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[硕士论文] 王刚刚
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种基于迈克尔逊低相干干涉的新型光学成像技术,具有无损检测、高分辨率等优点,广泛应用于临床医学应用方面,尤其是在眼科领域。目前,眼科OCT设备在国内临床眼科检测方面已经广泛使用,但国内缺乏针对眼科OCT设备关键技术参数的相关质控标准。轴向分辨率对眼科OCT设备的成像质量具有重要影响,对其进行检测是眼科OCT设备进行注册检验或日常质控的基础。现有的基于点扩散函数模体和模拟眼的眼科OCT设备轴向分辨率检测方法存在着检测处理过程繁琐复杂、无法定量检测等缺点,无法作为眼科OCT设备轴向分辨率的检测标准。而基于模型计算的眼科OCT设备轴向分辨率检测方法可以对设备轴向分辨率进行定量分析,且原理清晰,检测过程简单,但其在检测过程中将设备光源光谱做了假设处理,导致最终轴向分辨率检测结果不准确。因此,本文在模型计算方法的基础上,研究基于光源光谱特性的眼科OCT设备轴向分辨率检测装置,实现眼科OCT设备轴向分辨率快速准确的检测,对眼科OCT设备的日常质控具有重要的应用价值。
  本文在分析眼科OCT设备光源光谱特性的基础上,研究眼科OCT设备轴向分辨率与光源光谱之间的关系,并针对目前无法快速、准确测量市场上眼科OCT设备轴向分辨率的问题,设计并研制了基于光源光谱特性的眼科OCT设备轴向分辨率检测装置,并利用LabVIEW平台搭建了检测装置软件系统,实现了眼科OCT设备轴向分辨率的检测。实验测试表明,基于光源光谱特性的眼科OCT设备轴向分辨率检测装置能够对眼科OCT设备轴向分辨率进行在线检测。
  本文研究的基于光源光谱特性的眼科OCT设备轴向分辨率检测方法能够实现眼科OCT设备轴向分辨率的有效检测且具有较好的准确性,基于LabVIEW平台研制的眼科OCT设备轴向分辨率检测装置能够实现眼科OCT设备轴向分辨率的在线检测与数据保存,为眼科OCT设备的注册检验和日常质控提供了可靠的基础。
[硕士论文] 荀锦锦
电路与系统 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着人口老龄化进程的加快,我国老年人口的数量越来越多。老年人肌体的活性较低,身体容易出现许多障碍和病变,导致很多老年人需要长期卧床、生活上不能完全自理、必须依靠他人的看护和照料。基于这一现状,本文设计了一种智能护理床控制系统,该系统可以通过操控按键、操作杆或手机控制床体、轮椅、坐便器,完成床体形态变换、轮椅自由移动、大小便自动处理、语音提示、风温调节、水温调节等功能。
  智能护理床控制系统以STM32F103ZET6微控制器为核心,辅以操控模块、传感器输入模块、电机控制模块、水温控制模块、风温控制模块、污物冲洗与臀部清洗模块、蓝牙通信模块等外围电路。操控模块包括按键操控、操作杆操控和手机操控,使用者通过选择操控方式,即可对智能护理床进行不同方式的操控;传感器输入模块包括温度传感器、红外对射传感器、桶位置传感器、超声波传感器等,可以检测温度信息、大小便信息、桶位置信息、障碍物位置信息等;电机控制模块主要包括对电机推杆、直流有刷电机进行控制以实现床体的抬降、轮椅部分的自由移动;系统通过控制水加热器、风加热片和水泵即可完成水温、风温和水的控制,用来实现坐便器的污物的冲洗、温水洗臀和暖风烘干功能;蓝牙通信模块主要是用来实现STM32F103ZET6与手机之间对的通信,这样通过手机客户端即可对系统进行操控。本文对该系统进行了硬件和软件的设计,给出了具体硬件电路和软件设计思想。采用基于多传感器融合的模糊控制算法来解决轮椅部分的自动避障问题,仿真和实验结果表明避障效果良好。
  最后,本文进行了水加热测试、风加热测试、蓝牙通信测试、按键测试、语音报警测试、轮椅部分自动避障测试等实验,测试结果表明,系统性能稳定,实用性强。
[硕士论文] 董蒙蒙
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:横向灵敏度的存在影响了加速度计的测量精度,因此横向灵敏度是加速度计的重要参数。按照激励方式的不同,国内外现有的加速度计横向灵敏度测试方法可分为重力场法、离心机法、振动激励法。在比较各种方法适用的频率范围以及幅值范围的基础上,本文采用振动激励的方法进行加速度计横向灵敏度的测试。由于谐振梁在谐振频率下获得较大的振动幅值以及较小的波形失真,因此本文基于谐振梁设计了加速度计横向灵敏度测试系统,并对该系统进行验证。针对加速度计横向灵敏度测试系统的设计,论文进行了以下内容的研究:
  1.研究国内外现有加速计横向灵敏度的测试方法,对比分析了各种测试方法的适用范围,确定了基于谐振梁的方法实现加速度计横向灵敏度测试系统。
  2.研究了基于平面运动轨迹的加速度计横向灵敏度测试方法,对谐振梁的振动模型进行分析,并基于谐振梁搭建加速度计横向灵敏度测试系统。
  3.为了实现谐振梁平面运动轨迹的控制,对谐振梁的振动控制方法进行研究,并采用自适应算法实现了谐振梁的振动控制。
  4.实现了谐振梁的振动测量。为了达到更好的控制效果、得到更精确的加速度计的横向输入,研究了谐振梁的振动测量方法。通过对比分析,采用加速度计以及激光干涉仪数字输出信号实现测试系统中谐振梁的振动测量。
  5.设计加速度计横向灵敏度软件测试系统。基于LabVIEW程序语言设计实现了加速度计横向灵敏度软件测试系统。
  6.搭建加速度计横向灵敏度测试环境,完成对基于谐振梁的加速度计横向灵敏度测试系统的实验验证。
[硕士论文] 张泰程
微电子学与固体电子学 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国城市化、工业化建设的不断推进,大气环境污染所带来的问题日趋严重,对居民的身体状况带来诸多不利影响。我国对大气环境保护和治理的重视程度不断提升,故差分吸收光谱技术(DOAS)应用到大气环境质量监测系统中。DOAS系统是长光程气体质量监测系统,该系统在应用过程中,光源位置和角反射镜位置相距在百米以上,所以光路自动对准是该系统在应用过程中需要解决的一个重要问题。针对这一问题,本文研究和设计了一种低成本、高可靠性、高稳定性的DOAS系统光路自动对准装置。
  本文针对DOAS系统的工作原理进行深入的研究和分析,设计出合适的光电探测阵列电路和信号处理电路来确定光斑中心的偏移量。光斑中心的偏移位置明确后采用无线传输技术,将偏移数据发送到DOAS系统的位置调整端。最后通过由电机和传动机构组成的二维对准滑台来实现系统的准确位移,实现光路的自动对准控制。
  测试结果表明,本文设计的装置能够实现DOAS系统的光路自动对准,光电探测阵列的检测精度为1mm,并且二维对准滑台的移动精度能够达到0.1mm,在实际应用中具有较高的可靠性和稳定性,达到了装置的设计要求。
[硕士论文] 孙鲁琨
外科学(骨外) 中国人民解放军海军军医大学;海军军医大学 2018(学位年度)
摘要:目的:
  研制一种“应变测量钢板”系统可以实时、自动测量、记录钢板上各应变点在外力下所发生的应变,并通过“应变测量钢板”在不同骨折愈合模型中测得应变的比较,探索一种骨折愈合评估新方法。
  方法:
  1、研制“应变测量钢板”:将电阻应变片粘贴于锁定钢板之上,并通过惠斯通电路将钢板应变变化转化成电压信号,模数转换器再将电压信号转换为数字信号,最后WiFi发送器将信号无线传输至电脑或手机终端软件并显示钢板应变值。
  2、建立骨折愈合模型:模型状态A模拟骨折完全愈合状态:在一根完整股骨上,选用钢板桥接方法,将“应变测量钢板”固定于股骨张力侧;模型状态B模拟骨折愈合纤维连接状态:用线锯在股骨中央锯断,然后复位骨折断端,用同一块“应变测量钢板”在骨折断端两侧原钉孔处继续固定,使其与状态A一致,骨折两断端间隙约1mm,在间隙中填充蜡模拟骨折愈合中的纤维组织;模型状态C模拟粉碎骨折未愈合状态:在股骨中央位置用线锯锯除1cm骨段,用同一块“应变测量钢板”在骨折断端两侧原钉孔处继续固定,维持骨折两断端位置和力线,使其与状态A一致,两断端间隙约为1cm。
  3、生物力学实验:12根状态A下的新鲜山羊股骨,随机抽取一个样本,分别用三种不同螺钉固定方式,依次在状态A、B、C下进行轴向压缩实验和三点弯曲实验。用重复方差分析比较三种不同螺钉固定方式下钢板应变点测得应变值以确定“应变测量钢板”螺钉固定方式;用重复方差分析比较同一钢板4个不同位置应变点应变值以确定“应变测量钢板”应力分布;用Spearman等级相关分析确定各应变点应变与所受压缩或弯曲负载相关关系确定实验负载;用重复方差分析比较A、B、C三种状态下钢板轴向位移、挠度及各应变点应变来验证钢板应变对骨折愈合模型的评估。
  结果:
  1、三种螺钉固定方式的应变比较:三种状态下,在轴向压缩实验和三点弯曲实验中,第二种螺钉固定方式钢板应变点应变明显小于第一、三种螺钉固定方式钢板应变点应变,p<0.05。
  2、各应变点应变与负载关系及应变点间应变比较:在A、B、C三种状态轴向压缩实验和三点弯曲实验中,各应变点应变与负载呈高度正相关,rs均大于0.8,p<0.05。在A、B、C三种状态时对在轴向压缩(240N)和三点弯曲(120N)生物力学实验下,应变点1、2应变均明显大于应变点3、4应变,p<0.05。
  3、骨折愈合三种状态间形变及应变比较:在轴向压缩实验(240N)和三点弯曲实验(120N)中,钢板-骨骼系统轴向位移及挠度在A、B、C三种状态下进行比较有明显差异,状态A<状态B<状态C,p<0.05;钢板各应变点应变在A、B、C三种状态下进行比较有明显差异,状态A<状态B<状态C,p<0.05。
  结论:
  1、利用“大跨度、少螺钉”的固定原则固定钢板,可以有效降低钢板的应变,增强钢板抵抗变形的能力。
  2、“应变测量钢板”的应力分布主要集中在钉孔旁,当钢板在承受三点弯曲力时,其应力主要集中在骨折断端钉孔旁。
  3、“应变测量钢板”系统通过测得应变点应变可以有效评估骨折愈合模型的愈合程度,为日后临床上评估骨折愈合、指导患者定量地进行功能锻炼、预警钢板断裂和螺钉松动等带来了新的希望。
[硕士论文] 顾伟
控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:磁共振成像(MRI)因其无电离、无辐射和非侵入性的优点已经成为医学影像诊断的重要工具。常规的磁共振设备是利用质子(1H)的自旋在磁场中产生的拉莫尔进动设计的。然而,肺部是一个乏水、低密度、磁导率极不均匀的器官,无法对肺部进行有效的成像,在研究肺部进行磁共振成像研究时需要借助于超极化气体。射频线圈作为磁共振设备中一个重要部件,其优劣程度决定着成像的质量。本论文基于超极化气体3He设计了低场强(600Gs)的三组射频线圈、以及多频点线圈系统,并进行了实验验证。
  本论文的主要工作如下:
  首先,介绍核磁共振成像的基本原理、磁共振设备的基本结构、超极化气体的基本原理、射频线圈的基本参数射频线圈的设计一般原则。同时还介绍射频线圈的相关电路,包括:线圈的调谐、线圈的匹配、线圈之间的去耦等。
  其次,设计了基于600Gs场强下基于1H成像与3He成像的收发一体的螺线管线圈,并针对小老鼠进行了磁共振成像实验,验证了基于600Gs的低场条件下超级换气体3He磁共振成像的可行性。设计了基于600Gs场强下超极化气体3He的蝶形发射线圈以及四通道表面阵列接收线圈,并利用矢网对线圈进行了实验并得出了线圈的反射参数(S11)与耦合参数(S12)。
  最后,设计了基于600Gs场强下多频点射频线圈系统,该射频线圈系统设置的两个频点分别为:2.68MHz(1H)与1.94MHz(3He)。
[硕士论文] 张建国
检测技术与自动化装置 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:科氏质量流量计具有可直接测量质量流量、内部无阻挡部件、测量精度高和安装灵活方便等诸多优点,是当前应用范围最广、发展速度最快的流量计之一。信号处理技术是科氏质量流量计的核心技术,直接决定了其测量精度、测量稳定性等性能指标。而科氏质量流量传感器输出信号的数学模型则是信号处理的根本依据和基础。为此,国内外学者提出了多种信号处理方法和流量传感器输出信号的数学模型。但是,没有根据不同的信号模型和不同的应用场合对不同的信号处理方法进行比较与评价,以选出不同应用场合下的最佳信号处理方法。同时,随着研究的深入,以往的信号模型不能够完备地反映传感器输出信号的所具有的特征,有待进一步改进。为此,本文对单相流测量、批料流测量和气液两相流测量这三种典型的科氏质量流量计应用场合下的信号模型进行改进与建立,再根据不同的信号模型对不同的信号处理方法进行比较与评价,以最大限度的提升科氏质量流量计在三种典型应用场合下的测量性能。
  概述国内外科氏质量流量计信号处理方法和信号数学模型。根据不同信号处理方法的特征量提取原理不同,分为时域信号处理方法和频域信号处理方法两大类,并分析不同信号处理方法固有的优缺点,为不同应用场合下信号处理方法的选取提供依据。对已有信号数学模型进行分析,指明模型缺陷所在,为信号数学模型进一步的改进打下基础。
  针对单相流测量,进行不同管型和口径传感器单相流实验,根据单相流下传感器输出信号,提取信号的幅值、频率和相位差三个特征量。分析特征量的变化特点,提出模型初值和游走项的权值的确定方法,并改进信号随机游动模型。根据改进的信号模型,针对单相流测量应用的关键技术问题,通过对比,选取SDTFT算法为最佳信号处理方法,基于TMS320F28335DSP研制变送器实时实现算法,标定结果表明在12∶1的范围内,测量精度优于±0.1%,重复性优于0.05%。
  针对批料流测量,进行批料流实验,根据批料流下传感器输出信号,提取信号的幅值、频率和相位差三个特征量。分析特征量的变化特点,建立批料开启时,特征量变化的信号模型和函数解析式,并以此为依据对突变信号模型进行改进。根据改进的信号数学模型,针对批料测量应用的关键技术问题,通过对比,选取正交解调算法为最佳信号处理方法,基于TMS320F28335DSP研制变送器实时实现算法,标定结果表明在两个流量点四个不同批次时间下,测量精度优于±0.1%,重复性优于0.05%。
  针对气液两相流测量,进行气液两相流实验,根据气液两相流下传感器输出信号,提取信号的幅值、频率和相位差三个特征量时间序列。建立特征量的时间序列的ARMA模型,得到信号模型。根据信号模型,针对气液两相流测量应用的关键技术问题,通过对比,选取过零检测算法为最佳信号处理方法。针对气液两相流较大的测量误差,通过神经网络进行误差修正,修正后的测量误差小于±1.5%。
[硕士论文] 余健文
流体机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:环境污染、爆炸物检测、食品安全等领域中痕量物质信息获取对于现场检测技术提出了迫切需求,离子迁移谱技术作为一种基于常压环境下痕量物质快速检测的方法,有望在这些领域中发挥重要作用。而随着离子迁移谱技术的发展,各种基于不同原理的离子迁移谱分析器开始出现,对于离子迁移谱的核心器件-分析器的优化也在不断进行.离子迁移谱分析器传统的优化主要包括基于条件简化的理论分析方法以及实验对比验证方法,在分析精度和便捷性上难以满足现有的离子迁移谱应用需求。
  基于此,本文开展了离子迁移谱关键部件的仿真及优化研究。借助COMSOL软件强大的多物理场耦合计算能力,对常压气相介质中的离子在流场和电场共同作用下的运动情况进行仿真模拟,建立了广泛应用于危害毒险品检测的飞行时间离子迁移谱(DTIMS)、大气细颗粒物主流检测手段的平板型差分迁移率谱(DMA)两种分析器的仿真模型,在此基础上对影响这两种分析器探测精度的关键部件结构和工作参数进行了优化设计,得到了以下结果。
  1、对Bradbury Niclson离子门和Tyndall离子门通断过程中离子运动进行了仿真,得到了在初始的结构和工作参数下,能完成截断离子流功能所需要的最低的关门电压,得到了Tyndall离子门开关时间对离子迁移谱分辨率和灵敏度的影响机制,得到了离子门最佳工作电场强度。
  2、对DTIMS分离电场均匀性和强度对分辨率的影响进行了仿真,发现了前端离子门会产生导致离子群空间分布发散的径向电场分量,而这是谱图峰展宽的重要原因之一。基于此,得到了优化的分离电极结构,得到了优化电场强度分布。
  3、对DTIMS电荷收集效率的流场和电场影响进行了研究,发现反吹气位置对电荷收集影响较小,而反吹气流量和牵引电场强度对其影响较大,其中电场强度与收集效率成正比,而反吹气流量则存在优化区。
  4、基于对DTIMS的仿真结果,设计了应用于环境中VOCs检测的DTIMS分析器,并完成样机的搭建,以二甲苯为样品进行了检测,验证了样机工作的可靠性。
  5、针对平板型DMA在检测细颗粒物时分辨率提升受扩散作用的制约这一问题,对其结构、电场、流场等进行了仿真,发现了鞘气流量、电极狭缝对分辨率的提升作用饱和点,得到了优化的分离区结构和工作参数。
  研究工作表明,基于多物理场耦合的有限元仿真方法可以为离子迁移谱分析器各关键部件结构、工作参数的优化设计提供有效的指导。
[硕士论文] 方正余
控制理论与控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:科氏质量流量计能够在多种工况下对流体质量流量进行直接测量,具有精度高、重复性好、多参数测量和多流体测量等优点,广泛地应用于石油化工、食品加工和化学制药等工业场合。本文主要针对科氏质量流量计的两种驱动系统在实际应用中出现的问题,研究新的驱动方法,研制相应的驱动系统,有效地改善了流量计的驱动特性。
  针对模拟驱动系统在气液两相流发生时流量管发生停振的问题,分析了导致流量管停振的真正原因。在此基础上,重新设计了模拟驱动电路的结构,并进行理论分析和仿真。分析和仿真结果表明,在气液两相流发生时,新型模拟驱动电路可以维持流量管振动;在气液两相流结束时,它能够保证流量管快速地恢复到最佳振动幅值。进行了原有模拟驱动电路和新型模拟驱动电路在持续气液两相流下和流型频繁切换下的驱动特性对比实验。实验结果表明,新型模拟驱动电路具有更好的驱动特性。
  针对数字驱动系统在流型频繁切换时流量管出现振动幅值过低和大幅度超调的问题,根据实验数据,分析了原有驱动控制方法的不足,分别提出了变驱动周期方法和变积分限幅值方法,并在所研制的变送器中实时实现,进行了实验验证。驱动控制方法改进前后的驱动特性对比实验结果表明,变驱动周期方法可以有效地降低在单相流切换到气液两相流时流量管幅值的衰减程度,变积分限幅值方法可以解决气液两相流切换到单相流时流量管幅值的超调问题。因此,改进后的驱动控制方法具有更好的驱动特性。
  针对上述驱动系统在驱动大口径流量管或者气液两相流发生时驱动能量不足的问题,对已有变送器的驱动能力进行了分析,结果表明其驱动能量依然具有很大的提升空间。为此,提出了差分驱动方式。相比较于单端驱动方式,在该方式下,变送器的驱动能量提升1倍,并且依然满足本质安全的要求。研制相应的实现电路,应用到变送器中,进行气液两相流情况下驱动能量的对比实验和单相水流量标定实验。实验结果表明,差分驱动方式下变送器的驱动能量几乎增加了1倍,气液两相流发生时流量管的振动幅值几乎增大了1倍;同时,在该驱动方式下流量计依然可以达到0.1级的测量精度,具有很好的稳定性。
[硕士论文] 单超
电子与通信工程 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:本文针对心电监护对于心脏健康安全的重要意义,利用国内先进的心电监测器材设备,以及互联网智能设备,设计一种智能化远程心电监护系统,该系统实现心电信号的采集与检测,心电信号预处理并存储于数据库,心电数据的聚类与决策处理,分析识别心电正常、异常、突发危险三种状态,与移动终端即时通信,从而达到心脏远程监测和护理示警的效果。克服了传统心电监护系统只能应用于特定场合,不便移动的问题,具有便携、小巧、低能耗、不受时间和空间限制的优势,对心血管疾病的预防和诊断具有重要的现实意义。
  该系统基于Andriod系统的智能手机平台,通过蓝牙与可穿戴式心电监护系统连接,实现心电信号手机监测,实时获取有效的心电信号,在系统内置的软件(APP)中实时接收信号,并通过与数据库比对分析信号的正常或异常,进行智能健康决策,一旦出现异常心电信号则开启警报并利用4G通讯技术实施远程信息传输,将结果上传到远程监控系统的PC或医用PAD上便于医生的分析及诊断,给出合理的应对措施。同时还可以对患者所处的位置进行定位,方便于救护车辆以及医护人员能够第一时间赶到抢救现场实施救护,最终挽救患者生命。
  本课题所研究的远程心电系统不仅可以实现家庭医疗与院后医疗的结合,还可在社区、养老院、运动场及其它缺乏医疗资源的偏远地区使用,实时采集人体心电信号并进行诊断,传输,提供智能远程医疗服务,具有良好的市场前景。
[硕士论文] 田雷
检测技术与自动化装置 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:气体超声波流量计具有无压损、测量精度高、测量范围广等诸多优点,广泛应用于各种气体流量测量领域,特别适用于天然气贸易等大口径管道的流量测量。但是,气体超声波流量计的超声波信号能量衰减严重,回波信噪比低,严重影响其测量精度和量程比。同时,国内生产的气体超声波流量计都采用模拟信号的处理方法,测量精度较低,稳定性较差,所以,气体超声波流量计的高端市场几乎被国外产品所垄断。
  为此,本文从激励方法配合信号处理方法的角度出发,利用波的叠加特性,提出新的间歇式激励方法和与之配合的基于相邻峰值最大差值的信号处理方法;从回波信号轮廓的角度出发,分析回波轮廓的变化规律,建立回波上升段轮廓的数学模型,提出基于回波峰值拟合的信号处理方法;又从回波能量包络的角度出发,分析回波能量的变化规律,建立回波能量包络的数学模型,提出基于回波能量点定位的信号处理方法;在基于DSP(数字信号处理器)和FPGA(现场可编程门阵列)的硬件系统上,实时实现上述信号处理方法和激励方法,有效地提高了气体超声波流量计的测量精度,扩展了测量范围。
  研制的系统在安徽省计量科学研究院进行实验标定。结果表明,基于回波峰值拟合、基于回波能量点定位与基于相邻峰值最大差值的双声道气体超声波流量计,满足国家标准对1级精度气体超声波流量计的要求,达到了国内外同类产品的最高测量精度。研制的气体超声波流量计与国内外同类产品相比,最大可测流量提高到了约1.53倍,有效地扩宽了测量范围。
[硕士论文] 王聿宏
机械制造及其自动化 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,海洋技术快速发展,各国对海洋资源开发力度逐渐加大。对海洋的开发首当其冲离不开对海洋要素的探测,随着对海洋探测逐渐深入,对海洋探测技术与海洋装备研制提出了更高的要求。针对海洋要素中的压力探测,项目组设计一款既可以测量大量程海水压力,又可以测量海水微小压力变化的活塞式海水压力测量装置。本文重点对该测量装置控制系统进行实验探究。
  首先,阐述了活塞式海水压力测量装置的工作原理。液体在压力作用下体积会发生变化,该变化是有一定规律的。活塞式深海压力测量装置通过控制装置内压力容器体积变化而改变内部压力,控制系统作用下使该压力与装置外部海水压力平衡,通过测量体积变化等效计算出海水压力,系统通过一个小量程差压传感测量微小压力变化。
  然后,根据测量压力的方法与目标,设计活塞式海水压力测量装置的控制系统。主要包括驱动活塞运动的伺服电机、压力与位移信号采集和作为控制核心的工控机。针对在不同深度海水环境中,系统控制对象非线性变化,为了进一步提高控制系统平衡响应,设计二维模糊PID控制器。
  最后,完成活塞式海水压力测量装置控制系统,搭建实验平台,在实验平台上进行压力平衡、绝对压力测量、微小压力测量实验。1000Kpa下通过活塞位移计算得到压力最大误差为25.91Kpa,在2000Kpa装置平衡后,能够准确测量微小压力变化,精度可达0.019Kpa。
[硕士论文] 杨岩江
机械制造及其自动化 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:人的大部分日常活动需要手的参与才能完成,因此帮助偏瘫患者改善并恢复手部运动功能是偏瘫康复的一项重要内容。针对目前国内医疗资源紧张而偏瘫患者在康复期又急需合适手部康复训练装置的问题,本课题基于连续被动运动理论(Continuous Passive Motion,CPM)、神经代偿可塑性理论和运动康复理论,设计了一种具有良好人手适应性的穿戴式手功能康复训练外骨骼。本文根据人手特点对手功能康复外骨骼进行了机构选型,并在构型基础上进行了机构优化分析、运动学及动力学仿真分析、康复系统组成分析、物理样机实验分析,验证了所研制的手功能康复外骨骼在康复训练时的有效性。
  首先在机构上解决了外骨骼和人手的适应性问题。通过探究手指自由运动规律,拟合出三指节运动规律函数;通过对关节闭链机构优化和选型,在避免让指节充当受力杆件的前提下,解决了转动部分瞬心投影和指节长度调整两大技术问题,达到了适应性康复训练要求;驱动部分采用了模块化设计,通过电机、健侧驱动转化形式满足了患者的个性化康复训练需求。
  其次通过理论和仿真分析得到了手功能康复外骨骼的理论运动参数。为方便解耦将指节机构分为闭链机构和主运动链机构两部分,使用D-H法对主运动链机构进行分析得到了空间位姿雅可比矩阵,并进行了正、逆运动学分析,又联立闭链机构得到单根手指空间运动学矩阵;进一步分析得到力雅可比矩阵并利用牛顿-欧拉法建立了动力学模型;通过Pro/E和ADAMS软件对单根机械手指进行了运动学、动力学仿真,证明了模型在理论情况下训练的安全性和有效性。
  再次对手功能康复外骨骼控制系统进行了模块化分析探索。将康复系统模块化为外骨骼执行模块、数据采集模块、数据处理控制模块、人机交互可视化模块;分析了各模块主要功能以及模块之间的联系,并对闭环控制策略和人机交互界面进行了简单描述和设计。
  最后进行了一系列物理样机实验。通过分析一代物理样机的优点及不足,总结出二代物理样机应具备的特点;为验证二代物理样机的有效性,进行了人手适应性实验、运动角度实验、指面垂直正压力实验、健侧辅助康复训练实验;实验结果证明了二代物理样机能够解决外骨骼关节瞬心投影和指节长度调节问题,并能在安全压力范围内带动手指按照预定规律运动,此外样机特有的健侧辅助康复训练模式丰富了患者的个性化康复训练需求。
[硕士论文] 朱爱洁
机械制造及其自动化 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:人口老龄化程度的不断加深和数目庞大的残障人士群体对中国的社会养老与保障体系发起了严峻挑战,如何为因身体机能退化或残疾而导致生活无法完全自理的人群提供照料和看护服务,已成为一个重大的社会问题。护理床作为医疗辅助器械,在失能人群照护领域得到了广泛应用,但现有护理床产品都普遍存在助便功能不完善、功能对单一的缺点。为减轻护理人员的工作强度,最大程度上实现患者生活自理,本文设计开发了集位姿调整与大小便处理于一体的多功能护理床产品,主要工作如下:
  1、综合相关文献资料与市场调研结果,确定了护理床的研究方向。从人机工程学角度提出了护理床的总体设计方案和设计原则,确立了各功能实现的具体设计参数和整体外形尺寸;引入模块化设计概念,将护理床床体划分为床架、起背、曲腿、侧翻身四个分模块,完成了各模块的详细结构设计及建模,并通过有限元分析校核了重要部件的强度和刚度,确保了护理床结构满足使用的安全性要求。
  2、配套开发了护理床用坐便器集成系统,协助患者在床上解决大小便并完成便后清洁等护理难题。根据抽吸收集排泄物、坐便体冲洗、臀部清洗和暖风烘干等系统功能的实现原理,完成了所有元器件的选型及零部件的设计建模,设计并进行了样机真空抽吸性能试验来检验系统收集排泄物的性能。
  3、绘制了整套工程图纸,跟进完成了所有零部件的加工及样机组装。就样机调试过程中的发现的一些问题给出了初步的解决方案,并提出了护理床产品的研发方向。
  综上所述,本文的研究成果为带助便功能的多功能智能护理床的产业化奠定了一定的基础。
[硕士论文] 时仪
流体机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:四极质谱仪是目前被广泛应用的质谱仪器。通过对四极质谱仪结构、场分、加工工艺等问题的进一步研究,有助于改善其性能。本文采用理论推导和有限元分析软件COMSOL Multiphysics5.2相结合的方法,围绕四极质谱仪的技术要求,对四极质谱仪进行了仿真研究和结构优化。主要内容如下:
  (1)基于四极场离子运动理论基础,结合低能粒子碰撞的极化散射理论,建立了带电粒子在四极质谱仪中的运动仿真理论基础,同时结合有限元仿真软件,得到了四极质谱仪分析器有限元仿真的理论基础。
  (2)构建四极质谱仪分析器仿真模型,对四极质谱仪分析器电场分布和离子运动轨迹进行了仿真研究。利用碰撞频率表征压强,对环境压强的影响进行了仿真研究,结果表明当环境压强高于10-2Pa时,离子通过率会明显下降。对Mathieu参数a、q值的影响进行仿真分析,结果表明,在参数选定时,需要对二者综合考虑。对入射离子能量,角度的影响进行了仿真研究,同时探讨了释放离子位置的影响,结果表明,离子准直入射到分析器能显著提升通过率。对离子电荷正负性对离子轨迹的影响进行了研究探讨,得到了分析器内正负离子的运动轨迹。基于射频相位角与时间的关系,对射频电场相位角的影响进行了探讨分析,并对离子入口孔径的影响进行了仿真研究,结果表明,当入射孔径的大小在中心轴线0.05R0的范围内,离子进入到分析器内能够实现最优的通过率。
  (3)基于四极质谱仪分析器的仿真研究结果和使用要求,结合聚焦透镜相关理论,以提高离子通过率为目的,对聚焦透镜系统进行了仿真研究和结构优化。对无聚焦透镜、有聚焦透镜无静电屏蔽、有聚焦透镜有静电屏蔽三种结构进行了仿真研究,得到了在分析器前端施加聚焦透镜,并施加静电屏蔽能够显著提高离子通过率并改善质谱性能的结论。
  本文的研究方法为四极质谱仪的生产设计提供了理论支撑和仿真技术上的支持,仿真研究结果为四极质谱仪的参数选定和结构优化提供了一定的参考。
[硕士论文] 徐雪原
控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:磁共振成像因其无电离、无辐射性、非侵入性的优势已经成为医学成像的重要工具。目前在医院及科研机构广泛应用的磁共振设备,绝大部分都是利用水分子中的核子(1H)自旋实现成像,在人体肺部这样乏水器官的应用受到了限制。本文围绕低场肺部磁共振成像专用设备展开,以其核心部件梯度系统为切入点,介绍了磁共振成像原理,对肺部磁共振成像所需的氦-3气体极化技术做了简要说明。在梯度系统方面,主要围绕目标场方法设计梯度线圈、研制高性能梯度功率放大器两部分展开,其设计方法与经验不仅仅局限于肺部低场磁共振成像,也可以应用到其他类型磁共振设备中。具体研究内容如下:
  1)针对永磁型磁共振成像系统,在距离目标成像区域一定距离的平面上推导了梯度线圈的目标场设计方法;在给定的目标场值(目标谐波系数)的条件下利用毕奥一萨伐尔定理计算出电流密度函数;根据稳恒流动条件解出在线圈平面上所引入的电流流函数,将其离散化,找到合适的电流值与线圈的匝数;利用MATLAB软件绘制出线圈平面的导线分布图。
  2)设计了一款高性能梯度线圈驱动,能够精准跟随梯度信号,输出电流上升下降为微秒级,速度快,波纹小,设置有死区时间,既保证了信号切换速度,又有效防止了短路现象,得到了控制精度高,输出电流波纹平缓的梯度线圈驱动。
[硕士论文] 汪春畅
控制理论与控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:研究两种基于电磁原理的测量仪表中的关键技术问题,这两种仪表分别为:电磁流量计和电磁式涡街流量计。
  电磁流量计因测量管内无阻流及活动部件等优点,被广泛应用于水流量和浆液流量的测量。为了实现高频励磁控制和数字信号处理算法,适用于水流量和浆液流量的测量;同时,配置功能完善的人机界面模块和通信模块,研制基于数字信号处理器(DSP)的高性能电磁流量变送器。采用梳状带通滤波算法处理水流量信号,采用基于信号重构算法处理浆液流量信号。充分、合理地利用DSP的资源,设计硬件系统,实现仪表的各种功能。巧妙、灵活地安排励磁控制、信号处理、人机接口、数据通信之间的时序,研制DSP软件。为保证算法的实时性,将算法模块放在20ms的定时器中断服务程序中,并在定时器中断服务程序中开启中断嵌套,以确保励磁控制和数据采集的正常工作。将执行时间较长的液晶刷新显示子程序和按键操作子程序放在主循环中,以便其他模块的正常执行。所研制的DSP软件系统适用于矩形励磁或三值励磁下的水流量和浆液流量的测量。对研制的高性能电磁流量变送器进行算法实时性测试和水流量标定试验,实验证明了所研制的软件系统的有效性。
  电磁式涡街流量计的输出信号不受管道振动和周边振动源干扰的影响,且其测量可靠性高,无零点漂移。在测量含气的导电液体流量时,电磁式涡街流量计利用已有的信号处理方法会出现流量信号频率计算错误的现象,造成较大的测量误差。为此,提出基于信号微分和FFT频谱分析的算法,放大高频流量信号,抑制低频气泡噪声干扰,使整体流量信号能量占优,从而找到正确的流量信号频率。研制了基于DSP的电磁式涡街流量变送器系统。设计了一套两相流实验流程,进行气液两相流实验。实验结果表明,当含气量不超过3.9%时,所研制的电磁式涡街流量变送器系统实时测量误差小于±3%,大大减小了测量导电液体流量的误差。
[硕士论文] 邢斌
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:深海资源的探测作为中国海洋技术发展的重点之一,离不开潜水器和海洋测量装备。海洋压力是影响探测装备性能的关键因素之一,因此一个高精度的深海压力模拟装置不可或缺。
  首先进行了压力模拟装置的总体方案设计。针对传统的活塞式压力模拟装置无法同时兼具压力快速响应和高精度的问题,设计了基于双活塞液压缸组合的新型高精度压力模拟装置。基于对压力模拟装置控制性能和压力精度要求,设计了压力模拟控制系统,包括电气设备和压力容器的设计以及参数选择,对系统的硬件和软件开发环境进行了选型。
  其次,根据液体可压缩性原理,推导了压力模拟系统的传递函数。基于Matlab仿真,对比了单活塞液压缸加压和双活塞液压缸的压力模拟精度,结果表明,在0.2Mpa阶跃响应下,双活塞液压缸的压力模拟系统比单液压缸的稳态误差减小了0.0012Mpa。针对系统非线性和时变的特性,对比了PID和模糊PID控制方法,仿真结果表明模糊PID控制减小了超调量,提高了稳态精度。
  然后利用工控机搭建了压力模拟装置的测试平台。利用MFC的界面框架编写了压力模拟装置的的上位机,实现了压力数据的采集、显示和存储。通过多媒体定时器,实现压力控制循环。针对压力信号易受到干扰的问题,设计了平均值滤波和卡尔曼滤波相结合的滤波算法,减少了压力的噪声。
  最后,在压力模拟装置上进行了静态压力、梯形压力以及正弦压力的模拟实验。结果表明,在4Mpa的静态压力响应下,采用双活塞液压缸的压力模拟系统,稳态误差是0.0052Mpa。压力模拟系统具有良好的动态压力模拟性能。
[博士论文] 刘雪娇
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:喷动床作为典型的流态化设备目前已广泛应用于农业、食品、制药、能源、环保、化工、核燃料等众多领域,如干燥、混合、造粒、包衣涂层等多种物理工艺过程,同时在煤气化、生物质制合成燃料、油页岩热解、铁矿石还原、焦炭活化、石油催化裂化等诸多热化学工艺中也显示了诱人的前景。然而目前对喷动床复杂气固流动特性的认识还远远不能满足日益广泛的应用要求,尤其是对非球形颗粒系统在喷动床中动力学特性、气固相互作用机理以及喷动床放大技术掌握不够,以至于在设备放大设计、结构和运行参数优化等方面都遇到一定的困难。本文基于试验和数值模拟手段,对非球颗粒喷动床动力学特性及放大规律进行了深入研究。
  构建了非球形颗粒喷动床试验系统,以具有典型非球形状特征的柱状颗粒为研究对象,实验揭示了非球颗粒/床料二元颗粒系统的喷动动力学特性。发现了二元颗粒系统喷动与混合实时同步耦合的行为特点,获得了二元颗粒系统喷动行为与关键参数随操作条件的变化规律和控制机制,提出了床料主导型和非球颗粒主导型两种不同的非球颗粒喷动系统类型。
  发展和改进了喷动床CFD-DEM模拟方法。运用几何元素组合方法构建具有真实形状的柱状颗粒,全面解析柱状颗粒平面、曲面以及边线之间多种接触情形和接触力计算,改进适用于柱状颗粒的气固作用力模型,构建了柱状颗粒气固流动CFD-DEM数理模型,率先在CPU+GPU计算平台上实现“气相湍流+真实柱状颗粒+喷动”的CFD-DEM数值模拟,从颗粒尺度分析了颗粒形状对喷动床内颗粒速度、角度、接触情况等颗粒运动形态的影响,揭示了柱状颗粒喷动行为的颗粒形状效应及微观机理。
  提出了喷动床数值放大设计新方法。利用数值模拟技术实现喷动床放大过程中气固流动行为的直观预测,获得了放大过程中关键参数随物料性质、床体结构和操作参数的变化规律,提出喷动床放大过程中关键参数预测关联式;利用模拟技术深入掌握喷动床关键部件形状、结构、尺寸对床内气固流动行为的影响规律;研发了工业尺度的喷动床混合器装置,完成混合器详细尺寸设计和运行效果考察,给出混合器喷变工况运行特性以及操作运行指导,实现15万吨/年非球生物质与类球热载体颗粒的快速连续充分混合。
[博士论文] 刘清源
粒子物理与原子核物理 山东大学 2017(学位年度)
摘要:BES-Ⅲ探测器是一个安装于北京正负电子对撞机BEPCⅡ上的通用粒子谱仪。在(Τ)-粲物理能区对标准模型的精确检验以及新物理的研究中,BESⅢ都做出了重要贡献。但负责径迹重建的主漂移室内室由于老化作用性能严重降低,影响了探测精度和径迹重建效率。另一方面,用于粒子物理实验的高精度低功耗的轻薄CMOS像素传感器(CPS)在国外的研发已经成熟并得到了相对论重离子加速器的STAR实验验证,使得这一技术研发的探测器成为BESⅢ内层寻迹器升级的重要候补方案。而针对像素探测器的研究,中国尚处于起步阶段。
  为了探究CPS在BESⅢ实验中应用的可行性,并推动中国的硅像素探测器技术的发展,本文对当前主流的CPS设计方案进行了调研,测试分析了法国IPHC研究所最新研发的传感器并优化了硅寻迹探测器的设计方案。其中,相关束流测试结果证明,基于逐行扫描的帧读取模式可以实现10μm空间分辨率、约20.8μs读取时间及80mW/cm2左右功耗的几平方厘米大小的CPS芯片。这种低功耗、高集成度、高分辨率的单片式像素传感器可以构建几平方米面积的高分辨率径迹探测器。此外,本文对于硅像素探测器几何结构的优化工作形成了一套针对桶部硅寻迹器的较完整的设计优化策略,并实现了包括基于各种径迹拟合算法的性能计算、基于递归树及探测器布局排列扫描的几何优化和基于Geant4的模拟验证在内的全功能软件。在芯片空间分辨率约10μm、每层探测器厚约0.36%X0的条件下,相应的方法和软件被应用于BESⅢ的硅像素寻迹探测器的研发,确定了3个探测层沿寻迹器桶部径向均匀排布为针对BESⅢ实验末态带电粒子的动量分布的最优设计方案,且其性能完全符合实验需求。
  在与IPHC研究所的合作中,本文在芯片开发测试的相关工作打破了国内此类研究的空白,而关于硅探测器几何最优化的相关研究回答了BESⅢ内层寻迹探测器设计的关键问题,并对未来环形正负电子对撞机(CEPC)实验中寻迹探测器的设计优化提供了经验和可靠的研究方法。
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