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关键词： 远程X光技术   电路故障检测   绝缘材料诊断   效能优化  

摘要： 当前，电力工程领域对系统安全性和可靠性的需求日益增加，传统电路检测方法因需停电作业而影响供电连续性，并可能带来安全隐患，成为亟待解决的问题。鉴于此，本研究深入探讨了远程X光技术在变电工程电路检测与诊断中的应用潜力。文章系统阐述了其工作原理及关键设备配置，并通过案例分析，比较了该技术与传统方法在检测精度、操作效率及非侵入性方面的显著优势。同时，本文也探讨了技术实施中面临的挑战，如成像精度、成本控制、数据处理能力和操作安全等问题，并提出了相应的解决策略。本研究旨在提供高效且安全的技术方案，促进电力系统的稳定运行和安全保障，以提升整体系统的可靠性和安全性。

摘要： 论文主题：电子学、电信技术、计算机技术、自动化控制、仪器仪表、材料学、电光学、智能制造、智能建筑、智能汽车、能源管理、工业经济、科学管理、教学实践。栏目：市场分析、研究与设计、工艺与制造、创新应用。投稿邮箱：appic@***，微信：17717632153。《集成电路应用》杂志国内统一连续出版物号：CN31-1325/TN；国际标准连续出版物号：ISSN1674-2583。1984年创刊，国家级中文学术期刊。是国家新闻出版广电总局第一批核定的中国科学技术A类学术期刊，中国集成电路学科仅有的由国家核定的学术期刊，上海市集成电路行业协会SICA会刊。

关键词： LSTM神经网络   UNet   格拉姆角度和矩阵   故障诊断   ZPW-2000A轨  

摘要： 轨道电路作为铁路信号系统的室外三大件之一,也是保证列车运行安全和运输效率的重要设备,其主要功能是检测区间是否有机车车辆占用以及传输车辆和线路的状态信息。在铁路现场中,轨道电路的结构组成比较复杂,其中大多数设备长期暴露在室外,工作环境恶劣,并且设备需要长期连续不间断的运行,轨道电路容易发生故障。轨道电路发生故障时,会影响列车的运行效率,严重时甚至会危及行车安全,所以需要工作人员能够快速、准确地诊断故障及时恢复设备运行。但是在现场工作中,主要是依靠工作人员的经验作为判断轨道电路故障类型的依据,这种方法对工作人员的专业性要求较高并且效率较低,诊断过程中还会受到其他因素的影响。因此设计一种高效智能的方法作为工作人员判断故障类型的辅助工具是非常有意义的。本文主要研究内容如下: (1)选取ZPW-2000A轨道电路作为研究对象,详细介绍其结构组成和基本工作原理。根据传输线理论和二端口理论,构建轨道电路等效二端网络模型。最后,与真实轨道电路数据进行对比,验证该仿真模型具有可用性。 (2)根据不同神经网络处理数据中不同信息的特点,设计了基于卷积神经网络(CNN)和长短时记忆网络(LSTM)的故障诊断方法。该方法结合了CNN和LSTM网络的优点,提高故障诊断模型的性能。并建立BP神经网络、CNN和LSTM网络的故障诊断模型与CNN-LSTM故障诊断模型做对比实验。实验结果表明该模型能够取得较好的结果,并且优于其他几种经典的神经网络模型。 (3)为了解决CNN-LSTM故障诊断模型中存在的局限性,进一步提高故障诊断的准确率,本文设计了基于GASF-UNet-LSTM的故障诊断方法。该方法包括格拉姆角度和矩阵(GASF)数据转换、UNet特征提取和LSTM故障诊断。首先,使用GASF将一维数据转化成二维图片,图中保留原始数据中的时空间相关性。然后,使用UNet网络对GASF图片进行特征提取,在UNet网络中加入一个多尺度卷积模块,提取不同尺度和深度的特征。最后,使用LSTM网络对特征数据进行故障诊断。实验结果表明,该方法能够取得较好的效果,提高了故障诊断的准确率。并通过与其他几种较为先进的故障诊断方法进行对比,验证了该方法的有效性。

关键词： ADC   FPGA   辐射效应   检测技术  

摘要： 模数转换(Analog-to-Digital,AD)电路作为一种连接数字信号与模拟信号之间的接口电路,在空间电子系统中的应用越来越广泛。在空间辐射环境中运行的电子系统,必定会受到宇宙射线和高能粒子的辐射影响,导致系统数据异常,对卫星等航天器造成安全隐患,因此在电路应用于电子系统之前,需要在地面做抗辐射性能的测试,在辐射实验过程中,被测器件的测试是其中的关键技术。AD电路作为一种模数混合型电路,与一般的模拟电路和存储器类电路相比测试难度较大。AD电路辐射效应主要分为总剂量效应和单粒子效应两种,总剂量效应影响模数转换器转换性能,单粒子效应会造成数字输出信号的波动。目前的检测技术只针对单一效应进行检测,在单粒子效应检测方面缺少故障分类判别功能,检测系统不便携带、链路复杂。 为解决上述问题,本文提出了基于FPGA的AD电路辐射效应检测方法,主要研究内容如下: 1)分析AD电路辐射效应检测方法。首先在模数转换器的基本结构及工作原理的基础上,结合半导体器件辐射效应的损伤机制分析了 AD电路的辐射效应损伤类型及故障表征参数,然后设计AD电路总剂量效应和单粒子效应的测试方法。针对总剂量效应,将模数转换器的静态参数中的增益误差、积分非线性误差和微分非线性误差与电参数作为辐射效应损伤表征参数,使用码密度法获取模数转换器的状态转移曲线,计算并对比表征参数在辐照试验前后的差异,以此表征总剂量效应对AD电路的影响;针对单粒子效应,分析了 AD电路中的单粒子效应故障特征和测试方法,在现有方法的基础上,改进了一种基于时间序列容错窗口的单粒子效应波形提取方法,通过IQR分析检测离群值实现自适应检测阈值,以此对单粒子效应故障数据进行分类判别。 2)基于FPGA的AD电路辐射效应测试系统设计。改进了 AD电路辐射效应检测系统,设计了一种基于FPGA的AD电路辐射效应检测系统。系统融合了逻辑分析仪、信号发生器及电源,采用测试载板、被测子板和上位机分离的硬件架构,便于携带,操作便捷。实现了模拟信号输出、ADC芯片配置、数据采集和单粒子效应的故障特征提取、分类及显示等功能,可以满足不同类型、分辨率的AD电路测试需求。 利用该系统在重粒子加速器下开展了总剂量效应和单粒子效应实验,实验结果表明,该系统稳定工作,可以有效获取出AD电路静态参数及电参数,可以检测、提取、统计出单粒子效应事件,满足AD电路辐射效应检测的要求。

关键词： 半桥驱动   功率器件   死区时间可调   高压电平位移   dV/dt噪声抑制  

摘要： 高压半桥驱动芯片由于价格低廉、可靠性强、功能完善等优点,广泛应用于白色家电、汽车电子、开关电源等领域。半桥驱动电路可用于驱动半桥结构中上下桥臂两个功率开关器件,其死区时间大小,抗噪性能以及驱动能力对系统的稳定运行至关重要。死区时间是防止功率开关器件发生直通的重要方式,合理的死区时间能够提高系统的稳定性和效率。在现实应用中,不同场景下对死区时间的要求不尽相同,因此,对死区时间可调的半桥栅极驱动电路进行系统研究具有重要意义。 本文基于对半桥电路工作原理及关键问题的分析,设计了一种死区时间可调的半桥栅极驱动电路。该电路将逻辑控制、功率控制、驱动模块以及保护模块等集成在一起,能够兼容3.3V/5V/15V输入信号电平,最高可提供高达2A的输出驱动电流,同时具备欠压锁定、ESD防护等保护功能,可用于驱动电机电路中的两个高压大功率MOSFET或IGBT。为了适应在不同场景下的应用,避免不合理的死区时间影响电路性能,本文采用电流对电容充电的方式来产生死区时间,通过外接电阻调节充电电流的大小,实现死区时间的动态可调。针对由于高边浮动电源快速变化而导致的d V/dt噪声问题,本文在传统高压电平位移电路的基础上,增添了一级噪声抑制电路。该噪声抑制电路采集两路共模噪声,并基于电流减法的原理消除该噪声,极大的提高了芯片的抗d V/dt能力,加强了电路的稳定性和可靠性。 基于1μm BCD工艺完成了各个模块的电路设计和版图设计,并在Cadence Spectre下对所设计的电路进行仿真验证,最终完成流片测试。仿真结果表明:所设计电路的输出驱动电流能力达到±2A;死区时间在460ns～5μs之间动态可调;抗d V/dt噪声能力达90V/ns,满足设计要求。

关键词： 声矢量圆阵   时反卷积联合处理   线谱检测   宽带检测   调理电路  

摘要： 矢量水听器可以同时获取声压和振速信息,具有与频率无关的接收指向性和抗干扰能力,相比于声压水听器极大的提高了声纳系统的探测能力。圆阵在空间内任意方位上具有相近的精度与分辨率,广泛应用于声纳系统中。当关注的信号频段下降时,声纳系统要想获得与高频段相同的检测性能就需要更大孔径的阵列,受到各种限制条件,采用矢量阵列是更好的选择。本文围绕水下目标信号检测问题,基于声矢量圆阵系统,研究线谱和宽带信号检测,对试验数据进行了处理,并针对试验系统进行调理电路研制。论文主要研究内容如下所示。 （1）基于时反卷积联合处理的声矢量圆阵线谱检测方法。首先基于圆阵信号接收模型及预成多波束,同时结合时反卷积联合处理,进行了数值仿真计算。其次将时反卷积联合处理和线谱增强相结合,使得低信噪比下的增强效果更加明显。再次对比了迭代最小化稀疏学习方法（SLIM）和正交匹配追踪方法（OMP）两种稀疏重构类算法,通过稀疏算法计算后的功率谱更方便提取线谱。然后分析对比了两种背景均衡算法,使得在色噪声下背景谱更平滑。最后通过能量检测和线谱的形状以及斜率进行判断信号的有无。另外通过外场试验数据验证了线谱检测算法的性能。 （2）声矢量圆阵的宽带信号检测方法。首先研究了声矢量圆阵结构下的预成波束,由于各阵元之间存在时延,在信号进行时反卷积联合处理之后,将通过噪声设置门限,进行判断信号的有无。其次分析了子带分解能量检测方法,在频域上先均衡再分子带,对每个子带进行预成多波束,获取空间增益,通过能量检测器判断信号的有无。最后通过外场试验数据验证了宽带信号检测算法的性能。 （3）试验系统调理电路研制。首先根据试验系统需求进行总体方案设计,声矢量圆阵一共输出10路声压和10路振速,经过前置放大模块之后一共输出5路声压和10路振速,为了增加调理模块的适用性,额外增加5路zv通道,因此调理电路需要设计20路通道,由于仪器仓体积所限,采用了5块板叠加的形式,每块板4路通道。其次设计电路原理图,并对元器件进行选型,通过Multisim 14.0进行仿真验证。然后通过Altium Designer进行绘制PCB版图,并进行DRC验证。最后进行实物测试。

关键词： 科技安全   风险预警   PSR模型   评价指标体系   熵权TOPSIS  

摘要： 科技安全是国家安全的重要构成要素,是驱动创新发展的“压舱石”,而科技安全的实现依赖高技术产业作为支撑(如集成电路等产业)。因此,保障高技术产业安全构成了科技安全的基本维度,也是科技安全的重要体现。科技安全的实现是一个系统性问题,需要全流程与各环节的合作,其中,研判风险并及时预警是核心环节。近年来,以美国为首的西方国家不断出台一系列技术管制政策,对我国科技安全构成了一定威胁。在此背景下,研判我国高技术产业层面的科技安全风险态势并建立预警机制显得至关重要。集成电路制造作为现代化产业的核心枢纽,其发展不仅关乎我国科技产业的竞争力,更成为数智时代国家竞争的焦点,在国家综合实力中起着重要作用。那么,如何基于集成电路制造产业构建科学系统的科技安全风险预警评价指标体系,我国集成电路制造产业科技安全水平如何,是否面临风险与威胁,产生风险的原因是什么,如何建立科技安全风险预警机制,相关部门应当如何制定科技安全政策,这些问题都需要回答。 因此,本文以集成电路制造产业为例,构建科技安全风险预警评价指标体系,科学评估科技安全水平并确定风险。首先,本文梳理了国内外关于科技安全的相关文献,在此基础上明确了“科技安全”、“科技安全风险预警”等概念,梳理了科技安全与国家安全之间的关系。随后,本文依据总体国家安全理论、非传统安全理论、系统理论以及危机管理理论确定了本研究的理论基础;其次,本文基于集成电路制造产业的相关数据结合PSR理论模型,构建了包含压力(P)、状态(S)、响应(R)三个层次的科技安全PSR动态模型,通过对其内在逻辑的梳理构建了科技安全风险预警评价指标体系,并运用熵权TOPSIS法计算指标权重、预警指数并划分风险等级。在实证研究的基础上,提出了科技安全风险预警机制的逻辑。研究发现,从整体上看,2011-2022年研究期内集成电路制造产业科技安全风险预警指数呈现波动变化,处于危险的预警区间;从各维度上看,压力层、状态层指数呈现波动上升,响应层指数平均高于前两者。上述结果在一定程度上表明我国集成电路制造产业科技安全面临重要挑战,存在较高风险的原因在于(1)我国在科技安全风险上感知能力不足,在存在技术依赖的同时缺乏科技安全风险意识和治理机制;(2)我国的科技安全风险预警工作仍待加强,科技安全风险预警工作尚未实现常态化;(3)我国科技安全风险预警机制不完善,缺少共享的科技信息共享平台。为此本文提出了以下优化政策建议。首先要增强科技安全风险预警意识,提升科技安全风险预警能力;其次要推进科技安全风险预警工作常态化,建立多主体预警协同机制,支撑科技安全监测预警工作,推进科技安全风险预警工作常态化。 本文通过构建科技安全风险预警评价指标体系,结合我国集成电路制造产业评价科技安全水平,提出我国科技安全风险预警优化的政策建议,旨在加强我国科技安全风险预警治理,这对推动我国科技安全风险预警工作、提高反制能力、促进科技高质量发展具有重要实践意义,也为新时代背景下提高我国的科技安全感知能力提供一定参考借鉴。

关键词： 静态时序分析   复杂网络   机器学习   布局   布线  

摘要： 超大规模集成电路（Very Large Scale Integration,VLSI）的时序设计一直是该领域的研究热点。在布线阶段,时序收敛设计失败会导致必须返回到之前的阶段重新开始,从而增加设计成本。传统方法会利用布局阶段的时序分析来估算布线后电路时序,然而,由于电路布局阶段缺乏详细的布线信息,该方法存在一定的不确定性,预测效率较低。为此,利用机器学习方法来提前预测布线后电路的时序成为可行方法。随着复杂网络技术在集成电路领域的应用不断深入,将机器学习和复杂网络理论应用于电路时序设计领域,为提高电路时序预测效率提供了新的研究思路。 首先,在电路布局阶段,可以利用集成电路设计软件提取电路特征,同时基于复杂网络原理对集成电路进行建模。将电路模块抽象为网络节点,连接关系抽象为边,用相连模块之间的半周长表示网络中边的权重。随后,根据时序路径计算并提取对应的复杂网络特征,以供后续电路时序研究中的增强模型使用。 其次,本文提出一种利用复杂网络特征预测布线后电路时序的机器学习方法,根据训练数据是否使用复杂网络特征,分别构建基本模型和增强模型来实现对比实验。 最后,利用四种机器学习算法,对这两种模型在预测Slack、Delay、TNS、WNS和关键路径等电路时序性能方面进行比较。根据预测结果,这四种算法的优越顺序依次为堆叠算法、随机森林、XGBoost和线性回归算法。 本文通过对基准测试电路进行实验,结果表明,同基本模型相比,引入复杂网络特征的增强模型在时序预测性能上表现出更高的预测精度。其中,使用堆叠算法的增强模型预测Slack的MSE降低了11.99%,达到了0.004515;R2提升了1.02%,达到了0.9314;r提升了0.54%,达到了0.9655。预测Delay的MSE降低了14.29%,达到了0.000294;R2提升了0.04%,达到了0.9974;r提升了0.02%,达到了0.9987。预测WNS的偏差降低了2.87%,达到了9.49%。预测TNS的偏差降低了4.33%,达到了9.05%。判断关键路径的AUC值提升了0.24%,达到了0.9874。实验结果证明复杂网络特征在预测电路时序方面的有效性。

关键词： 学科核心素养   高中物理习题教学   习题设计  

摘要： 随着我国社会经济、科技的不断发展,教育部在2017年修订的《普通高中物理课程标准》中基于物理学科的本质提出了物理学科的核心素养,标准引导着各级学校以及教师围绕核心素养进行课程改革。2021年,教育部又发布了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》的文件,强调要全面贯彻党的教育方针,落实立德树人的根本任务,促进学生全面发展、健康成长,要求全面压减作业总量和时长,减轻学生过重作业负担。 物理习题教学是高中物理课程的重要组成部分,习题教学能够深化学生对于物理知识的认知,重视运用物理知识解决实际问题,对于学生的学科核心素养的提升至关重要。但迫于高考的压力以及纸质化试卷的评价方式等因素影响,传统的习题教学更多地偏向于解题技巧的训练,学生掌握的只是解题的方法和技巧,而学科核心素养的培养没有得到重视。二者的差别在于,掌握解题的技巧只能够使学生“知其然”,而不能让学生“知其所以然”,学生只是机械、被动地接受教师教授的内容,缺乏自身的思考,并没有将其内化为自己的理解,在面临类似的情境时,难以做到有效的知识迁移。因此,要想使学生的学科核心素养得到有效提升,就要改变传统的习题教学,本文基于此做出了习题教学的探究和实践。 首先,通过查阅有关习题设计与教学的文献,总结前人的经验与研究的不足之处,发掘本研究的研究内容与创新点。然后,通过问卷调查与访谈的方法,对教育实习所在班级学生的核心素养发展现状以及教师习题教学现状进行分析,发现在习题教学中培养学生学科核心素养的不足之处。紧接着,针对在问卷调查和访谈中发现的问题,结合教育心理学理论和物理学科知识的特点优化设计习题教学,包括习题的编制和习题教学设计。最后,通过对照实验的方式,在实施习题教学后,对两个班级的学生的能力水平进行定量分析,得出结论。 本研究发现,在现有的习题教学中,教师不太注重习题的选择与设计,导致学生的学业负担较重,习题教学的效果不理想。通过本研究的实践,证明了通过设计适合学习提升核心素养的习题,能够在减轻学生学业负担的同时,更加高效地培养学生的核心素养,为习题设计的研究与习题教学实践提供了有价值的参考。