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关键词： 海洋放射性测量   NaI(Tl)晶体传感器   探测效率   前端电子学系统  

摘要： 现阶段大规模的海洋油井、矿业资源和核能的开采利用,已经对海洋环境造成了放射性污染。特别是2011年日本福岛核电站泄漏事故的发生,造成大量带有放射性核素的废水直接排入大海,对海洋生态环境安全带来了巨大的挑战。现阶段我国的海洋放射性测量方式仍然以现场采样和实验室能谱分析为主,在对海洋放射性环境实时、在线的监测和预警方面与发达国家还存在一些差距。因此,为满足我国海洋环境的放射性常规监测和事故应急快速监测的需要,开展了海洋放射性测量传感器技术的研究,基于NaI（Tl）晶体探头开发了一套具有高能量分辨率、低功耗等优点的放射性测量传感器系统。本文系统地介绍了国内外海洋放射性测量传感器技术,并详细阐述了海洋γ射线测量的基本原理和传感器特性。在此基础上,提出了传感器系统总体设计方案。研究工作主要包括:NaI（Tl）晶体传感器硬件电路设计、微编程控制单元固件设计、传感器上位机能谱分析软件开发和NaI（Tl）晶体传感器系统综合性能评估四大部分。首先,从简化模拟信号转换过程、降低功耗和缩小硬件电路体积三个方面出发,设计了传感器的硬件电路。其中,利用直流隔离电源模块设计了一种供电电路,采用负电压的方式为光电倍增管供电,优化了供电电路的结构,解决了正电压供电方式中耦合电容带来的噪声问题;结合前端电子学系统与微编程控制单元模块的架构,提出了一种基于MOS管的放射性测量传感器信号处理电路。该电路利用由P通道MOSFET晶体管、电容和运算放大器组成的前端电子学系统将传感器的电荷脉冲信号转化为电压差信号,并通过微编程控制单元模块对电压差信号进行甄别,简化了模拟信号复杂的处理过程,降低了电路的功耗,并提高了其稳定性。其次,结合传感器系统的硬件电路功能需求,完成微编程控制单元模块固件的设计,实现了传感器系统实时、在线监测放射性核素的功能。再次,根据海洋应用场景的特点,在现有能谱分析软件包的基础上,开发了上位机能谱分析软件,降低了统计涨落对于能谱分析结果的影响,提高能谱分析结果的可靠性;针对传感器探测效率易受海洋环境影响的问题,利用天然放射性核素40K对其进行在线校准,保证了系统在长时间工作情况下测量结果的准确度。最后,采用蒙特卡罗模拟与实验室实验相结合的方法进行探测效率校准的研究,实现了在实验室条件下完成传感器探测效率的刻度。利用22Na、137Cs和241Am三个标准放射源对传感器进行了能量刻度与校准。完成了NaI（Tl）晶体传感器系统整体测试与性能分析,系统的能量分辨率为6.9%（661keV）,电路功耗为0.46W。

关键词： OBE   中职教学   传感器技术与应用  

摘要： 近年来,我国一直致力于对制造业进行改革,以使其能够适应经济的快速发展。这对于从事制造业行业的人来说无疑是一次自我革新的现实需求,人才培养模式也应作出调整。所以,政府为了加快中等职业教育的发展,使其能够培养出契合经济高质量发展的技能型人才,不断加大投入资源,着力提升职业教育的专注度和质量。基于此背景下,OBE(Outcomes-Based Eduation)理念的优越性和与经济发展的契合性被越多的学者看到,并将其应用在课程教育改革之中。一方面,本研究通过对国内外OBE理念相关文献进行整理和分析,梳理出该理念的定义、原则和应用领域等,从而对OBE理念的内涵和发展现状起着全局的掌控。另一方面,本研究采用问卷调查法和访谈法来了解中职传感器技术与应用课程的教学现状,得出该课程教学的契入点,从而明确本研究的目的,即通过OBE理念的优越性来弥补该课程教学中的局限性,以期能够更好的指导学生学习,提高学生培养质量。在明确本研究目的后,就需要采取一系列的方法和措施来实现目的,即根据OBE理念的相关研究对中职传感器技术与应用课程进行教学设计并结合具体的案例教学来检验教学效果。该课程的教学设计始终以学习成果的确定、实现和评价来开展课程实践活动,比如在确定学习成果时要以学生学习情况和企业对应聘者的能力需求为出发点;在教学过程中,教师应该以发展性和动态性的视角来评估学生的学习效果;在评价学习成果时,重点关注学习成果的达成度。最终研究表明,通过将OBE理念应用于传感器技术与应用课程教学之中,教师和学生更能够将学习重点放在岗位需求上,可以有效地解决学习者目标不明晰、教学积极性不高的问题,并通过各种方法来提升教学效果,避免教学方式单一化。此外,通过过程性评价,学生可以及时有效地评价学习成果的取得状况,从而达到持续改进传感器技术与应用课程活动的目的。OBE理念下的课程教学,不仅使学生对课程有较为乐观的满意度,而且更有助于学生通过课程活动实现教学目标。

关键词： 针刺镇痛   腺苷   生物传感器   足三里   尾壳核  

摘要： 目的: 本研究构建了可在体、实时、动态、连续监测体内腺苷应答变化的新型植入式微型生物传感器研究平台,以注射完全弗氏佐剂（Complete Freund's adjuvant,CFA）诱导的关节炎炎性痛大鼠模型为研究对象,在体检测针刺双侧足三里（ST36）后纹状体尾壳核脑区（Caudate putamen,CPu）腺苷（Adenosine,ADO）的实时变化情况,并通过调控大鼠体内腺苷及腺苷A1受体（Adenosine A1 receptor,A1R）明确调控腺苷信号对针刺镇痛效应的影响。 方法: 实验一植入式微型生物传感器的研制及其电化学测试研究 构建双电极体系的植入式微型生物传感器,其中工作电极为铂丝（直径0.2 mm）,参比电极为银/氯化银丝（直径0.1 mm）。将普鲁士蓝（Prussian blue,PB）/氨基化氧化石墨烯（Polyethylenimine-modified graphene oxide,PEI@GO）/腺苷脱氨酶（adenosine deaminase,ADA）、核苷磷酸化酶（nucleoside phosphorylase,NP）、黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase,XO）和京尼平（Genipin）交联液/邻苯二胺（permselective poly-o-phenylenediamine,P-o PD）和牛血清蛋白（bovine serum albumin,BSA）高分子层（PB/PEI@GO/交联酶/O-PD+BSA）采用不同修饰方法修饰到铂电极上,构成植入式微型生物传感器。采用场发射扫描电子显微镜（field emission scanning electron microscopy,FE-SEM）、循环伏安法（cyclic voltammetric,CV）、计时电位法（coronopotentiometry,CP）、电流-时间曲线（amperometric i-t curve,I-t）等方法对植入式微型生物传感器进行形态表征和灵敏度、稳定性、抗干扰性等电化学检测。 为了验证此植入式微型生物传感器在体检测的可靠性,将制备好的生物传感器植入健康雄性Wistar大鼠的足三里穴区或CPu脑区,在穴区分别注射腺苷或生理盐水和在CPu脑区分别注射不同浓度的腺苷,用I-t监测穴区电流值的变化,观察生物传感器在体内特异性检测外源性腺苷的能力;基于已建立的植入式微型生物传感器研究平台,将制备好的生物传感器植入大鼠足三里穴区和CPu脑区,针刺大鼠足三里,用I-t监测足三里穴区和CPu脑区电流值的变化,观察针刺对足三里穴区和CPu脑区腺苷释放的影响。 实验二基于植入式微型生物传感器技术研究针刺对CFA大鼠中枢腺苷信号影响的实验研究 建立CFA大鼠模型,将健康雄性Wistar大鼠随机分为盐水组、模型组和针刺组。盐水组在右侧足底皮内注射生理盐水（0.1 ml）;模型组和针刺组在右侧足底皮内注射完全弗氏佐剂（0.1 ml,1 mg/ml）。在造模24 h后,针刺组大鼠针刺双侧足三里穴,采用平补平泻捻转手法,只捻转不提插,捻转频率为180次/min,行针2 min,每间隔5 min行针1次,共行针4次,共计约30 min,针刺干预1次/日,盐水组和模型组均给予与针刺组一致的固定操作。完成针刺干预后,检测各组大鼠右侧足底热辐射痛阈值和植入式微型生物传感器电流值变化量并进行相关性分析,观察针刺对中枢腺苷信号的影响;使用同样的分组及干预方式干预7天,并检测各组大鼠右侧足底热辐射痛阈值和植入式微型生物传感器电流值变化量并进行相关性分析,进一步观察针刺时程、中枢腺苷释放情况与针刺镇痛效应之间的关系。 实验三调控腺苷信号对针刺镇痛效应的影响研究 实验一和实验二已明确针刺可上调CPu脑区的腺苷含量并产生镇痛效应,为了进一步验证腺苷信号对针刺镇痛效应的影响,本实验在模型组和针刺组的基础上,设置模型+腺苷组,观察腹腔注射腺苷是否可以模拟针刺镇痛效应;设置针刺+茶碱组和针刺+A1R拮抗剂组,观察腹腔注射腺苷非特异性拮抗剂茶碱或A1R拮抗剂是否可以消除针刺镇痛效应;设置模型+PBS组、针刺+盐水组和针刺+DMSO组,观察腹腔注射溶剂是否会影响针刺的镇痛效应。 首先进行药物浓度探索:分别设置高、中、低浓度的茶碱组（15 mg/kg、10 mg/kg、5 mg/kg）、腺苷组（3 mg/kg、1.5 mg/kg、0.8 mg/kg）和A1R拮抗剂组（2 mg/kg、1 mg/kg、0.5 mg/kg）,同时设置模型组与针刺组,比较各组大鼠右侧足底热辐射痛阈值,确定最佳药物浓度。 正式实验:将健康雄性Wistar大鼠随机分为模型组、针刺组、模型+PBS组、模型+腺苷组、针刺+盐水组、针刺+茶碱组、针刺+DMSO组、针刺+A1R拮抗剂组,

关键词： 柔性传感器   各向异性   3D打印   直写成型   聚合物基复合材料  

摘要： 随着智能可穿戴技术的快速发展,柔性电子产品已经广泛地应用在各种电子元件中。利用3D打印技术可以获得具有高精度、复杂微结构和功能性宏观结构的各向异性柔性传感器。各向异性传感器可应用于空间环境中的人机混合工程,实现对空间复杂型面的受力监测及重构,也可大幅提升仿生机器人抓手的触觉感知及反馈精度,而目前针对各向异性传感器的研究较少。 本文围绕通过3D直写技术制备性能优良的各向异性传感器这一目标展开研究。对柔性传感器的直写工艺进行设计及探索,进一步表征3D打印成型后的样品的本征性能,进而研究了基于CF/CNT(碳纤维/碳纳米管)填充型各向异性传感器在不同应力条件下的传感特性,并通过打印技术和预拉伸技术设计具有功能性形状的传感器件,最终揭露了各向异性复合材料在外部电场下服役时的电阻驰豫现象。主要研究内容如下: (1)填充型聚合物基复合材料的3D打印工艺设计 对液态聚合物导电材料的3D直写打印工艺的设计及优化,包括材料的选择设计,打印参数和固化成型工艺的设计。液态可打印材料需要具备填料稳定的分布状态和一定时间内不发生沉降的特性;填料的沉降行为与其和基体的密度差,以及悬浮液的粘度相关。本文选取0.6wt%的CNT填料与35wt%的CF协同作用进行填充,选择低粘度的PDMS作为聚合物打印基体。抑制剂和催化剂的添加大幅度地提升打印材料的使用窗口期;选取0.03 wt%的抑制剂和0.5 wt%催化剂对材料进行流动性改进和提升材料的打印窗口期,打印材料的流动特性和粘度在15天内保持稳定。柔性传感器的打印参数和固化工艺影响柔性传感器的成型质量;确定直写成型的打印参数为D为0.34mm,V为5cm/s,H为0.5mm以及η为50～60%。成型后PDMS基复合材料的固化工艺采用两段式,一段和二段固化均在100℃下进行10min。 (2)基于CF/CNT填充PDMS基打印复合材料的本征性能研究 对直写成型后的样品进行本征性能的表征和观察,主要涉及对微观形貌的观察、各向异性电学性能和力学性能的表征。复合材料中CF在剪切力作用下沿打印方向发生取向排列;通过对打印材料的填料的微观分布观察和MATLAB计算填料的取向率,CF在上表面和下面的取向率分别为78.53%和54.51%,即打印样品中的CF的分布在水平方向和厚度方向均存在各向异性。填料的取向行为使得打印样品具有各向异性的电学和力学性能;打印样品在垂直方向的电阻大约为平行方向的十倍,样品在大气环境中储存十五天能保持稳定的电学性能。碳纤维的取向可以定向地增强材料的抗拉强度和延伸率,沿取向方向材料有更高的抗拉强度和拉断伸长率;不同拉伸方向,打印材料内部纤维和基体的作用的不同决定了材料的裂纹扩展方式和断口形貌不同。 (3)基于CF/CNT填充型各向异性传感器的传感性能研究 各向异性传感器对拉应力和压应力具有灵敏、高重复性的电阻响应特性和极宽的线性传感区间;传感器的拉伸传感特性与加载速度具有相关性,传感特性曲线在应变量0～20%和0～200k Pa的压力之间呈现线性传感关系。传感曲线的线性关系与该传感器的线性应力应变关系、取向排列的填料在受载时很少发生偏转有关。利用录像观察和傅里叶频域信号分析揭露了柔性传感器循环拉伸过程中双峰现象产生的本质原因,即填充型柔性复合材料的粘弹性导致的应变滞后行为。各向异性传感器可以实现多信号传感表征材料的受力情况;各向异性传感器受载时可以通过不同取向方向上的电学信号的变化综合的去评价传感器所受到的载荷。 (4)基于3D打印工艺和预拉伸制备设计具有功能性形状的传感器器件 基于预拉伸CF/CNT填充型各向异性柔性传感器可获得具有功能性三维结构的传感器;沿45°方向拉伸样品预拉伸60%应变制成三维螺旋传感器,具有三维螺旋结构的传感器具有良好的线性传感特性和循环响应稳定性;三维螺旋结构传感器在循环拉伸过程中受聚合物材料的粘弹性的影响较小,具有极好的可穿戴特性和工作稳定性,可应用于机器人关节处的连接和人机交互等场合。3D直写工艺赋予了柔性传感器的很高的设计自由度,制备的仿人手指纹传感器电路将为仿生结构传感电路的设计提供了新的思路。 (5)各向异性传感器在外加电场下电阻驰豫研究 各向异性传感器在外加电源下工作时其电阻值会产生驰豫现象。在恒定直流3-10V电压作用12小时后额,柔性传感器电阻值降低至初始电阻值的0.9倍。柔性导电复合材料在通电过程中的焦耳热效应阻碍传感器电阻驰豫过程,而填料的移动和偏转促进了电阻驰豫的过程。通过微观观察和复合材料内部填料之间的相互作用力分析,通电过程中CF有发生偏转和靠近的趋势。该工作将有助于更好地理解柔性传感器静态传感特性。 本论文为3D打印制备各向异性传感器提供了从制备、表征、到器件设计完整的思路。系统性地完成了材料和制备工艺设计、柔性传感器的

关键词： 位移测量   圆容栅传感器   鉴相式   误差分析  

摘要： 基于电容耦合原理设计的容栅传感器以其测量精度好、价格低廉等优点,在测量领域有着广阔的市场。基于容栅传感器设计的工量具在环境复杂的小位移测量中具有优异的性能。工业4.0时代的到来,对智能化、小型化、数字化的测量设备提出了更高的要求。相较于国外,国内的容栅传感器技术较为落后,测量精度、稳定性相对较差。为了提高容栅传感器的测量精度,需要分析容栅传感器对测量精度的影响因素,在现有容栅传感器的基础上优化信号处理过程、减小栅极刻线误差的影响。首先,分析容栅传感器的测距原理,研究容栅传感器定栅和动栅对分辨率和测量精度的影响。利用仿真软件计算以及实际误差测试确定发射极与反射极的最佳宽度比,即每组反射极对应8个发射极,并且确定了发射极宽度与相邻发射极之间间隙的最佳比值为4:1。根据目前国内制造厂商对PCB板的加工能力,结合容栅传感器的理论计算公式,确定采用具有较高分辨率的圆环型极板结构并设计10组发射极。将发射极板和接收极板设计在定栅上,用于激励信号的发射和具有位移信息的调制信号的接收,反射极设计在动栅极板上。利用0.5mm螺距的丝杠将圆环型容栅传感器测量的角位移转换为线性位移,本文设计的容栅传感器达到0.1μm的理论分辨率。其次,采用EDA工具对硬件电路和容栅传感器进行设计,根据测量仪使用需求设计了一套完整的测量方案,包括蓝牙、公英制转换、屏幕显示、上位机等。为了避免更换电池时容栅传感器起始位置数据丢失,设计了可充电锂电池和外接电源组成的双供电模式;设计了电池电量采集电路避免电量过低时测量数据不准确;设计了可独立使用的电源模块,减小量具功耗。利用仿真软件分析常见信号的波形,确定了采用8路相邻相位差为45°的复杂脉冲序列作为激励信号;设计了解调、滤波放大和整形电路对接收信号进行处理,采用异或门鉴相的方法测量相位差。最后,利用标准量块和全量程测量误差小于1μm的光栅检测仪对容栅量具的测量结果进行检验和标定。为保证容栅传感器栅极的几何尺寸满足设计目标,利用二次元设备影像仪对容栅传感器动定栅进行检验筛选。分析测量误差来源,对粗大误差利用狄克松准则识别并剔除,对系统误差利用分段线性插值函数补偿。实际测试结果表明,容栅式量具在25mm量程范围内的最大测量误差为±2μm。

关键词： 色敏嗅觉传感器   粮食新鲜度   快速检测   便携式系统   Web云平台  

摘要： 粮食存储期间由于其“呼吸”作用，导致粮食品质下降甚至产生有毒霉菌;在粮食市场中，存在着以陈掺新的现象，严重危害了人体健康。现有检测粮食新鲜度的方法具有可重复性低，需要预处理，检测时间长等不足。因此，本研究使用色敏嗅觉传感器技术捕获粮食气体信号，分别通过视觉检测技术、近红外光谱技术捕获色敏嗅觉传感信号并转变为数字信号，利用化学计量法选择最佳的检测方法;并基于该方法进一步实现粮食新鲜度检测系统的研发。具体研究内容如下：　　（1）基于色敏嗅觉传感技术的粮食新鲜度快速检测方法研究：为制作出灵敏的传感器，从20种吡咯类和卟啉类化合物中筛选出3种分别对大米、稻谷和大豆挥发性气体敏感的色敏材料用于制作色敏嗅觉传感器阵列。采用色敏嗅觉传感器获取不同新鲜度粮食的气体信息，然后分别通过视觉检测技术和近红外光谱技术捕获色敏传感器信息将其转化为数字信息。通过联合区间偏最小二乘法和遗传算法优选特征变量，进一步利用主成分分析结合LDA（Lineardiscriminantanalysis）判别模型建立粮食新鲜度定性判别模型，结果显示当PC为9时，LDA模型的校正集和预测集可以正确识别97.22%和95.83%的大豆样品;当PC为5时，LDA模型的校正集和预测集对大米样品识别的正确率分别为100%和93.75%;当PC为10时，LDA模型的校正集和预测集实现对全部稻谷样本的正确判别。　　（2）基于色敏嗅觉传感技术的粮食新鲜度便携式检测装置研发：由于目前粮食新鲜度检测装置不能实现多信息融合的现场化检测，因此在粮食新鲜度快速检测方法基础上，通过软硬件融合开发了粮食新鲜度检测装置，软件部分通过MATLAB结合C#语言实现了光谱显示、数据存储、智能化信息采集以及检测结果快速预测等功能。对开发的检测装置稳定性进行验证，将同一新鲜度样品进行多次光谱数据采集，发现显示光谱基本一致。通过检测样品新鲜度实现检测装置精度验证，结果表明，通过配对T检验对新鲜度和检测结果进行分析,相关性为0.97。所开发的基于色敏嗅觉传感技术粮食新鲜度便携式检测装置具有较好的稳定性和检测精度。　　（3）基于色敏嗅觉传感技术的粮食新鲜度快速检测云平台构建：针对便携式粮食新鲜度检测系统作为终端信息共享度不高的问题，采用将业务逻辑、数据、显示分离的方式搭建了粮食新鲜度检测Web云平台。首先，通过前端技术设计了粮食新鲜度检测Web云平台的界面。用户通过IP地址进行云平台的访问，在系统中用户可以对检测粮食信息进行增删改查、下载操作。其次，通过三层架构、MySQL、Azure完成了粮食新鲜度检测云平台的数据存储与处理。再次，通过TCP/IP协议完成粮食新鲜度检测装置与无线网络的连接实现了云平台与检测装置对接，从而实现了粮食新鲜度检测系统在数据共享和信息化平台管理方面的升级。最后，采用样本对系统的性能进行验证，结果显示，装置结合云平台可以实现粮食新鲜度检测系统拥有较高的灵敏度和稳定性，平行样本预测值的平均变异系数为5.27%;通过配对T检验对新鲜度和检测结果的平均值进行分析，相关性为0.99。研究表明，云端粮食新鲜度检测信息化平台可以实现高精度的检测。　　本研究构建的特异性色敏嗅觉传感器对粮食新鲜度检测具有灵敏性，速度快，精度高的特点。通过融合软硬件可以实现粮食新鲜度的现场化检测，并使用云端优化设备，实现了检测信息共享度高，检测结果稳定的粮食新鲜度检测系统。

关键词： 易燃液体   状态监控   传感器技术   数据库  

摘要： 随着化工行业的快速发展,市场对危化品的需求日益增大,庞大的危化品运输量在物流作业中也带来巨大的安全隐患。一旦易燃液体在物流作业中引起安全事故,不仅给国家、危化品相关企业及人民带来极大的经济损失,也会对周边的环境造成严重的污染,影响居民的正常生活。聚焦易燃液体物流作业流程,开发易燃液体物流实时状态监控系统,既可及时预警防患于未然,又可在出现安全隐患时通知驾驶员及时采取安全措施,从源头上减少易燃液体物流事故发生。根据易燃液体物流流程分析,分别构建易燃液体运输前、装车、运输、卸车四个阶段的基于“时间-事件-状态-角色”的图示模型;确定各阶段信息监控和数据采集方案。分别从硬件的数据采集与上传、软件功能界面以及数据库设计三个方面,综合设计易燃液体物流实时状态监控系统:详尽设计了系统网络拓扑图、数据采集终端及其运行流程,完成数据采集系统中传感器和Wi Fi模块的选型,从而实现温湿度、压力、GPS等数据采集与上传;软件系统设计了系统功能架构,绘制了易燃液体物流实时状态系统的泳道图,设计了用户登录、订单管理、车辆管理、人员管理、采集终端设备管理、实时状态监控查询等6个模块功能以及各模块的运行流程图等;采用Py Charm编程软件开发了用户登录、订单管理、车辆信息管理、人员信息管理、车辆状态信息、危化品状态信息、地图展示、添加设备、物联网设备信息、设备数据、车辆绑定信息、物料信息查询、上传车辆安全检查信息以及车辆安全检查结果展示等功能软件界面;在绘制E-R图的基础上,设计了数据库表单。最后,以SDJB物流公司易燃液体物流作业为例验证所设计的易燃液体物流实时状态监控系统,系统运行表明,所开发的监控系统软硬件系统性能稳定,数据库功能强大,能够满足企业对车辆、人员、易燃液体及设备实时状态的有效管理和监控。

关键词： 无轴承薄片电机   同步磁阻电机   悬浮力绕组   无速度传感器   数字控制  

摘要： 随着中国进入创新型国家行列,二十大要求坚持以推动高质量发展为主题,把实施扩大内需战略同深化供给侧结构性改革有机结合,因此我国需要更加先进的电气传动系统。然而,国际稀土价格持续走高,常用的永磁材料通常需要大量的稀土资源,如何使用无永磁体电机替代永磁电机已经成为电机设计中的一个重要内容。无轴承同步磁阻薄片电机(Bearingless Synchronous Reluctance Slice Motor,BSyn RSM)是一种可以用于高洁净、不易维护环境中的新型电机,其有着无摩擦、高速度等突出优点。无轴承薄片电机通常使用的霍尔传感器系统导致电机难以小型化、提高了电机的成本,且对电机的可靠性造成不良影响。然而,过去的无速度传感器检测方法通常忽略悬浮力绕组的影响,降低了检测的精度。考虑悬浮力绕组影响的无速度传感器系统将有效的解决以上问题。本论文以BSyn RSM为研究对象,研究了工作原理、数学模型、悬浮力绕组对转矩绕组的影响、无速度传感器控制系统以及数字控制系统,主要工作及取得成果如下:1、阐述了无轴承薄片电机的研究背景及意义,基于结构特点综述了无轴承电机的研究现状,并对无轴承薄片电机无速度传感器的发展进行分析。在分析BSyn RSM的基本结构和工作原理基础上,构建了BSyn RSM数学模型。2、通过有限元软件构建BSyn RSM数学模型,分析悬浮力绕组对转矩绕组的影响,并对转矩绕组中产生的附加转矩与附加电流进行分析,在Matlab/Simulink中构建考虑悬浮力绕组影响下的无轴承同步磁阻薄片电机模型。基于所建立的Matlab/Simulink模型,分析了悬浮力绕组对常用的高频注入法无速度传感器系统和滑模观测器(Slide Model Observer,SMO)无速度传感器系统的影响。仿真结果表明,在观测参数中使用电流信号或转矩信号的无速度传感器系统,会由于悬浮力绕组影响,估计转速会有更高的振动,且系统稳定性会降低。3、为降低悬浮力绕组对无速度传感器系统的影响,提出了一种改进的SMO无速度传感器控制系统,使用双曲正切函数替代SMO系统中原有的开关函数,使用锁相环系统代替反正切函数对所获得的反电动势进行测量。经分析,改进的SMO无速度传感器控制系统有效的降低了由悬浮力绕组导致的转速估计振动幅值与频率,提高了系统运行的稳定性。4、为降低悬浮力绕组对低速与中高速状态下,两种无速度传感器系统切换过程造成的影响,使用切换函数代替滞环比较器,并使用改进粒子群算法对切换函数进行优化。最后,构建了基于优化所得切换函数与改进SMO系统的全速域BSyn RSM无速度传感器控制系统,并进行仿真试验,从结果可知,所提出的无速度传感器控制方法,具有良好的静态性能与动态性能。5、构建了以DSP为核心的数字控制实验平台,对电机控制系统的硬件电路设计部分和软件控制算法部分进行了设计,并对BSyn RSM霍尔传感器转速测量系统进行改进。利用所构建的实验平台对所提出的无速度传感器控制策略的进行了验证。

关键词： 水环境监测   溯源体系   污染特征   吸收光谱传感器   指纹图谱  

摘要： 为建立适用村镇小流域的环境污染监测管理体系，本研究选取山东省鄄城县箕山河流域为研究对象，在系统分析流域污染特征的基础上，研究提出箕山河流域污染监控溯源系统的需求与架构;研究建立村镇不同类型污染的吸收光谱污染指纹库，并重点研究典型种植面源污染光谱特征和监测溯源技术;构建了箕山河流域水环境监测溯源体系及运行机制，为箕山河流域污染防控和水环境质量提升提供技术支撑。得到以下研究结果:　　(1)探明了箕山河流域水污染特征。在系统调研流域补给水源及污染源分布的基础上，选设箕山河流域11处监测断面，从2022年4月至2022年11月开展了化学需氧量(COD)、氨氮、总氮、总磷、pH、溶解氧六项指标的监测，通过单因子评价法、综合污染指数法和内梅罗指数评价法开展箕山河水质分析评价。单因子评价法结果表明，除引黄水外其余监测点水质均处于劣五类，主要污染因子是总氮;综合污染指数和内梅罗污染指数基本表现为箕山河枯水期＞丰水期，均处于污染恶化状态，主要污染区域是A2侯湖村和A5-A6之间(县工业园区附近)，原因分别是城镇生活污染直排口和工业园区出水。　　(2)构建了村镇污染吸收光谱指纹图谱库，提出了相应的监测溯源技术。研究中采集了村镇典型污染(种植源、生活源、养殖源和工业源)光谱特征，共取得光谱曲线280条作为基础数据库，建立了包含4种污染类型的村镇污染紫外—可见吸收光谱数据库;研究中在流域内冬小麦全生长周期中，对不同施肥条件地块展开污染程度监测和溯源研究。结合光谱图像与实验室检测数据分析，发现施肥积水中COD、总氮含量与250nm、220nm处吸光度相关系数分别在0.84、0.82以上;尿素、复合肥、有机肥特征吸收波长分别是220nm、220+250nm、250nm;通过对光谱图像的聚类分析，可快速识别出高COD、高总氮浓度施肥积水，可及时对污染实现预警。　　(3)建立了箕山河流域水环境监测溯源系统并开展了应用研究。研究设计三种监测溯源系统的运行模式，包括在线水质监测溯源模式、移动水质监测溯源模式和在线+移动污染事件监测溯源模式;系统运行期间，在线水质监测模式表明:箕山河流域内水质呈现季节性规律变化，呈现冬季污染浓度低，夏季污染浓度高的现象;移动水质监测溯源模式表明:流域中游第二支渠污染排放监管力度不足，乱排乱放现象最为严重。在线+移动污染事件监测溯源模式:流域内水环境存在偷排、乱排、倾倒污染物等现象。基于紫外—可见光谱吸收技术研究开发的原位光谱污染溯源传感器和水环境监测溯源系统能够满足设计要求，可对流域内水环境进行全方位高频次的监控。

关键词： 毫米波   生物传感器   谐振结构   液体检测   细胞检测  

摘要： 随着生物医学技术的不断发展,低成本、便携、微创的生物传感器成为当前的研究热点,毫米波生物传感器由于其无标记、非侵入性、小型化的优点备受关注。基于谐振结构的毫米波生物传感器具有高灵敏度、结构简单的特点,在生物液体检测方面具有潜力。因此,本文针对基于谐振结构的毫米波生物传感器的设计及应用展开研究,主要的研究工作与贡献如下:1、提出了一种基于接地孔加载耦合线首尾耦合结构的生物传感器,该传感器采用覆金陶瓷基板工艺和微流控PDMS工艺制作,工作频率分别为21～26 GHz、32～38 GHz,经过实际测试,通入Hep G2细胞悬浮液后,最大频率偏移量分别为200 MHz和330 MHz,实现了小体积的Hep G2细胞悬浮液检测。2、以区分不同液体为设计目标,基于平行耦合线理论,提出了一种基于环形裂缝耦合结构的生物传感器,仿真结果中传输零点的频率偏移表明该生物传感器可有效地检测纯净水、血液和乙二醇;在此基础上设计了一款基于接地孔加载环形裂缝耦合结构的毫米波生物传感器,通过环形裂缝耦合结构中引入接地孔提升了检测灵敏度,经过仿真分析,该生物传感器检测标志点数量增加,频偏量加大,能够实现小体积的纯净水、血液和乙二醇检测。3、以区分不同细胞为设计目标,设计了五阶电感膜片波导结构与改进型电感膜片波导结构,并提出了基于软管和玻璃针加载电感膜片波导结构的实验方案,在45～50 GHz频率范围内,可有效检测纯净水、培养液、牛奶、可乐、乙醇和丙酮;有效地区分THP-1人单核细胞白血病细胞和Caco-2人结直肠腺癌细胞;同时,可区分人非小细胞肺癌细胞A549和人肝癌细胞Hep G2两种肿瘤细胞,验证了基于软管和玻璃针加载电感膜片波导结构的实验方案的可行性。