摘要：针对现有的滚动轴承剩余使用寿命预测方法存在预测准确度不足、训练效率不高等问题,提出一种时频分析结合改进Transformer的轴承剩余使用寿命预测方法。首先用短时傅里叶变换提取轴承的时频特征,为了改善Transformer的特征提取能力,研究了基于膨胀因果卷积的可变长度数据分析结构,并设计了自适应位置编码模块替代Transformer的传统编码方式,改进的模型增强了对时频数据的分析能力,实现了高效、准确的端到端的滚动轴承剩余寿命预测。在PHM2012轴承数据集上的实验结果表明提出的方法的效率比LSTM高20%,同时预测精度相比于多种现有传统方法均具有16%以上的提升。

摘要：手指内部力矩受表面肌电信号、肌力、手部姿态等因素影响而无法直接获取,为了实时且准确地获取手指各关节力矩以及耦合力矩并应用于手部康复机器人的交互控制中,提出了一种基于表面肌电信号和肌肉骨骼模型的手指多关节力矩和耦合力矩分析与实时获取方法。首先设计了自适应手指关节角度采集系统,通过实验同步采集指浅屈肌与指伸肌的肌电信号以及手指各关节的角度数据,建立手指多关节力矩模型,从而获取手指各关节力矩。然后建立手指D-H模型,结合虚功原理获取手指的耦合力矩。最后,辨识了手指多关节力矩模型的参数,并通过OpenSim软件获取了仿真力矩。计算力矩与仿真力矩的对比结果显示:4名被试3个关节力矩的均方根误差分别为0.1567、0.097425、0.08495,证明了该方法能够实时并准确的获取手指各关节力矩和耦合力矩,能够满足手部康复机器人交互控制准确性和实时性的需求。

摘要：平面电容传感器基于边缘效应工作,敏感场具有明显的软场特性,导致其检测能力易受外部因素影响而降低。为了改善敏感场分布特性,提升传感器的检测精度,提出了一种新型12电极平面阵列电容传感器,对其进行特性分析。首先,采用数值模拟方法建立三维敏感场模型,同时选取灵敏度值三维成像的方法分析子灵敏度和整体灵敏度分布特性。其次,利用评价指标P量化评判新型12电极传感器和矩形阵列传感器的敏感场分布均匀性。建立3种不同物场模型并结合Tikhonov正则化算法进行图像重建。最终结果表明新型传感器的P值减小3.6%,重建图像的平均相关系数增加7.2%。综合验证了新型12电极传感器有效改善了敏感场均匀性,提升了传感器的检测能力。

摘要：结合表面缺陷半无限光子晶体Tamm态与多孔硅光学传感机理,在光子晶体表面缺陷腔中引入多孔硅,并利用其高效的承载机制,提出基于多孔硅表面缺陷光子晶体Tamm态的折射率传感结构.在半无限光子晶体中缺陷腔与原来的周期性分层介质结构的界面上存在Tamm态,通过入射角度调制使其在缺陷腔中实现多次全反射,并在缺陷腔中加入吸收介质,使谐振波长在缺陷腔中完成衰荡,从而在反射谱中得到缺陷峰;调整光子晶体参数,使缺陷峰的半高全宽得到优化,提高其品质因数(Q值);在此基础上,根据Goos-H?nchen相位移与谐振波长的关系,建立由待测样本折射率改变所导致的多孔硅表面吸附层有效折射率变化与缺陷峰值波长漂移之间的关系模型,并分析其折射率传感特性.结果表明,此生物传感结构Q值为1429,灵敏度为546.67 nm/RIU,证明了该传感结构的有效性,可为高Q值和高灵敏度折射率传感器的设计提供一定的理论参考.

摘要：在常温常压下,利用光电导天线式太赫兹时域光谱仪和自行设计的气室,在0.1~3.0THz范围内对甲醇气体进行太赫兹时域光谱测试,测试结果表明,甲醇气体在1.0~3.0THz没有明显的吸收峰,但是在0.1~1.0THz波段存在明显的吸收峰。为了准确测定甲醇气体的浓度,根据甲醇气体在0.1~1.0THz范围内的15处不同的位置处的特征吸收峰强度和甲醇气体浓度的关系,对十五组不同浓度的甲醇气体进行检测,获得了在特征吸收峰处的差异曲线。基于误差反向传播（BP）神经网络的函数逼近特点,并利用遗传算法（GA）收敛速度较快,不宜陷入局部极值的优点,采用GA优化BP神经网络的初始的权值和阈值,构建了以预测甲醇浓度为目的的数学模型。结果表明,该网络模型适用于体积浓度范围为0.028 3~0.424 6m3·L-1的甲醇的浓度预测,两组样本的平均相对标准误差为1.7%,平均回收率为98%,神经网络误差精度10-1,实测值与期望值的相关系数为0.996 77,基本达到理想预测结果。本成果不仅获得了甲醇气体在太赫兹频段的实验数据,而且发现太赫兹时域光谱法和GA-BP神经网络相结合的方法能有效地检测甲醇气体的体积浓度,为检测甲醇气体浓度提供新的方法。

摘要：针对虚拟康复系统在个体适应性、安全可行性和主动参与性等方面的研究需求,提出一种基于脑肌电反馈的虚拟康复系统。采集执行不同手势动作对应的脑电信号及表面肌电信号,提取不同肌肉模块的肌电特征送入支持向量机模型进行运动意图识别;提取脑电和肌电疲劳特征,并提出一种萤火虫-模糊神经网络算法,通过脑肌电疲劳特征实时优化调节虚拟场景的控制参数。最后,搭建包含虚拟场景及反馈控制策略的虚拟康复系统,并针对上肢肘关节屈伸、肩关节前屈后伸动作进行康复训练实验,基于肌电特征模式识别结果实现对虚拟场景及目标的控制,基于脑肌电疲劳特征优化调整场景控制参数,通过虚拟系统康复实验验证系统的有效性。

摘要：根据污染气体的光谱吸收特性与荧光特性,设计了一套时分复用检测系统,既可以使用光谱吸收法检测甲烷和二氧化硫又可以使用荧光法检测二氧化硫。系统采用组合可切换光源、共用光路、气室及信号处理部分,首先进行光谱吸收和荧光的特性测量,然后进行光谱吸收法检测甲烷与二氧化硫浓度实验,以及紫外荧光法检测二氧化硫浓度实验。经过光谱吸收和荧光的特性测量得出吸收法测二氧化硫和甲烷的吸收峰处的激发波长分别为280nm和1.64μm,荧光法测二氧化硫最佳激发波长为220nm。经光谱吸收法实验可得甲烷浓度与相对强度的线性关系和二氧化硫浓度与输出电压的线性关系,线性度分别为98.7%,99.2%;经荧光法实验可得二氧化硫浓度与电压成线性关系,线性度达到了99.5%。研究表明,该系统能使用于污染气体的光谱吸收检测和紫外荧光检测。将两种测量方式组合在一起,降低了成本与体积,同时此系统也可用于其他气体的检测,有一定的应用价值。

摘要：基于光子晶体的局域特性,提出一维镜像空气栅光子晶体结构。引入镜像结构在光子晶体中间形成缺陷腔,从而在透射谱禁带中得到谐振透射峰。基于传输矩阵法,建立谐振波长与光子晶体结构参数之间的关系模型。通过观测谐振透射峰值波长的漂移,利用矩形空气栅光子晶体结构即可实现待测气体样本参数的动态监测。以甲醛为待测样本,对该折射率传感器的Q值和灵敏度进行分析。结果表明,其Q值可达1739.48,其灵敏度可达816.67nm·RIU-1(RIU表示单位折射率),证明了结构设计的有效性。该结构可为空气污染监测和气体组分分析等方面提供一定的理论参考。

摘要：基于积分方程理论建立了黑体腔的结构模型,分析了腔体长径比、孔径比、接收器到腔口的距离、腔体材料本身发射率等参数对腔体发射率的影响,提出了黑体腔优化参数设计,同时,应用有限元分析法分析了不同形状黑体腔腔体对接收器稳态温度、动态响应时间的影响。研究结果表明:黑体腔结构参数的改变直接影响黑体腔发射率、接收器稳态温度、动态响应时间,进而影响黑体腔性能,积分方程法和有限元法结合分析为黑体腔研究以及优化设计提供了新思路。

摘要：针对广义S变换(generalized S-transform,GST)的参数优化困难问题,提出一种GST参数优化方法并应用到电能质量扰动分类与扰动参数检测中.对基频点对应的参数r独立设置突出时域扰动特征,便于其他频点的参数优化专注于频域扰动,使优化后的广义S变换(optimized generalized S-transform,OGST)能同时表征较高精度的时域扰动和频域扰动信息.提出确定r的优化指标,使r的求取具有自适应性和理论依据.基于OGST的时频矩阵,提出4种扰动特征,并设计决策树分类器进行分类识别.同时实现对扰动起止时间、扰动幅值、谐波成分等扰动参数的检测.仿真数据及实测数据分析表明OGST抗干扰能力强、识别精度和检测精度高.