用于电阻抗谱测量的脉冲式方法的研究

为了将电阻抗谱应用于复合材料构件的异常检测,针对被测对象电阻抗谱的测量,提出一种不同于传统扫频方式的脉冲式方法.采用软/硬件协同设计方法设计并实现基于现场可编程门阵列(Field programmable gate array,FPGA)的脉冲式检测系统.该系统能产生频率和脉宽可调的方波脉冲作为敏感电极的激励信号,基于FPGA芯片实现了一种能对瞬态响应电流曲线进行高速采集的步进采样方法,对采集到的电流曲线作进一步的处理以获得被测对象的电阻抗谱.为了验证脉冲式检测系统用于电阻抗谱测量的可行性和有效性,对Randles单元模型及双弛豫时间等效电路模型电阻抗谱的测量进行试验研究,并与理论计算得到的电阻抗谱进行了对比分析.初步的试验结果表明,脉冲式检测系统能有效地提取被测对象的电阻抗谱信息,所提出的方法用于测量被测对象的电阻抗谱是可行的和有效的.     

贴壁细胞电阻抗谱等效电路模型的建立与分析

为了在生物电特性与生化特性之间建立明确的映射关系,采用微加工技术于硅玻璃基底上研制出了叉指结构金电极阵列,组装出了能实时、连续获得细胞电阻抗谱的测量装置。将子宫颈癌细胞接种于测量装置中,细胞在电极上进行正常贴附生长,使用Parstat4000连接测量装置获得了不同时刻频率范围为1 Hz~1 MHz的细胞电阻抗谱数据;在已有细胞阻抗谱等效电路模型基础上,根据实际测量阻抗谱数据,结合细胞生理过程电特性,提出了修正细胞阻抗模型。研究结果表明,该修正模型用于拟合阻抗数据的方差比原模型小,同时修正模型包含参数按变化趋势分作两组,分别反映细胞贴附生长过程中溶液特性的变化和细胞本身的变化,最终建立了细胞阻抗数据与细胞生理变化之间的定性关系。     

基于智能仪表的温度测量装置研究与应用

目前,常见的一体式温度变送器在火电厂使用时,受复杂的生产环境影响,故障率高、维护成本昂贵,对生产过程造成了一定影响.本文以华能上安电厂2号炉干排渣系统钢带机温度变送器改造为实例,阐述了如何将火电厂复杂生产环境下的常规温度变送器改造为成本低廉的耐高温、抗腐蚀的温度传感装置,从而达到降低设备故障率,减少维护量,提高温度测量...     

基于锂电池等效电路模型的阻抗曲线拟合算法

近些年利用电池阻抗谱(EIS)估算锂电池状态的研究取得了较大进展。本文提出了一种EIS等效电路模型参数提取算法,用于分析提取不同状态下的电池等效电路参数,具有简单、不易发散的优点。首先通过结合模型的物理意义计算获得等效电路模型参数初值,然后利用等效电路与EIS之间的映射关系进行迭代,从而实现了参数的提取。对比理论参考值,提取的关键参数的误差低于4.4%。为了获得锂电池在不同荷电状态下的EIS数据,利用电化学工作站在恒温状态下测量选用的磷酸铁锂电池,利用算法编写的软件实现等效电路参数的提取。通过对比不同荷电状态下的等效模型参数,在一定程度上验证了利用EIS快速估计锂电池状态的可行性。     

基于电化学阻抗法的油液在线监测传感器应用特性研究

大型机械装备润滑系统油况的在线监测是润滑故障诊断的关键技术之一,难点在于准确监测水分异常和润滑油老化失效临界点。根据油液老化过程缓慢且复杂、各种因素导致润滑油阻抗值变化的特性,研究基于电化学阻抗谱技术的油况传感器;通过连续在线监测不同润滑油状态下传感器的体相阻抗、界面阻抗和高频阻抗的变化趋势,发现体相阻抗、界面阻抗和高频阻抗的数据趋势可以用来判断油的状况,具体表现为润滑油状态影响传感器体相阻抗数值和界面阻抗数值,添加剂状态影响界面阻抗数值;油液使用时间越长,老化程度越高,体相阻抗值越高;污染物和分解产物影响高频阻抗数值。介绍油液状态传感器的实现原理,通过实验和工程论证油液状态传感器监测水分和润滑油老化失效临界点的可行性。结果表明,在特定应用场景下,电化学阻抗谱油液传感器能区分不同油液状态,能准确监测润滑系统水分异常和老化失效临界点,为设备润滑安全运维策略提供依据。     

适体传感器的电化学阻抗谱研究

电化学阻抗谱是以小振幅的正弦波电位（或电流）为扰动信号的电化学分析方法。它是研究电极表面生物敏感膜的形成、电极过程动力学以及测定固体电解质电导率的重要工具。以适体为新一代生物识别分子所构成的适体传感器,被用于蛋白质、药物和核酸的检测。电化学阻抗谱是表征和检测适体传感器识别前后电极界面性质变化的一种较新且强有力的分析技术,可以定量测定配体及实时研究适体与配体结合过程的动力学特性。本文在简要介绍电化学阻抗谱基本原理和分类的基础上,详细综述了近三年来电化学阻抗谱在适体传感器方面的研究应用。     

用于温度测试的光纤SPR传感器特性研究

表面等离子体波共振效应（SPR）对液体折射率变化非常敏感，而温度变化又会导致液体折射率和金膜复介电常数的改变。利用这一原理，可以考察温度变化对SPR共振效果的影响。采用相对光谱检测技术，获得相应的SPR反射光谱，并详细分析了共振波长和共振强度等参数随温度变化的特性曲线。定义耦合系数η，还可实现对不同液体温度下共振效应强度的评估。通过这些研究，进一步扩展了此类传感器的应用领域。     

高阻抗电弧炉的电气特性研究

阐述了高阻抗电弧炉的组成、原理、电气运行特性及工程应用实例.现场运行数据表明这种技术可以有效提高炼钢生产率及降低电耗.     

用于脑血流自调节功能评估的生物阻抗技术研究

脑血流自动调节(CAR)是血管在神经控制下进行的脑部供血调节过程,通过评估CAR可以判断大脑神经和生理状态.本文对脑生物阻抗检测技术评估大脑自调节进行了研究,在脑血流自调节评估中引进脑血流循环阻力参数和动脉血管弹性参数.在实验中使用干预措施使受试者脑供血系统处于正常调节状态和失常状态.分别测量两种状态下的脑血流阻抗信号...     

基于平膜片和悬臂梁的光纤光栅压力响应特性研究

提出一种基于平膜片和等强度悬臂梁的组合式光纤光栅压力传感结构,应用材料力学和耦合模原理,分析得出了粘贴在悬臂梁上的双光纤光栅的中心波长偏移量与外界均匀压力成正比的结论,并应用软件仿真模拟了基模谐振波长的压力漂移特性。结果表明:布拉格谐振波长随压力线性增长,双光栅的组合使用,提高了测量灵敏度,解决了温度交叉敏感问题,这一结论对光纤光栅的生产和应用有一定的指导作用。     

生物电阻抗测量系统功能抽象与设计

为了实现生物电阻抗测量系统功能抽象设计的通用性、互用性和可移植性,运用抽象化的思想,将生物阻抗测量系统抽象为信号源模块、激励选通模块、测量选通模块和解调模块.在信号源模块、激励选通模块和测量选通模块中,采用单片机为主控单元,通过设计通用的接口电路和通信协议,实现了数据交换的一致性;在解调模块中,设计了一种能对混频信号解调的乘法解调电路.最后利用抽象化的功能模块构建了双频混频激励下的生物电阻抗测量系统.     

基于Huber回归的漫射相关光谱组织血流测量方法

将Huber回归算法应用于漫射相关光谱这一相对较新技术中,通过N阶线性算法(Nth-order linear algorithm,NL algorithm)从光电场时间自相关数据中稳健地提取血流指数(Blood flow index,BFI)。NL算法可以从不规则几何形状的组织中提取血流指数,其准确性依赖于迭代线性回归。本文首次提出将Huber回归与NL算法相结合,并通过计算机模拟将Huber回归与传统的普通最小二乘法(Ordinary least square,OLS)回归进行了比较。结果表明,Huber回归提取血流指数比OLS方法更准确。与误差率为4.58%的OLS方法相比,Huber对应的误差率更小(3.54%),表明了其未来的临床应用潜力。     

基于光声光谱法的无创血糖检测原理研究

利用光声光谱法无创血糖检测原理,以葡萄糖粉末和葡萄糖水溶液为样品、用调制激光作为信号激发源进行试验研究。可得到各个调制频率对应的光声信号幅值,进而得到光声信号幅值大小和调制频率的关系,最终找到葡萄糖粉末对应的最佳调制频率。在最佳调制频率下,测试葡萄糖水溶液,得到声信号随葡萄糖浓度增加的变化关系。实验不但找到葡萄糖对应的最佳调制频率,而且得到光声信号随葡萄糖浓度增加的线性关系,验证了光声光谱法在无创血糖检测中的可行性,为光声光谱法应用于无创血糖检测提供了一定参考价值。     

基于电化学阻抗谱的退役动力电池荷电状态 和健康状态快速预测

针对现阶段检测退役动力电池健康状态存在的耗时长、精度低和能耗大等问题,提出了一种基于电化学阻抗谱(EIS)的电池荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的快速预测方法。通过对退役磷酸铁锂动力电池在不同SOH、不同SOC和不同温度下的EIS测试和分析,建立了EIS等效电路模型。然后,利用常相位元件参数与退役动力电池SOC和SOH之间的关系,建立数学模型,实现对退役动力电池SOC和SOH的快速估计。验证实验表明,利用这种方法,可以大大减少测试时间至20min以内、节约能源以及实现对未知荷电状态和健康状态的电池的快速估计,预测误差在4%以内。     

基于短时脉冲放电与电化学阻抗谱的退役动力 电池快速分选与重组方法

针对现阶段退役动力电池筛选效率低、能耗大和成组率低等问题,提出了一种基于短时脉冲放电与电化学阻抗谱(EIS)相结合的退役动力电池快速分选与重组方法。通过对200节同类型不同批次的退役磷酸铁锂动力电池进行短时脉冲放电与阻抗谱测试和分析后,将获取的脉冲电压差、直流内阻、EIS曲线形状特征以及EIS等效电路模型参数作为筛选指标并建立数学模型,实现了对退役动力电池快速有效的分选与重组。验证实验结果表明：该方法能有效地降低能耗,且单节电芯的平均测试时间短至20 min以内,同时成组后的模组一致性指标较好,在工程上具有较大的实用价值。     

基于储能电池电化学阻抗谱宽频测量方法的研究

电化学阻抗谱(EIS)可以较为准确地反应储能电池内部的电化学参数。 为解决传统测量方法耗时长问题,采用了宽频 激励信号测量储能化学电池阻抗信息的方法,并基于 MATLAB-Simulink 仿真平台和 EIS 测量试验平台进行验证,该测量方法将 宽频交流扰动信号注入储能电池,并通过快速傅里叶变换方法分解处理宽频激励和响应信号来获取各频点的电池阻抗信息,以 此大幅节省电池 EIS 的测量时间。 采用两种宽频激励方法测量了电池等效电路模型和储能电池,相较电化学工作站扫频测量 方法,可分别节省 60% 和 78% 的测量时间,且测量结果误差较小。 用宽频激励方法实现电池 EIS 快速测量,可为电池管理系统 的实时诊断和线上检测等更为广阔的应用场景提供技术支撑。     

基于表面阻抗边界的变压器杂散损耗计算方法

表面阻抗法是基于电磁波理论并将导体表面阻抗作为一种边界条件进行有限元求解的方法,它具有求解规模小、计算效率高等优势。首先借助工程电磁场数值计算软件Magnet,使用有限元法和表面阻抗法对该模型进行仿真,然后基于TEAM Problem 21基准族中的P21-B模型搭建了变压器杂散损耗测试系统,用于测量在不同频率电流激励条件下的变压器杂散损耗。针对现有测量方法的不足,引入温度系数对测量结果进行修正,并采用改进线圈损耗法以得到更准确的杂散损耗测量结果。通过与实验值对比,验证了有限元法与表面阻抗法计算结果的准确性。从计算规模和时间角度分析,表面阻抗法远远小于有限元法,大大节省了计算资源。     

基于温度效应的多自由度齿轮系统的非线性动力学分析

齿轮在工作时,由于功率损耗和环境温度等原因,引起齿轮轮体及箱体的温度发生变化,影响齿轮传动性能。以直齿圆柱齿轮传动系统为研究对象,考虑齿面摩擦、齿侧间隙和时变啮合刚度等非线性因素,引入温度变化的影响,建立六自由度的齿轮系统非线性动力学模型,并采用4~5阶龙格-库塔算法对模型进行求解,结合分岔图、相图和Poincare映射图,分析温度变化和激励频率对齿轮系统动力学的影响。结果表明,温度变化对系统的影响与激励频率取值有关;系统随着激励频率的变化会表现出不同的动态特性响应,包括单周期响应、多周期响应以及分岔和混沌响应。相关结论为进一步改善齿轮系统的设计和安装提供了参考。     

基于单片机的温度控制系统设计

重点介绍了一种基于MSP430的生产环境温度控制系统。分析了系统硬件结构、温度检测电路以及输出控制电路结构,并介绍了系统的远程控制扩展。以MSP430单片机为核心的温度检测和控制系统,操作简便、自动化程度高、扩展方便,是一种很有实用价值的温度控制系统。