干涉检测中环境温度引起的镜面变形分析

在达到1 nm量级的光学元件表面面形干涉检验时,被检元件由温度变化引起的面形偏差是不能忽略的.分析了干涉检验时存在的各种环境温度情况,对不同情况下被检元件内外温度分布进行了仿真,并将温度场作为静力学分析的载荷条件,进行了镜面温度变形分析.计算出了带支撑的直径为300 mm凸球面透镜在不同温度分布下的镜面变形量,并通过球...     

实验数据处理的excel函数解法研究

回归分析是一类数学模型,其研究对象是一个随机变量同一个或多个非随机变量的关系问题,在提出一元和多元线性回归的基础上,通过比较最小二乘法解法和Excel函数解法,指出Excel函数解法可以简化复杂的数学运算,并配以图表,给求解过程带来方便。     

基于红外测温的试件内部缺陷的识别算法研究

内部缺陷形状位置的识别是传热逆问题的重要研究课题.本文对带有内部缺陷的试件建立了二维传热模型,通过有限元法求解了在一定加热条件下试件表面的温度分布;并通过共轭梯度法,提出了根据表面所测温度分布识别试件内部缺陷形状、位置的计算方法.数值实验证明了算法的有效性.     

氯化钠近红外光谱检测技术研究

氯化钠(NaCl)近红外光谱分析在生物医学上有着重要的意义。钠离子(Na+)是人体血液中电解质的主要成分,而电解质有助于维持身体的酸碱平衡。采用近红外光谱技术测量氯化钠浓度,在分析钠离子近红外光谱检测机理的基础上,选定波长建立了NaCl浓度线性回归预测模型,同时为了减小温度对水吸收的扰动,使用选定光谱区建立偏最小二乘(PLS)非线性回归模型。结果表明所建立的非线性校正模型决定系数(R2)=99.82%,交叉验证均方误差(RMSECV)=14.5,剩余预测偏差(RPD)=23.7。完全满足日常生化检测精度要求,该技术可以应用于医院实验室钠离子浓度定量分析。     

缺陷关联参数红外检测Levenberg-Marquardt改进识别算法研究

对Levenberg-Marquardt(LM)算法在缺陷参数估计修正过程中无法确保参数几何关联性的局限性进行改进,并保留原算法快速收敛的特性.以二维试件内部矩形缺陷红外检测为例,采用数值实验方法比较改进前后的LM算法,分析初始假设、红外测温误差对缺陷定量识别结果的影响.数值实验表明:改进后的LM算法参数修正过程中确保了关联性的一致性;不同初始假设对缺陷识别结果的影响不大;受红外测温误差的影响,各缺陷参数之间表现出不同的识别精度.     

一种面向土壤重金属含量检测的X射线荧光光谱预处理方法研究

土壤重金属的污染影响着农作物的产量和质量。传统的土壤重金属检测方法步骤繁琐、检测费用高且速度慢。利用X射线荧光光谱(XRF)分析技术检测土壤中重金属含量,具有处理简单、现场、快速、无损等优点。由于土壤背景复杂,包含大量噪声和无关信息,建立XRF校正模型前,对光谱的预处理能有效的去除不相干信息,保留有用信息,对XRF预测模型的精度有重要影响。主要研究光谱预处理方法对重金属含量预测模型精度的影响。首先,采用向前间隔偏最小二乘(FiPLS)作为校正模型,对比了无预处理、去趋势处理(DT)、标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、小波去噪(WT)、SNV+DT、卷积平滑(SG)+一阶导数、卷积平滑(SG)+二阶导数等7种不同预处理条件下的土壤重金属模型的检测精度。初步结果表明,多元散射校正预处理方法效果较好,与原始光谱相比,相关系数r从原始的0.988提高到0.990,预测均方根误差RMSEP、相对误差平均从原来的20.809和0.166分别降低到19.051和0.121。其次,在多元散射校正预处理方法的基础上,针对多元散射校正方法以线性表达式描述非线性关系的局限性,提出了局部加权线性回归多元散射校正(LWLRMSC)和偏最小二乘多元散射校正(PLSMSC),并比较了它们的建模效果。LWLRMSC是基于加权思想,在预测一个点的值时,选择适当的核函数和权重分配策略进行预测点的线性回归,来解决简单线性回归的欠拟合状况;PLSMSC是基于PLS建模思想,考虑了自变量和因变量的最大相关性,来减少拟合误差及失真问题。结果表明,PLSMSC具有最佳的预处理效果,五种重金属Cu,Zn,As,Pb,Cr预测值和实际值的R分别为0.989,0.973,0.991,0.989和0.986,RMSEP分别为8.805,58.360,7.671,12.549和20.851,相比于传统的MSC方法不仅在精度方面有大幅度的提升,且具有更好的泛化性能,能消除光谱噪声,提升有效信息贡献度,为土壤重金属含量预测模型选取合适的预处理方法提供了理论支撑。     

基于二次迭代Monte Carlo的羊肉硬度定量检测研究

随着居民生活水平的提高和对健康饮食结构的重视,羊肉作为一种高蛋白且低脂肪和胆固醇的畜肉,需求量逐年上涨.根据国家统计局统计,2012年—2019年我国畜肉产业中羊肉产量占比从6.27％ 上升到9.02％.研究提出了一种基于二次迭代Monte Carlo(MC)算法剔除异常样本的羊肉硬度定量检测PLSR模型.采用Gaia...     

不同贮藏期水蜜桃硬度及糖度的检测研究

糖度和硬度作为水蜜桃的两个重要指标,决定其内部品质。在运输或售卖期间,水蜜桃果内水分流失,表面开始松软进而腐烂,内部品质发生变化。研究旨在探讨可见/近红外光谱预测水蜜桃不同贮藏期糖度和硬度的可行性,进一步预测水蜜桃的最佳贮藏期。采用漫透射和漫反射方式采集4个贮藏阶段的水蜜桃光谱,并测量糖度和硬度。分析了4个阶段水蜜桃的平均光谱,光谱强度随着贮藏天数增加而不断提高,且在650～680 nm区域内受果皮颜色及色素的变化产生波峰偏移。同时,分析了糖度和硬度的变化,糖度在贮藏期间逐渐提高,硬度在贮藏期间快速下降,最终糖度增加了3.31%,硬度下降了58.8%。采用多元散射校正、S-G卷积平滑、归一化处理及基线校正等预处理方法来减少噪声和误差对光谱的影响,并使用无信息变量消除(UVE)和连续投影算法(SPA)筛选特征波长,最后利用偏最小二乘回归(PLS)分别建立糖度和硬度的预测模型。分析糖度、硬度的PLS回归系数与平均光谱的波形发现,糖度的高回归系数分布在光谱多处,而硬度的该系数均在波峰波谷附近。SPA和UVE筛选的特征波长建立的糖度模型效果不佳,而硬度模型效果良好。结果表明,漫透射和漫反射检测方式下,糖度的最佳预测相关系数(R_p)及预测均方根误差(RMSEP)分别为0. 886,0.727和0.820,1.003,预处理方法分别是多元散射校正、平滑窗口宽度为3的S-G卷积平滑。此外,漫透射建立的硬度SPA-PLS模型,选用15个光谱变量,得到的R_p和RMSEP为0.798和0.976;而漫反射建立的UVE-PLS模型,选用113个光谱变量,得到的R_p和RMSEP为0.841和0.829。可以看出,漫透射方式预测水蜜桃贮藏期间的糖度更佳,而漫反射预测硬度更佳。利用可见/近红外光谱所建立的糖度和硬度预测模型,能够可靠地预测水蜜桃贮藏期内糖度和硬度的变化,对指导采摘、售卖时间和减少腐烂具有一定的参考价值。     

无线光码分多址中一种改进的盲多用户检测算法

干扰消除是无线光码分多址(CDMA)通信系统中的一项关键技术。分析了基于递归最小二乘(RLS)算法的盲多用户检测算法的原理及性能,并将其应用于采用光正交码的无线光CDMA系统中。讨论了该系统中遗忘因子的选取原则及其对算法的收敛性和系统误码率性能的影响。为了克服固定遗忘因子所带来的矛盾,提出了一种改进的变遗忘因子RLS盲多用户检测算法,并对遗忘因子进行了修正。结果表明,采用改进的方法后系统能获得较快的收敛速度和跟踪速度,收敛时的估计误差也较小,而且信号干扰比由传统算法的6dB提高到9dB。说明采用变遗忘因子的RLS算法不仅适合于采用光正交码的无线光CDMA系统,而且跟踪期望用户信号的性能良好。     

可见光谱图像联合区间的黄瓜白粉病分割与检测

黄瓜白粉病是黄瓜病害中爆发频率较高的一种,传播速度极快,常常导致产量降低,无法获得预期的经济效益。特别是在病害爆发严重的年份,黄瓜减产量高达20%。提出了一种基于可见光谱图像联合区间的偏最小二乘回归判别模型（SI-PLSR）,用于黄瓜白粉病无损检测。采用Canon EOS 800D和Ocean Optics USB2000+光纤光谱仪采集了200个黄瓜白粉病感病叶片的可见光谱图像和反射率曲线。首先,采用基于小波降噪和H分割的分水岭分割算法从实时采集的黄瓜白粉病感病叶片可见光谱图像中提取目标叶片;其次,通过高斯拟合优化的Otsu算法分割目标叶片的可见光谱图像,获取白粉病病斑;然后,对350~1 100 nm全波段光谱反射率曲线建立偏最小二乘回归模型并计算交叉验证均方根误差RMSE_CV,同时将全波段等分为20个子区间,分别建立偏最小二乘回归模型,选取RMSE_CV小于全波段反射率曲线建模RMSE_CV的子区间组成联合区间;最后,将光谱联合区间与白粉病病斑分割结果融合建立SI-PLSR模型。从实验结果可知,感病目标叶片的提取成功率高达94.00%,200幅感病叶片可见光谱图像中成功提取188幅,其中157幅目标叶片的完整性参数高于95%,31幅目标叶片完整性参数在90%~95%之间。188幅目标叶片的病斑分割结果显示,平均错分率为5.81%,其中平均False negative为1.55%,平均False positive为4.26%。对20个子区间分别建立偏最小二乘回归模型发现,第5,6,7,11,12,13和19子区间的RMSE_CV值小于全波段光谱反射率曲线建模的RMSE_CV值,说明这7个子区间的光谱信息对白粉病的判别有较大的贡献,这与呈现波峰的470~520,530~580和700~780 nm波段相对应,因此选取这7个子区间的光谱反射率曲线建立联合区间。对联合区间建立SI-PLSR模型,其主成分数为7,校正集和验证集的相关系数和标准误差分别是0.975 2,0.907 3和0.919 5,1.091。与全波段PLSR模型相比,SI-PLSR的相关系数更接近于1,且标准误差更小。结果表明,所提出的SI-PLSR模型有效去除了可见光谱数据中冗余信息,加强了模型的稳定性,可以实现对黄瓜白粉病的快速无损准确识别,为黄瓜病害诊断提供了方法和参考依据。     

同时反演材料热传导系数和比热的算法

讨论同时反演随温度变化的热传导系数和比热的算法.首先将材料的热传导系数和比热表示成随位置和时间变化的函数,利用伴随方程法获得目标函数对k(x,t),C(x,t)的梯度;然后将材料的热传导系数和比热直接按温度区间分段离散,建立目标函数对k(T),C(T)梯度与目标函数对k(x,t),C(x,t)的梯度的关系;随后利用这种关系进行反演计算.算例表明,这样建立的将热传导系数和比热表示为温度的分段函数进行反演的方法是可靠有效的,并且具有良好的抗噪性能.     

热损耗条件下导热系数反演模型及实验研究

通过导热反问题反演求解导热系数通常误差较大,本文构建考虑热损耗条件下的虚拟薄板模型精确求解导热系数。首先通过数值算例验证模型的准确性和稳定性,正向问题使用有限差分法进行求解,反问题求解采用人工蜂群算法进行目标函数最优化。然后搭建第二类边界条件下导热正向装置,进行导热系数实例反演和实验研究,并将新模型与理论模型反演结果对比分析。结果表明理论模型反演结果的相对误差约为-14.76%,而新模型下导热系数反演相对误差达到-4.67%。新模型较理论模型反演结果更精确,有效降低了热损耗对反演的影响,提高了反演精度,更符合实际工况。     

NTC热敏电阻温度特性研究

通过实验研究了NTC热敏电阻随温度的变化情况,得到电阻～温度曲线。根据NTC热敏电阻值的自然对数与其绝对温度之间的线性关系,利用最小二乘法确定了热敏指数B,从而求得在测量温度范围内的温度系数αT。     

Experimental Design and Methodology for Estimation of Local Heat Transfer Coefficient in Jet Impingement Using Transient Inverse Heat Conduction Problem

Abstract

This article aims to employ a two-dimensional inverse heat conduction technique in designing an experiment for accurately estimating the local convective heat transfer coefficient in slot jet impingement, given temperature measurements at some interior locations in the target plate. The method uses a sequential procedure together with the Beck function specification approach. Solution accuracy and experimental errors are examined using simulated temperature data. It is concluded that a good estimation of the space variable heat transfer coefficient can be made from the knowledge of the transient temperature recordings. The technique is used in a series of numerical experiments to provide the optimum experimental design for a slot jet impingement heat transfer investigation.     

新型低熔点熔盐黏度的实验研究

熔盐因其具有广泛的使用温度范围,低蒸气压,大热容量,低黏度,良好的稳定性,低成本等诸多特性已成为聚光太阳能热发电中颇有潜力的传热蓄热介质。准确的熔盐热物性对于太阳能发电过程中介质的传热蓄热性能有重要影响。其中熔盐黏度作为重要的热物性之一,对于提高传热效率和降低流动阻力具有决定作用。本文利用研制的高温黏度测量仪对水和HITEC盐的黏度温度特性进行了实验研究,实验结果与文献数据具有较好的一致性,证明了该高温熔盐黏度仪的可靠性。为了降低混合熔盐的熔点,改进其热物性能,本文对Solar Salt进行改性研究,得到两种新型低熔点混合熔盐,并测定得到了黏度温度特性曲线。结果表明,改性后的高温熔融盐黏度有所降低,有利于降低太阳能热发电熔盐传热管路系统的阻力和成本。     

一种基于遗传算法的红外无损检测缺陷的新方法

红外无损检测的本质可归为热传导反问题的求解。利用通过解析法求解热传导正问题得出的结论，提出基于遗传算法优化求解的红外无损检测缺陷信息新方法，该算法采用浮点数编码，并采用多遗传算子并行损作，不仅获得了好的结果，而且维系了种群的多样性。模拟实验验证了算法的鲁棒性和可靠性。     

高温热管声速极限的实验研究与理论分析

高温热管是公认的被动式高温传热器件,以及明显高于相同几何尺寸金属材料的当量导热率,使其成为研究热点,并具有广泛的应用前景.在高温热管的蒸汽流动中,当喉部流速达到声速后,会出现声速传热极限,主要表现为冷凝段温度持续降低,传热量停滞不增,以及蒸汽的阻塞状态.本文设计、制备了高温热管传热器件,以高频感应方式为热源,盘管式水冷...     

反扩散火焰温度场特性的实验研究

本文设计搭建石英管反扩散层流燃烧实验系统,研究了不同雷诺数和燃料组分条件下反扩散火焰的温度场特性。实验表明,反扩散火焰中心某一高度存在燃料和中心空气快速混合区域,体现出一定的预混燃烧特性。随中心射流雷诺数增大,火焰底部冷核区增大,高温区位置沿轴线上移,但火焰最高温度点的水平高度先升高后降低。不同燃料组分下,反扩散火焰的整体温度有所变化,但火焰温度的分布特性基本相似。     

地源热泵空调系统热平衡及土壤温度分布实验研究

本文利用地源热泵空调系统的全年运行实验结果,研究了地埋管换热器与周围土壤的热量交换以及土壤的温度变化。实验结果与理论计算表明,由于采用热回收技术,该系统可减少33．7％的热量排放。连续运行一年后,土壤的平均温升为0．7℃,解决了夏热冬冷地区地源热泵空调系统的土壤热平衡问题。     

钻井液径向温度梯度与轴向导热对井筒温度分布影响

本文基于井筒与地层间能量平衡原理, 将井筒钻井液划分成不同径向单元网格, 建立了考虑径向温度梯度条件下钻井液层间温度模型; 同时引入钻井液轴向导热项, 建立了钻井液轴向导热温度模型, 将数学模型应用隐式有限差分法离散与求解. 计算结果表明: 钻井液径向温度梯度对井筒径向与轴向温度产生的误差分别为0.15 ℃和0.2 ℃左右; 而钻井液轴向导热对井筒温度分布几乎不产生影响. 因此, 通过建立的数学模型进行系统分析表明, 在建立井筒-地层耦合瞬态传热模型时可忽略两者对井筒温度分布的影响. 基于数学建模方法验证了以前学者模型假设条件的正确性, 为油气井与地热井井下温度分布规律深入研究奠定了可靠的理论基础. 关键词： 径向温度梯度 轴向导热 井筒温度 瞬态传热模型