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关键词： 永磁同步电机   滑模观测器   锁相环   滑膜控制结构  

摘要： 针对传统滑模观测器开关函数在切换过程中存在抖振现象进而降低观测精度，本文在高阶滑模观测器基础上提出了一种变幂次对数滑模面函数。另一方面，针对传统锁相环(Phase-Locked Loop， PLL)在估算转子的位置(角度)和转速时精度较低的问题，提出了一种基于滑模控制(Sliding Mode Control， SMC)结构的改进锁相环。仿真结果表明，所提出的无位置控制策略在稳态低速和高速时相对传统滑模观测器转速估计精度分别提升4.5%和0.8%，转子角度估计误差不超过0.02rad，降低了传统滑模观测器的抖振，提高了估计精度，并且具有较高的动态响应和抗干扰能力。

关键词： 切削力   加工状态监测   自适应加工   循环神经网络   伺服监测信号  

摘要： 切削力对切削状态的变化具有高度敏感性和快速响应能力，是用于加工状态监测和自适应加工最有价值的物理量。由于无需引入额外的传感元件，基于数控系统内部伺服监测信号的切削力在线预测方案，有潜力实现切削力的长期低成本准确监测。然而，伺服监测信号和切削力之间的关系十分复杂，为此提出基于循环神经网络的切削力在线预测方法。首先将基于机床伺服监测信号的进给轴切削力预测问题定义为自适应时滞的非线性动态系统建模问题，进而引入长短期记忆(Long short-term memory, LSTM)神经网络和门控循环单元(Gated recurrent unit, GRU)神经网络两类循环神经网络直接从端到端观测数据中学习动态预测模型。通过一组变转速变进给孔铣削试验构造时变工况下的切削激励数据集进行对比验证，结果表明，对于动态特性更为复杂的X轴，LSTM神经网络的预测性能更好，相对均方根误差为17.62%；对于动态特性相对简单的Y轴，GRU神经网络的预测性能更好，相对均方根误差为11.74%。

关键词： 传感器   隧道目标检测   温度检测   气体浓度检测   能见度检测  

摘要： 为提升隧道运营的安全性与效率,提出了基于多传感器的隧道运营风险感知方法。首先,通过基于Yolov7的目标检测方法从视频传感器中有效检测出车流量、车速等信息,并利用深度时序卷积网络算法实现了隧道运行风险的动态评估;将视频传感器和烟雾、温度传感器等多元感知设备相融合,构成火情风险监测系统,将多元感知设备相融合构成火情监测系统,通过对隧道内部不同燃烧条件下的火情监控状况进行数值建模,通过对隧道监控系统内部的温度、有毒气体浓度及烟雾的分布与发展规律进行分析,给出隧道火灾风险态势评价。该方法应用在山东济潍高速部分隧道中,保障隧道的安全性。

关键词： 变分模态分解(VMD)   表面等离子体共振(SPR)   降噪   解调   非对称双S函数  

摘要： 在光纤表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）传感器表面修饰功能化膜层能够有效提升传感器灵敏度，但同时会导致传感器的透射光谱畸变，系统信噪比降低。因此本文通过引入变分模态分解（Variational mode decomposition，VMD）滤波算法提升系统的信噪比，引入非对称双S函数法拟合共振波长，改善信号的畸变问题。本文理论上阐述了VMD算法以及非对称双S函数应用于光纤SPR生物传感系统的理论基础。实验上搭建了光纤SPR生物传感系统，并对实验数据采用多种降噪以及拟合算法进行了处理。结果显示，在提升信噪比方面，与经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）算法相比，VMD滤波能够有效提升系统的信噪比（信噪比从53.72 dB提升到61.57 dB）。在解决信号畸变方面，与最小值法、质心法相比，非对称双S函数法拟合度更高。进一步地，使用所提出算法对光纤SPR传感系统监测C反应蛋白的透射光谱数据进行了解调，结果表明，传感器的最低探测浓度相比于EMD算法由1.119 μg/ml下降到0.429 μg/ml。这一研究结果对于提升光纤SPR生物传感系统的商业应用价值具有重要的意义。

关键词： 温度   横向载荷   光纤传感器   Mach-Zehnder干涉   Fabry-Pérot干涉  

摘要： 提出一种基于单模光纤和中空光纤的Mach-Zehnder/Fabry-Pérot干涉仪（MZI/FPI）光纤传感器，该传感器对温度和横向载荷具有高灵敏度。所提出的装置由两个通过手动控制熔接机形成的单模光纤锥和一个通过熔接一段中空光纤形成的空气腔组成，并通过实验进行了验证。通过波长解调，实验结果表明，在30℃到80℃的范围内，传感器对温度的波长灵敏度为56.29 pm/℃。在0～5 N的范围内，传感器对横向载荷的波长灵敏度为1.123 nm/N。该MZI/FPI混合传感器对温度和横向载荷具有高灵敏度，同时具有结构简单坚固、体积小、生产方便等优点。

关键词： 石拱桥   建筑遗产   传感器优化布置   遗传算法   损伤检测  

摘要： 古代石拱桥形制构造特殊，且存在内部损伤，因此其传感器优化布置方法与现代桥梁存在一定的差异。为开发古代石拱桥传感器优化布置方法，本文以全国重点文物保护单位北京卢沟桥为例，首先建立了考虑初始残损和材料参数随机的传感器优化计算模型；然后，提出了考虑复杂监测目标的适应度函数设计与求解方法；最后，提出了以元学习思想为基础的元遗传算法，对传感器优化布置问题进行搜优。将提出方法与两种基于传统遗传算法的优化模式进行对比，实现了面向古代石拱桥的高效传感器优化布置。研究结果表明，所提出方法具有更好的参数识别能力、损伤灵敏度与信息冗余水平。当噪声水平在5%以内时，元遗传算法给出的方案均可成功检测损伤，而另外两种方案的损伤检测成功率仅60%。当噪声水平达到10%时，元遗传算法给出方案可以检测出60%的损伤，而其他两种方案无法有效检测出损伤。研究结果可为石拱桥的结构健康监测与预防性保护提供科学基础。

关键词： PBL   贯穿式项目   三级分类培养   单片机  

摘要： 在现代社会信息化、数字化、万物互联的大背景下,传统的教学方式很难达到理想的教学效果。针对“单片机原理与应用”课程信息量大、抽象难懂、学时少、实践能力要求高等问题,文章提出了一种基于PBL(Problem Based Logic)贯穿式项目的三级分类培养仿真教学法,将物料计数器作为贯穿式项目融入所有章节的学习,以问题为导向将其分为基础功能(一级)、扩展功能(二级)和创新功能(三级)并以教师仿真演示为辅、学生仿真实操为主进行项目练习。同时,对课堂教学设计、实施手段、考核方式等方面也进行了改革。实践结果表明,该方法激发了学生对前期理论知识的学习热情,对学生快速上手、入门单片机,增强动手实践能力具有重要的作用。

关键词： 葡萄糖   电化学生物传感器   可穿戴设备  

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。本文综述了用于体外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可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。

关键词： 温度   横向载荷   光纤传感器   Mach-Zehnder干涉   Fabry-Pérot干涉  

摘要： 提出一种基于单模光纤和中空光纤的Mach-Zehnder/Fabry-Pérot干涉仪（MZI/FPI）光纤传感器，该传感器对温度和横向载荷具有高灵敏度。所提出的装置由两个通过手动控制熔接机形成的单模光纤锥和一个通过熔接一段中空光纤形成的空气腔组成，并通过实验进行了验证。通过波长解调，实验结果表明，在30℃到80℃的范围内，传感器对温度的波长灵敏度为56.29 pm/℃。在0～5 N的范围内，传感器对横向载荷的波长灵敏度为1.123 nm/N。该MZI/FPI混合传感器对温度和横向载荷具有高灵敏度，同时具有结构简单坚固、体积小、生产方便等优点。

关键词： 光纤传感   七芯光纤   熔融拉锥   曲率传感  

摘要： 提出了一种基于七芯光纤的迈克尔逊干涉型曲率传感器，传感器由七芯光纤与单模光纤直接对芯熔接，并对七芯光纤进行熔融拉锥，通过锥区将中心纤芯的光耦合到外围纤芯和包层，经过一段光纤后由端面反射回锥区形成迈克尔逊干涉。实验结果表明，传感器在曲率范围为2.749-10.667m-1时，曲率与波长变化量具有99%的线性拟合度，最大灵敏度为-1.683nm/m-1，且温度灵敏度为-8.64pm/℃。该传感器具有结构简单、线性测量范围大和温度不敏感的特点。