解,节省了大量的运算,并能取得良好的分割效果.      

航空发动机中气液两相流的可视化检测

针对电阻抗断层成像(EIT)技术中FCM聚类算法的灵敏度系数信息缺失以及测量电压的利用率低两方面问题,提出一种新的成像算法。在该算法中引入灵敏度系数矩阵信息修正各个剖分单元的电压。同时提出了将测量电压数据按照其权系数进行处理的方法,该方法可应用于所有EIT经典反演算法之中。理论和数值仿真结果均表明,与已有的FCM聚类算法相比,优化后算法对两相流型的定位准确度更高,得到的重建图像的空间分辨率与之前相比相对误差降低了5%~15%,相关系数提高了5%~20%。     

电容传感器动态检测金属锡熔融液面的应用研究

在综述电容传感器工作原理和结构特点的基础上,依据传热学原理,提出了用陶瓷作为电容测微仪三层电极绝缘材料的新方法,提高了高频(4 MHz)平面变极间距型电容传感器在高温(700℃)环境下对于熔融态金属液面检测的灵敏度和准确度。通过对大量的动态试验测试数据的分析和计算,建立了电容传感器的输出信号与其相对锡液面的高度之间的对应关系。通过对电容传感器测试系统进行非线性补偿,解决了浮法玻璃在线CVD镀膜反应器相对于锡槽内高温熔融态锡液面位置在线测量的难题。测试结果表明,在熔融态金属锡液上方25 mm的有效量程内,动态测量的误差可达到±0.1 mm,系统工作可靠。     

基于巨磁阻抗效应的微型磁传感器技术研究

从非晶丝的巨磁阻抗效应入手, 详细分析了非晶丝巨磁阻抗效应原理及其影响因素, 阐述了基于非晶丝巨磁阻抗效应的传感器工作原理, 并设计了传感器的信号调制电路. 该微型化、低功耗的磁传感器有望应用于空间磁场测量.      

基于超声多普勒与电导环的油水两相流流速测量

两相流动现象广泛存在于众多工业领域中,其流动过程参数如流速的准确测量对量化体积/质量流量及优化生产工艺和过程设备有重要意义。针对水平油水两相流流速测量问题,提出了一种同侧双晶连续波超声多普勒（CWUD）与电导环传感器相结合的测量方法。非侵入式超声多普勒传感器为双晶超声换能器,由2个倾角相同且中心频率为1 MHz的压电陶瓷晶片组成,两者之间使用隔声材料防止声波干扰,其中发射晶片向流体连续发射超声波,同时接收晶片接收经流体中离散液滴散射的超声波,测量区间覆盖管道横截面的整个径向范围。动态实验在50 mm管径的水平油水两相流装置上完成,通过分析油水两相流多普勒频移响应特性,发现在测量区间内,平均多普勒频移与总表观流速之间随连续相不同而呈现2种线性关系。因此,根据电导环传感器的电学敏感原理,获得无量纲电压参数判断两相流的连续相,继而选取相应流动状态下的测量模型,计算流体总表观流速。实验结果表明:总表观流速估计值均方根误差为0.01 m/s,平均相对误差为3.09%,其中相对误差小于5%的置信概率为70%。      

基于CCD摄像法进行液位测量的研究

建立了用于液位测量的CCD摄像测量系统。在散射照明的条件下,液位图像成像到高分辨力的电荷耦合器件上,然后通过对传感器信号进行分析和处理,可以精确地计算出液位的高低。利用CCD摄像法实现液位精确测量,处理电路采用C8051F060单片机为核心器件对传感器输出信号进行处理,通过单片机串口将采集的数据传输给计算机。系统具有非接触、实时性、高准确度以及自动化的特点。     

Coriolis质量流量传感器内部耦合振动

谐振式科里奥利质量流量计(CMF),依靠测量管路工作在谐振状态产生的科氏力效应实现流体流量的测量.实际的谐振式科里奥利质量流量计工作过程中,普遍存在传感器的外部和内部耦合振动现象,直接影响流量计的稳定性和测量精度.对传感器的外部耦合振动问题,通过增加测量管路直管段、增强传感器固定刚度等措施已得到较好解决;传感器内部耦合振动问题目前尚无完善的理论指导和技术解决方案.结合CMF传感器的工作机理,利用激光测振仪对存在内部耦合振动问题和无内部耦合振动问题的CMF对比测试,进一步证实了传感器内部耦合振动对测量精度的影响,揭示了内部耦合振动对测量管振动的影响相当于在测量管的主振动上叠加了一个附加分量,导致测量管上的2个拾振点产生附加的振动相位差,并且对于一个特定的传感器,该附加分量的量值基本固定,而科氏力对测量管振动的作用随被测流量的增加而增强,故随着被测流量的增加,耦合振动的影响相对减小,引起的流量测量误差随之减小.      

CCPT系统中基于副边阻抗调制技术的反向信号与能量叠加传输技术研究

为了解决金属环境条件下的无线供电和信号传输需求，提出了一种基于电容耦合方式的无线能量和信号并行传输方案。通过建立E类放大器的数学模型，分析电容耦合系统的传输特性和阻抗影响机理，设计了适用于E类放大器结构的调制与解调电路，并通过仿真验证了电路的可行性，为CCPT系统从能量传输到信号回传提供了系统性的理论指导。     

第二代小波包构造及发动机微弱损伤识别

针对航空发动机滚动轴承微弱损伤识别问题,设计了一种识别滚动轴承早期损伤的第二代小波包方法.构造了第二代小波包分解重构算法和第二代小波包算子计算方法;将滚动轴承振动信号进行第二代小波包分解,然后各个频带分解信号分别进行重构;利用希尔伯特变换解调分析各频带信号,得到对应频带信号的包络谱;计算各个频带中滚动轴承故障特征频率对应包络谱幅值的分贝值,提取各频带中故障特征频率对应分贝值的最大值,对滚动轴承早期损伤情况做出定量识别.仿真信号和试验信号分析表明,该识别方法结果可靠,能准确识别出滚动轴承早期损伤.      

多通道数字电感传感器的设计

感应传感是一种无接触、无磁体的感应技术,可用于精确测量金属或导电目标的位置、运动或成分,也可用于检测弹簧的压缩、拉伸或扭曲。针对当前感应检测装置功耗高、精度低等缺点,设计一种低功耗、多通道电感数字转换器。采用先进的两通道数字式转换器LDC1612作为传感器,用自制的PCB 线圈探测金属物,将感应信号转换为数字信号,通过IIC接口与低功耗单片机MSP430F5529连接,可同时实现两路数据高速采集处理。实测结果表明：检测分辨率高达28位,精度达到次微米级。适合在苛刻环境中使用,不受非导电污染物（例如,油、水、污垢和灰尘）干扰。实现双通道无接触传感,成本和功耗更低,比现有感应传感具有更佳的性能、可靠性和灵活性。     

基于感应传感的位置增量编码器设计

为解决传统编码器的易损坏、可靠性不高、更换价格昂贵的问题,提出采用非接触式、电感感应传感设计位置编码器的方案。用LDC1312数字电感传感器作为感应探头,检测涂有金属物的旋转圆盘,将其感应测量到的数据通过IIC接口送入MSP430F5529处理数据,实现对旋转圆盘位置的检测。该设计与机械编码器相比,具有寿命长、可靠性高,适用于在油渍、潮湿、灰尘等恶劣环境工作的优点。     

柱形等离子体辐射场的数值计算和分析

参照金属辐射场的求解方法,在简化条件下计算出柱形等离子体行波传输和驻波传输的辐射图．当改变等离子体密度以及相关参数时,对应的辐射图会相应地发生变化,得出与信号在金属介质中传输相类似的结果．根据理想柱形等离子体表面波的色散关系得到波矢,求出的柱形等离子体辐射方向图与金属介质的辐射方向图相比,会发生较大的变化,因此利用等离子体进行信号传输有一定的价值．     

基于支持向量机的滚动轴承状态寿命评估

应用状态寿命描述滚动轴承的使用寿命,并建立了滚动轴承的状态寿命评估模型.状态寿命评估模型建模的关键是振动信号的特征提取和状态的识别算法.针对滚动轴承振动的特点,提取小波包重构信号的频带能量构造特征向量,利用支持向量机作为辨识算法建立滚动轴承状态寿命评估模型.滚动轴承全寿命试验验证了模型的有效性和可信性.