基于油液光谱RKPCA的综合传动磨损状态评价

原子发射光谱是分析油液中微小磨损颗粒元素浓度的重要方法。以综合传动全寿命磨损试验不同阶段采集的多个油液样本为研究对象,分别运用基于模糊隶属度的稳健核主成分分析(RKPCA)与传统主成分分析(PCA)对光谱数据进行主成分提取与对比。在剔除光谱数据中的干扰元素后,计算与比较两种方法的主成分数量与贡献率,并利用RKPCA主成分进行综合传动多摩擦副的分类识别;对光谱数据和RKPCA特征值分别进行模糊C均值聚类,对比两种聚类结果应用在磨损状态评价中的效果。研究表明,由于光谱数据离群值与非线性影响,RKPCA较PCA的主成分数量稍小且累积贡献率高,说明前者能更有效地降低变量维数;通过RKPCA主成分与摩擦副组件的相关性分析可以看出,该方法可以精确的实现综合传动多摩擦副、多磨损部位的分类与识别,进而分类评价不同摩擦副的磨损状态;RKPCA特征值的模糊C均值聚类结果与光谱数据直接聚类结果相比,前者能更精确的定位磨损状态转化的临界点,从而准确评价综合传动整体磨损状态。油液光谱RKPCA分析方法的创新在于将特征值变化规律引入整体磨损状态评价,实现整体评价与关键摩擦副的分类评价相结合。这样不仅有助于综合传动大修期的准确判断,还能给出需维修部件建议。该方法也适用于其他复杂机械系统的磨损监测与评价等相关领域。     

基于油液光谱Wiener过程的综合传动装置失效预测

原子发射光谱是分析油液中微小磨损颗粒元素浓度的重要方法。作为一种非直接测量方法,油液光谱数据是车辆综合传动装置可靠性评估中的系统性能劣化的重要监测指标,可用于系统失效评估与剩余寿命预测。针对油液光谱数据这类型的一元劣化失效,随机过程尤其是Wiener过程模型具有良好的计算分析性质,在基于性能劣化的可靠性分析中应用日趋广泛。通过对车辆综合传动装置运行中的实时采样,共取得50个油液光谱样本。采用其中三种指示元素的线性回归方程来计算综合传动装置运行中每个瞬时的特征值与均值。基于正漂移Wiener过程,建立了综合传动装置的劣化失效预测模型,并基于R语言环境进行了随机微分方程的仿真与求解。得到了油液光谱中的Fe,Cu和Mo元素含量增长趋势的预测结果以及三种指示元素各自的首中时间。经比较,劣化失效周期的预测值较之条件维护时间延长了27 Mh(15.9%)。维护时间的延长,能够有效的减少全寿命周期内的维护次数,并最终降低维护成本。研究结果表明,该方法适用于综合传动装置的磨损与失效预测、全寿命周期费用与维护计划的优化。同时,也可推广至其他复杂机械系统的失效预测与评价等相关领域。     

基于光谱分析的综合传动空载磨合磨损规律研究

油液光谱分析是当前研究复杂传动装置磨合过程磨损规律的重要方法,利用原子发射光谱分析技术可以在不改变原有配合状态的条件下方便及时地对综合传动磨合过程磨损量变化规律进行研究。文章基于综合传动的结构特征和磨合机理,进行了台架空载磨合对比试验。根据磨合试验油液光谱分析数据,得出了磨合期磨损量变化与油液初始浓度、磨合转速的函数关系,建立了综合传动磨合期磨损量计算模型。经验证明,基于初始浓度、磨合转速、磨合时间和换挡间隔时间等参数的综合传动磨损量计算模型能够较准确地对磨合期Cu元素磨损量进行计算。磨合期磨损量模型为磨合质量评判和制定磨合试验规范提供了重要参考依据。     

基于不确定油液光谱数据的综合传动装置剩余寿命预测

原子发射光谱分析得到的磨损微粒元素浓度是综合传动装置性能劣化评估和剩余寿命预测的重要监测指标。由于系统随机劣化过程和光谱测量误差的影响,油液光谱数据中不可避免包含系统劣化随机性和光谱测量不确定性。然而,现有基于油液光谱数据的剩余寿命预测研究中,没有考虑劣化过程的随机性和测量的不确定性对剩余寿命预测的影响。因此,针对综合传动装置劣化随机性和油液光谱数据测量不确定性对寿命预测的影响,提出一种考虑系统随机劣化和数据不确定测量的综合传动装置劣化过程建模方法。基于随机过程首中时间的概念,定义了综合传动装置的剩余寿命;基于Wiener随机过程,建立了考虑系统随机劣化和不确定测量数据的综合传动装置劣化模型,利用极大似然估计方法,估计了劣化过程模型的参数;利用卡尔曼滤波技术,实现了综合传动装置劣化状态的实时估计与更新,进一步得到了考虑系统劣化随机性和光谱数据测量不确定性的剩余寿命分布。研究结果表明,提出的劣化建模方法能够准确估计装置的运行状态,避免了采用条件维护时间对装置进行维护与保养的局限性;综合传动装置的维护时间预测值比条件维护时间延长了193 Mh（113.5%）;考虑光谱数据测量不确定性的剩余寿命预测方法优于不考虑测量不确定性的方法。     

基于油液光谱分析的PCA-AHP综合传动健康状态评价研

油液光谱分析是研究综合传动运行状态的重要方法,以油液光谱分析数据为基础,运用主成分分析法(PCA)和层次分析法(AHP),建立了一种综合传动健康状态的评价模型。文章结合机械设备健康的概念,综合考虑油液光谱分析数据中各种磨损元素的影响,提出用健康值来定量描述综合传动运行状态的概念,并根据健康值对综合传动健康状态进行了等级划分;利用主成分分析法,对油液光谱分析数据进行主成分提取的研究分析;运用层次分析法研究主成分权重值,探讨判断矩阵的构造、一致性检验等问题;然后将二者有机的耦合,建立评价模型;实验研究表明,此方法具有很高的准确性,能够有效地判断综合传动的运行状态,对开展综合传动状态评估具有重要意义。     

基于光谱分析和SVM的综合传动故障诊断研究

油液光谱分析是研究综合传动运行状态的重要方法,文章以油液光谱分析数据为基础,运用支持向量机(support vector machine,SVM),建立了一种多输出最小二乘支持向量回归方法。利用多输出最小二乘支持向量回归方法对两台综合传动光谱油液分析数据进行了研究分析。研究表明,此方法得到的回归数据对1号综合传动试验数据具有良好的逼近效果,对2号综合传动油液光谱分析数据的预测具有较高的准确性。通过与2号综合传动试验数据的对比分析,发现了故障信息,并确定了故障部位。试验结果表明,该方法对于发现故障隐患,判断故障部位具有重要实际意义。     

基于油液光谱分析的综合传动视情维护研究

综合传动装置磨损产生的金属颗粒在润滑油液中均匀混合,导致装置工作环境的恶化并最终导致装置磨损失效事故的发生。因此,实现综合传动装置磨损劣化状态的准确监测和视情维护策略的合理制定对提高装置的可靠性与可维护性具有重要意义。携带着磨损部位与磨损状态信息的油液光谱与综合传动装置寿命的相互关系反映了装置磨损劣化的分布特征,使实现基于油液光谱数据的装置劣化建模和维护决策成为可能。现有综合传动装置视情维护研究是通过油液光谱数据趋势分析结合经验阈值实现的,没有考虑维护成本、装备可用度等因素的影响。鉴于此,提出基于油液光谱数据的综合传动装置视情维护决策方法。首先,针对综合传动装置的历史故障油液光谱数据,考虑装备寿命与各劣化变量间的相互关系及各劣化变量对装备劣化的贡献程度,采用Weibull比例风险回归建立了装置的工作寿命模型。然后,针对综合传动装置训练演习和执行任务两种使用工况,分别以最少维护成本、最大可用度为目标建立了装置的维护决策模型。与传统的综合传动装置维护决策方法相比,该方法考虑了维护成本因素和装备可用度因素的影响,能够根据维护目标有效的制定装置最优维护时间,为装置的视情维护决策提供了一个客观的量化方法。最后,通过对Ch系列综合传动装置历史故障油液光谱数据的实例分析证明了该方法的有效性,它能够实现综合传动装置视情维护策略的合理制定,也为其他装备的视情维护决策提供了有益的参考。     

改进欧拉算法在油液光谱分析趋势预测中的应用

基于原子发射光谱油液分析是大型机械设备磨损状态监测与故障诊断的重要技术,由于灰预测理论在趋势预测方面具有明显的优势,文章利用油液原子发射光谱分析结果,结合灰预测理论,建立了某综合传动油液中金属元素Fe趋势变化的灰预测模型。在模型参数辨识求解上首次引入了改进欧拉算法,解决了避免原灰预测模型在实际应用过程中出现的预测结果主要依赖于第一个实测值的问题,使得预测结果更准确。将该算法结合原子发射光谱分析Fe元素浓度的阈值制定,有效地捕捉到综合传动发生故障的征兆信息,及时采取措施防止综合传动的故障,具有很好的推广应用价值。     

润滑油中添加剂元素光谱分析研究

以船用内燃机油为研究对象,利用原子发射光谱对润滑油中的添加剂成分进行量化确定。根据MOA原子发射光谱仪的工作原理,选择校正曲线法定量,提出对不在测量精度范围内的添加剂元素含量用0 μg·g-1的空白标油进行稀释测量的方法,并进行误差计算。试验结果表明,添加剂各元素钙、磷和锌的测量相对标准偏差分别为1.6%,4.8%和4.6%,样品稀释前后的测量误差结果分别为4.21％,6.99％和5.09％。     

大气腐蚀研究中钢锈层的光谱分析

运用现任中光谱分析的方法,对青岛、成都两地的大气腐蚀锈层样品,进行了比较测试,得出锈层中各元素的含量、主要组成物相及各相对含量随腐蚀环境、时间的变化情况。     

古代多色硅酸盐制品的光谱学分析及方法学研究

采用自主搭建的多光谱成像系统、便携式X射线荧光光谱仪(X-ray fluorescence spectrometer, XRF)、激光拉曼光谱仪(laser Raman spectrometer, LRS)对5件战国时期多色硅酸盐制品的表面物质的光谱特性、化学成分和物相结构进行了无损分析。根据多光谱图像中的光谱响应情况,对样品表面物质进行了区域划分,并发现样品表面的多数蓝、绿、紫色系区域出现荧光现象。XRF检测结果表明不同区域的化学成分存在明显差异,但多数区域均以SiO₂,PbO,BaO为主要化学成分,5件样品基本属于铅钡硅酸盐体系,而且出现荧光区域皆是铜离子致色。LRS精确检测出各个区域中的玻璃相、中国蓝、中国紫、石英、赤铁矿、铅白、无定形碳等物相,并发现产生可见发光二极管致近红外荧光的物质为中国蓝和中国紫。利用X射线衍射技术(X-ray diffraction, XRD)验证了LRS检测结果的正确性。本研究将多用于书画分析的多光谱成像面检测技术与常用于硅酸盐文物成分分析的XRF和LRS技术进行有效结合,提出了一套更为高效的无损的分析古代多色硅酸盐制品的研究方法。光谱图像与X射线荧光光谱、激光拉曼光谱数据的结合,将样品的光谱特性与化学构成联系起来,有助于提高硅酸盐文物的分析效率,加强对硅酸盐文物的整体认识,和降低硅酸盐文物的受损风险。     

水体细菌微生物多波长透射光谱特征分析研究

多波长透射光谱能够反映出样品细胞大小、形状、内部结构和化学组分等丰富而独特的信息,是微生物快速、实时、在线检测与识别的有利工具。将多波长透射光谱技术应用于水体致病性细菌微生物的快速有效检测对控制水体细菌微生物污染及保护饮用水源水质安全具有重要的现实意义。为了建立及发展基于多波长透射光谱技术的水体致病性细菌微生物快速有效的检测方法,采用紫外-可见分光光度计获取了多种水体致病性细菌微生物(如： 肺炎克雷伯氏菌、鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)在200～900 nm波段的多波长透射光谱,对比分析了不同细菌及同种细菌在不同浓度时的多波长透射光谱特征。结果表明： 对于同种细菌,当细菌浓度发生变化时,400～900 nm波段透射光谱形状较为一致,并且在400,450,500和550 nm波长处的光密度值与浓度具有很好的线性关系,该波段由细菌体的散射起主要作用;但在200～400 nm波段范围内,细菌透射光谱的形状随细菌浓度的变化而变化,在200,258,300和350 nm波长处的光密度值与细菌浓度分别具有很好的二次多项式关系。根据微粒的Mie散射理论,采用Levenberg-Marquardt非线性最小二乘方法对测得的四种细菌透射光谱进行了散射光谱和吸收光谱拟合,并对比分析了不同细菌散射光谱特征和吸收光谱特征,结果表明： 四种细菌散射光谱的特征峰均在245 nm波长处,但该波长处的光密度值具有明显差异性,这与不同细菌外部结构及内部结构细胞器的大小、形状等不同有关;而四种细菌吸收光谱特征峰均在260 nm波长处,且不同细菌在240～400 nm波段内吸收光谱也具有明显差异性,这与不同细菌细胞内的核酸、蛋白质等化学组分含量不同有关。该研究表明对于不同种细菌及具有不同浓度的同种细菌,测得的多波长透射光谱及计算出的散射光谱和吸收光谱特征都具有明显的不同,通过多波长透射光谱解析可以获得细菌多种特征参数,多波长透射光谱可以被用于快速有效检测水体中的致病性细菌微生物。该研究为发展水体细菌微生物快速在线监测仪提供了重要依据。     

光谱干扰校正软件在ICP-4顺序扫描直读光谱仪中的应用

本文介绍了以卡尔曼（Kalman)滤波为基础的光谱干扰校正软件在国产光谱分析仪器ICP－4中的应用，并简要介绍了软件的原理、算法和实验结果，实验结果证明了该软件的有效性。     

透过率起伏光谱分析法测粒技术

提出的透过率起伏光谱分析法是一种新的颗粒测量方法。采用一细小光束照射匀速流动的颗粒系统,通过采集透射光起伏信号,经统计处理得到透过率的平均值与起伏谱。通过求解逆问题,从透过率的起伏谱中得到颗粒粒径分布信息,再结合透过率的平均值得到颗粒的体积分数信息。给出了关于单层颗粒透过率的平均值与起伏谱的理论表达式,并推广到三维单分散和多分散的颗粒系统。对粒径在32~425μm内的稀薄颗粒系进行了部分实验测试和模拟计算,结果表明该方法可同时对颗粒粒径分布和体积分数进行有效测量。     

水体细菌微生物多波长透射光谱快速准确获取方法研究

为实现水体细菌微生物快速在线监测,搭建了多波长透射光谱快速测量实验系统,利用该系统分别测量了重铬酸钾标准溶液紫外波段及中性滤光片可见波段的透射光谱,并与紫外-可见分光光度计测得的透射光谱进行对比分析,验证了实验系统测量透射光谱的准确性;以水体中常见的金黄色葡萄球菌作为研究对象,利用搭建的实验系统获取金黄色葡萄球菌溶液在220～900 nm波段的前向小角度透射光谱,进一步验证了实验系统测量细菌微生物透射光谱的准确性和快速性。结果表明,由实验系统和紫外-可见分光光度计测得的重铬酸钾标准溶液,与中性滤光片紫外波段及可见波段透射光谱的线性拟合相关系数分别为0.999 7和0.999 5,光密度误差分别在5.00%和4.58%以内,说明两个系统测量光谱的一致性较好,所搭建的实验系统测量标准样品紫外-可见透射光谱准确度较高;对于金黄色葡萄球菌,实验系统测得的透射光谱经过校正后,与紫外-可见分光光度计测得的透射光谱线性拟合的相关系数为0.999 97,两者相比的光密度误差在0.74%以内;系统重复30次细菌光谱信号采集获得平均透射光谱单次测量时间为15 s,说明该实验系统相对于紫外-可见分光光度计能够快速准确获取水体细菌微生物多波长透射光谱,在保证测量结果准确的同时缩短了光谱测量时间,为水体细菌微生物快速检测提供技术支持。     

原子发射光谱法研究SCB放电特性

半导体桥(SCB)通过桥膜放电进行含能材料的点火,具有低点火能量、高安全性以及能与数字逻辑电路组合等优点.文章利用原子发射光谱技术研究了其放电特性.首先用Cu原子谱线510.5和521.8 nm进行温度测垦,用Si原子谱线390.5 nm和Si离子线413.0 nm进行电子密度测量,同时获得SCB放电温度和电子密度随时间分布的测量结果.在放电电压为20 V,充电电容为47 μF条件下,1.0 Ω的SCB放电温度分布在2 500～4 300 K之间,电子密度约为1016 cm-3左右.然后根据光谱诊断结果,结合等离子体成立的空间尺度和时问尺度条件,判断两种规格的SCB的放电行为是否产生等离子体.该研究结果为SCB桥体的设计以及点火方式的控制提供了理论依据.也为瞬态小尺寸等离子体的判断和诊断提供了一种参考方法.     

机油中痕量磨损金属元素的间接烧蚀LIBS探测研究

机油在发动机的运转过程中具有非常重要的作用。发动机的运转,会使机油的成分和元素含量发生变化,导致机油变质,进而加剧发动机的磨损,探寻一种快速有效的机油性能检测手段,则是防止发生事故的重要前提。间接烧蚀激光诱导击穿光谱技术(IA-LIBS)是针对机油样品提出的一种全新检测方法,其核心是基于金属基底产生的高温等离子体间接烧蚀样品,在保持了LIBS基本特点的基础上,提高了样品检测灵敏度和稳定性。在前期研究基础上,以机油中Mg、Fe和Ni为目标元素,分析了不同类型机油中的基体效应对其定量分析结果的影响,表明不同油种之间的基体效应对目标元素的定标曲线影响甚小,可忽略;同时建立了目标分析元素的综合定标曲线,拟合线性系数达到了0.99以上。通过对现场机油中添加的已知浓度的目标元素的检测,IA-LIBS分析结果与实际值吻合较好,准确度均低于5%。该研究完善了IA-LIBS的方法研究,为以后评价机油的性能提供了依据,对于诊断发动机的磨损状况具有重要的科学意义。     

苝四甲酸二酐的真空升华提纯及其光谱测试与分析

纯度为9.75%的有机半导体材料苝四甲酸二酐(PTCDA),在其升华点进行了真空升华提纯,其纯度可达99.9%。利用质谱、红外光谱及X光电子能谱对这种高纯材料进行了测试并详细分析了其分子结构、化学键的形成、原子在晶格平衡位置的振动模式、电子的组态和原子的结合能的变化。由红外光谱分析得出,苝四甲酸二酐的分子结构是中央5个C构所组成的苝核基团及位于苝核两端的两个酸酐组成,它们主要以共价键结合。晶格上的C原子在其平衡位置主要以伸缩振动为主。其分子中有大量可以自由移动的π电子;分子间离域大π键的交叠决定了苝四甲酸二酐的导电性能。由XPS谱分析得出,高纯度的苝四甲酸二酐中有结合能不同的两种C原子,结合能分别为：285.3和288.7 eV。它们对应于苝环及酸酐上的C原子。另外,有两种类型的O原子,即CO和C—O—C,其结合能分别为531.3和533.1 eV。     

Calibration-Free Laser Spectral Analysis of Glasses and Copper Alloys

The calibration-free variant of the laser spectral analysis of the material of solid metal and dielectric samples has been evaluated with the example of determining the component composition of certified copper alloys, an optical filter, a crystal sample with known compositions, and fragments of glass jewelry of archeological origin. It has been shown that there is a good agreement between the measurement and reference data for macrocomponent concentrations (10% and more). Discrepancies have been found between the concentrations of components with a small content (1–5%) in the analyzed sample. All the stages and characteristic features of the methods of calibration-free analysis have been analyzed with specific examples.     

Mid-Infrared Transmission Spectroscopy of Sugar Solutions: Instrumentation and Analysis

Transmission studies on a specially designed scanning spectroprocessor for aqueous systems are reported for the first time. The nature of the absorption bands and the possibility of a universal isobestic point are discussed for a series of sugar solutions.