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关键词： 液位   液压   FBG   传感器   准确测量  

摘要： 在工业生产、燃料存储、化学品存储等诸多领域,实时在线准确监测存储装置中的液位及液压是保证工业安全生产的重要保障。但是目前关于液位及液压检测的传感器主要为电学传感器,容易受电磁、高温高压等恶劣环境影响,无法准确的对液位及液压进行测量,因此,如何在恶劣环境中对液位及液压在线实时稳定准确的检测,是液位及液压检测技术关注的焦点之一。由于光纤液位及液压传感器具有抗电磁干扰、几何尺寸小、使用寿命长等优良特性,被公认为是实现液位及液压在线动态实时检测最有发展优势的一种新型检测技术。但由于现有光纤液位传感器对大量程液位测量范围研究较少,且传感器易受到材料的结构参数以及被测液体温度、外部环境等影响,使其无法满足传感器在实际测量过程中稳定性、重复性、准确性、环境适应性等多方面的需求。因此,研制一种准确性高、灵敏度高、测量量程范围广的光纤液位传感器十分必要。为了实现对液位及液压的实时在线准确检测,本文提出了一种新型的光纤布拉格光栅(FBG)液位及压力传感器及其检测系统。主要研究内容包括以下3个方面:(1)大量程液位及压力传感器制备及检测系统的搭建。首先采用光纤布拉格光栅弹性隔膜、导气管、光纤布拉格光栅固定装置构建了光纤布拉格光栅液位及液压传感器,并搭建了测量系统。为了获得传感器理论参数,根据布拉格光栅的工作原理,对传感器参数进行理论模拟计算,建立了传感器矩阵方程;理论研究表明,使用0.5mm厚天然橡胶隔膜制成的传感器液位、液压灵敏度分别为34.54 pm/cm和352.50pm/KPa。(2)传感器形变隔膜性能以及静态和动态测量特性研究。根据对不同厚度的橡胶隔膜进行测试,最终选取了0.5 mm厚的天然橡胶隔膜和2 mm厚的天然橡胶隔膜分别制作了液位及压力传感器。通过实验测试,0.5 mm厚的天然橡胶隔膜制成的传感器的量程、液位、液压灵敏度分别为0-220 cm、34.87 pm/cm和360.26 pm/KPa;2mm厚的天然橡胶隔膜制成的传感器的量程、液位、液压灵敏度分别为0-380 cm、20.065 pm/cm和204.34 pm/KPa。为了对比两个传感器的静态和动态性能,分别对两个传感器在相同条件下进行静态液位性能和动态液位性能测试。实验结果显示2 mm厚的天然橡胶隔膜制成的传感器在静态液位性能上更优,0.5 mm厚的天然橡胶隔膜制成的传感器在动态液位性能上更优。(3)为了使传感器能准确、稳定的工作于实际工程应用中,模拟了实际测量情况下温度、倾斜、振动等参数对传感器测量结果准确性的影响。研究了液体液相温度、传感器倾斜、传感器系统倾斜和振动强度与频率对传感器测量准确性产生的影响。实验研究表明:在0-220 cm的液位量程内,通过温度补偿,传感器可对液相温度在20-60℃范围内的液位及液压进行准确测量;在25℃的温度下,0-220 cm的液位量程内,液位及液压测量结果不受传感器倾斜的影响;在25℃的温度下,0-220 cm的液位量程内,通过倾角线性补偿,传感器可对倾角在-30°～30°的角度内的液位及液压进行准确测量;在25℃的温度下,0-220 cm的液位量程内,振动强度和频率越高,传感器布拉格反射中心波长漂移量越大,但振动引起传感器布拉格反射中心波长漂移量的最大相对误差小于2%,表明传感器测量结果不受振动变化信息的影响。

关键词： 试题分析   英语试卷   期末考试  

摘要： 本文结合***所著《英语测试》的内容对2022年临沂市某中学（以下简称Y中学）期末英语试题进行分析，并阐述了以课程标准为导向的临沂市英语中考题型和特点，并针对考试所反映出来的问题，对初中英语教学提出合理化建议。

关键词： 遥感图像去噪   张量稀疏编码   t-product   自适应相关约束  

摘要： 多光谱和高光谱等遥感图像能够提供大量真实场景的空间和光谱信息,在城市规划、农业生产、地质勘测等许多现实应用中发挥着重要作用。然而,遥感图像在获取和传输过程中易受到噪声污染,其图像质量受到严重影响,不利于后续的处理工作。因此,去除遥感图像的噪声是一项重要的预处理任务。稀疏编码由于能够去除冗余信息,保留数据的本质特征,被广泛运用于遥感图像去噪任务中。传统的稀疏编码方法单独对每个波段去噪,该方法能够有效去除空间维度的噪声,但未考虑遥感图像不同波段间的相关性和连续性,导致去噪后图像在光谱维失真。本文使用张量稀疏编码方法处理遥感图像数据,可以在去噪过程中同时保留空间维度和光谱维度的结构相关性。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)提出了基于t-product的张量稀疏编码遥感图像去噪算法。由于基于稀疏编码的方法大多需要将数据降维,破坏了遥感图像的高维空间结构。因此,本文将稀疏编码方法推广到高维空间,提出了一种适用于遥感图像数据的张量稀疏编码模型(TSC-OMC)。该方法使用张量表示数据,保留了遥感图像的高维空间结构。同时,针对主流的基于Tucker分解的张量稀疏编码方法存在的问题,本文引入了t-product处理数据。使用t-product能够兼顾遥感图像的空间自相似性、谱间相关性以及各维度间的相关性;基于t-product将张量分解为线性组合的形式,以管纤维为基本元素,创建了更加简洁的字典,提高了计算效率;利用t-product蕴含循环移位不变性,强化了稀疏系数的表征能力。此外,本文基于t-product提出了一种张量字典学习算法(t-MOD),在每次迭代中更新字典整体,处理方法简易方便,可有效去除噪声。(2)提出了基于谱间自适应相关约束的张量稀疏编码遥感图像去噪算法。针对现实中遥感图像的噪声方差和稀疏性未知且噪声分布不均匀的问题,本文在基于t-product的张量稀疏编码算法中引入一种自适应相关约束,提出了新的张量稀疏编码模型(TSC-ACC)。该方法可在不知道遥感图像先验信息的情况下,利用残差与字典的相关性推导出一个理想的阈值上界,该上界确保每个切片自适应选择合适的相关阈值,能够很好适应图像噪声分布不均匀的情况。该方法可以在有效去噪的同时,尽可能多的保留遥感图像的有效信息。同时,自适应相关约束利用了谱间相关信息,对于光谱特征丰富的遥感图像,该方法可恢复更多的边缘和纹理细节,进一步提升了去噪效果。本文分别对模拟遥感图像数据和真实遥感图像数据进行去噪实验,从数值分析和视觉观察的角度进行评估,验证了本文所提算法的有效性和优越性。

关键词： 张量方程   Einstein积   Hermitian解   半正定解   广义自反解   广义反自反解  

摘要： 矩阵方程的约束解的求解问题主要来源于结构设计、信号处理、稳定和控制理论等领域,而张量是矩阵的高阶形式,张量方程在计算科学与工程应用领域中扮演着重要角色,因此求解张量方程的约束解就有着实际意义。本文的研究内容主要分为三个部分:第一部分是对于张量的一些基本概念进行了介绍,特别是对张量的基本模型和张量的展开以及张量的分块进行了详细的介绍,建立起了矩阵与张量的联系;第二部分是基于Einstein积对张量方程A~* X=B的Hermitian解与半正定解进行了探究;第三部分是基于Einstein积对张量方程A~* X=B的广义自反解与广义反自反解与半正定解进行了探究。本文的研究工作具体有以下几个方面。第3章研究了基于Einstein积下的张量方程A~* X=B的Hermitian解与半正定解。根据方程解的结构,分别求解方程的特解与对应齐次方程A~* X=B的通解。给出了这两种解存在的充分必要条件及其通解的显式表达式,并且给出了相应的数值算例。第4章研究了基于Einstein积下的张量方程A~* X=B的广义自反解与广义反自反解。根据方程解的结构,分别求解方程的特解与对应齐次方程A~* X=B的通解。给出了这两种解存在的充分必要条件及其通解的显式表达式,并且给出了相应的数值算例。最后,本文对以上张量方程的约束解研究工作进行总结,并对后续的研究进行了展望。

关键词： 多项分数阶波动方程   交替方向隐式方法   L1公式   超收敛插值函数   Galerkin有限元方法  

摘要： 多项分数阶偏微分方程是一类很重要的微分方程,它源于许多科学领域,如带记忆的热传导、粘弹性阻尼、毛细血管的氧气运输,连续时间随机游动模型的幂律频率等.在这些实际问题中,很多数学家以及应用领域中的研究者正在尝试着用分数阶微分方程来建模.由于分数阶导数是具有保记忆性(非局部性)的拟微分算子,因此在对实际问题进行刻画的同时,也给数值计算带来了相当大的困难,特别是对于高维问题的数值计算.交替方向隐式有限元法具备存储量少,计算量低且精度高的特点.其原理为通过降维方法把多维问题分解成连续解几个一维问题.本文旨在用交替方向有限元方法研究二维多项时间分数阶波动方程的数值解,构造稳定有效的数值格式,建立所给格式的误差估计.本文的工作主要分为以下两个部分:第一部分是利用交替方向隐式Galerkin有限元方法研究二维多项时间分数阶波动方程的数值解,结合降阶技术,时间方向使用Crank-Nicolson格式,积分项用L1公式逼近,空间方向采用Galerkin有限元法方法,建立了ADI有限元格式,并用能量法证明该格式的稳定性和收敛性,最后通过数值算例验证了理论分析的正确性.第二部分为了提高二维多项时间分数阶波动方程数值解时间方向上的精度,同样结合降阶技术,积分项利用L2-1_σ公式逼近,空间方向使用Galerkin有限元方法,建立时间方向达到二阶精度的超收敛ADI有限元格式.通过离散的能量法证明了该格式的稳定性,并用数值实验验证了理论分析的正确性.

关键词： 表面粘贴式FBG传感器   温度响应   温度传感器   温度灵敏度系数   温度补偿  

摘要： 在桥梁结构健康监测中,传感器作为采集信息工具,位于监测系统的最前端,其输出信号的稳定性和可靠性对整个监测系统至关重要,FBG传感器因其具有体积小、耐久性高、损耗低、电绝缘性好、抗电磁干扰、灵敏度、测量精度高等优点在结构健康监测中得到广泛应用。提出表面粘贴式FBG传感器应用于桥梁拉索中进行监测的方法,利用温度补偿后FBG传感器的波长改变量反映拉索索力变化,该方法为表面粘贴式FBG传感器应用于实际工程中提供了坚实的基础。本论文以表面粘贴式FBG传感器为研究对象,采用理论推导、有限元仿真与试验相结合的方法,针对FBG传感器在测量过程中存在温度与应变交叉敏感的问题,对表面粘贴式FBG传感器的温度响应及温度补偿进行研究,并应用于工程实际,主要研究内容及结果如下:(1)在表面粘贴式FBG传感器应变传递效率和最小粘贴长度的基础上,建立了表面粘贴式FBG传感器温度响应模型,推导了FBG传感器温度响应公式,通过有限元仿真及温度响应实验,验证其温度灵敏度系数计算公式的正确性,通过正交实验确定了表面粘贴式FBG传感器参数对温度灵敏度系数影响的主次顺序。(2)以表面粘贴式FBG传感器实际温度响应为基础,推导了表面粘贴式FBG传感器温度补偿理论公式。设计制作微型毛细管封装FBG温度传感器,通过水浴试验对传感器的温度灵敏度系数进行标定,并验证了表面粘贴式FBG传感器温度补偿理论公式的有效性。(3)表面粘贴式FBG传感器应用于实际工程中,经过毛细管封装FBG温度传感器的修正后,测试结果能够反映斜拉索的实际状态,取得了较好的监测效果。

关键词： 衍射   涡旋光束   二维振幅光栅   光栅   光场分布  

摘要： 涡旋光束是一种具有螺旋相位波前和轨道角动量的光束,其特点是带有螺旋相位结构,且涡旋光束中的每个光子都携带轨道角动量。这种光束具有一个带有拓扑电荷的相位奇点,光束光强分布类似于甜甜圈形状,呈暗中空,中心光强为零。涡旋光束的出现揭开了宏观物理光学和微观量子光学之间的微妙关联。随着涡旋光束功能不断地被开发,其应用领域也越来越广泛。例如光镊、量子通信、生物医学、光学传感等领域。同样地,涡旋光束入射不同光栅所呈现的不同有趣现象也大受关注。微小光学的主要内容为研究在微米量级内的光学元件上发生的光学现象以及光学元件的光学微加工,衍射微光学是其中一个重要分支。光栅是探究衍射现象中必不可少的重要对象,按照调制函数的不同可分为振幅衍射光栅和相位衍射光栅。本文分别选用二维振幅光栅和二次光栅对涡旋光束的衍射现象进行研究。二维振幅光栅是一种带有周期性结构,孔径阵列排布的光栅。二维振幅光栅具有的泰伯效应在光学测量、全息存储、光互连等领域有着重要的作用。二次光栅的光栅轨迹是以一个固定的点为圆心,以许多不同半径的圆弧组成的,它可以使多个平面的像成像在同一平面。拉盖尔高斯光束是一种常见且典型的涡旋光束,它能够在传输过程中保持较高的稳定性,并且现阶段也已有许多制作拉盖尔高斯光束的方法,因此本文在模拟和实验中均选用拉盖尔高斯光束。本文根据菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式对涡旋光束入射二维振幅光栅和二次光栅的衍射现象进行了模拟和实验研究,讨论了光栅周期和衍射距离对光场分布的影响。本文主要的工作如下:(1)模拟了拉盖尔高斯光束入射二维振幅光栅的衍射。在模拟中分别设计光栅周期为60 um和150 um的方形孔径阵列光栅,得到在衍射距离360 mm下的衍射图样。根据模拟结果发现:衍射光斑与入射光束一致呈甜甜圈形状,且各个光斑半径大小一致,排布均匀,与光栅孔径排布类似;取中心光斑为第零衍射级,第零衍射级光强最强,沿第零衍射级四周光强逐级减弱;改变光栅周期,衍射级间距随之变化,当光栅周期变大时,衍射级间距减小。(2)对拉盖尔高斯光束入射二维振幅光栅进行了实验研究。由He-Ne激光器发射的红光,经激光准直器准直扩束,然后照射到螺旋相位板上产生涡旋光束,采集入射到光栅后360.85 mm处的衍射图样,选用的光栅周期分别为150 um与200 um。得到的实验结果与模拟结果一致:光斑形状与排布皆与模拟结果一样,增大光栅周期,衍射级间距缩小;根据光场分布发现在泰伯衍射距离处发生准泰伯效应,即有入射涡旋光束的自成像,因此各个衍射光斑与入射光束拓扑荷数相同,轨道角动量没有发生弥散。实验结果证实了本文通过菲涅耳衍射理论分析对涡旋光束对光栅衍射的正确性。(3)对拉盖尔高斯光束入射二次光栅进行实验研究。选用孔径中心光栅周期0.085,光栅散焦度15λ,光栅孔径半径3 mm的二次光栅进行实验探究。衍射图样显示:得到三阶衍射级,+1、-1和0级,衍射光斑形状与入射光束一致,三衍射级光斑中心在同一线上;改变衍射距离,光斑光强与半径随之变化;当衍射距离变大时,三衍射级光强最强处逐渐由-1级变化到0级再到+1级,中心光斑半径始终不变,-1级由小变大,+1由大变小。通过对涡旋光束入射二维振幅光栅和二次光栅的衍射现象探究,发现二维振幅光栅的周期、涡旋光束的拓扑荷数以及衍射距离的变化都会影响衍射光的光场分布,这为控制光束分束的应用以及产生阵列涡旋光束提供了参考。

关键词： 共分割   共峰   遮挡   张量匹配   内在结构关系  

摘要： 实例共分割是计算机视觉领域的重要任务,目的是在两张图像中找到相关线索并分割出公共区域以分离不同的目标实例,在缺乏昂贵注释信息的情况下,实例共分割具有重要意义。在实例共分割中,特征图中局部响应最大的点称为峰,而特征图中共同响应最大的点被称为共峰。研究表明,峰和共峰与目标实例密切相关,因此它们被广泛用于弱监督的实例共分割。然而,现有方法主要基于点对点的匹配模式,容易在背景杂乱或实例相互遮挡的场景中出现过度分割的问题。为了解决这个问题,本文提出了一种基于张量匹配的共峰搜索实例共分割方法。该方法利用共峰搜索模块和共显著检测模块两个子模块相互耦合生成的显著共峰线索来实现实例共分割。在训练阶段,首先通过预训练的完全卷积神经网络提取特征图;然后,共峰搜索模块和共显著检测模块在匹配损失、共峰损失、亲和性损失和共显著损失四个损失的共同优化下相互促进搜索显著共峰信息。在推理阶段,利用上述实例相关的信息进行耦合计算和排名,根据排名优先的策略得到实例共分割的结果。本研究将深度特征图内的峰信息通过张量匹配模式来探寻实例相关的显著共峰线索,这种基于张量的匹配模式收集的线索具有旋转不变势的内在固有结构和外在相互一致性结构,能够更加准确的对目标实例定位,减轻过度分割的问题,通过大量的可视化实验、消融实验、复杂度分析和共峰分析等实验证明了所提出方法的卓越性能和鲁棒性。为了进一步说明所提出算法的泛化能力,本文将张量匹配算法扩展至多视图聚类任务,通过在合成数据以及真实数据的大量实验证明,所提出的方法在聚类领域也起到提升性能的实际应用,证明了所提出算法的泛化能力。

关键词： 张量互补问题   稀疏解   KS-张量   0/1损失函数  

摘要： 张量互补问题和稀疏优化问题在图像信号处理、计算机视觉、医学影像等多方面有广泛应用背景。作为张量互补问题和稀疏优化两个研究问题的融合,本文对张量互补问题的稀疏解进行研究,主要研究内容为:(1)对KS-张量互补问题的稀疏解进行了研究,将其转化为带有约束的多项式优化问题,然后用序列二次规划算法求解转化的问题,数值结果表明序列二次规划算法能有效求解KS-张量互补问题的稀疏解。(2)对张量互补问题的稀疏解进行了研究,将互补约束转化为投影型不动点方程,提出了光滑牛顿型投影算法来求解转化后的问题,其中子问题通过光滑牛顿法优化0/1-损失函数来求解,数值结果表明该算法能有效求解张量互补问题的稀疏解。(3)对一类广义张量互补问题的稀疏解进行了研究,利用l范数的光滑函数松弛l范数,通过将互补约束转化为不动点方程,利用l正则投影极小化松弛模型对问题进行求解,并将此类广义张量互补问题的稀疏解应用到张量绝对值方程的稀疏解问题中。数值结果表明该方法能有效求解此类广义张量互补问题的稀疏解。

关键词： 光纤光栅   嵌入式   扫描激光器   硬件模块   卡尔曼滤波  

摘要： 光纤光栅传感器具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰和易于复用等优势,因而被广泛地应用于航空航天、电力行业及生物工程等诸多领域。复杂多变的工程应用现场环境对光纤光栅解调仪的便携性与稳定性提出了更高要求,而基于上位机的传统光纤光栅波长解调技术难以满足现场需求。针对上述问题,本文研究了光纤光栅波长解调的硬件实现方案,搭建了基于嵌入式架构与兼容多类数据传输模式的光纤光栅解调仪。本文的研究内容主要包括以下三个方面:(1)研究了光纤光栅的耦合模理论,构建了光纤光栅温度传感与应变传感的数学模型,对比分析了常用的光纤光栅波长解调方法,选用了基于扫描激光器的波长解调方案,完成了光纤光栅解调系统的核心器件选型。(2)设计了基于ARM架构的嵌入式光纤光栅解调仪总体方案,研究了扫描激光器的控制原理,分析了驱动电流对激光波长的影响规律,构建了基于电流调谐的激光器控制模块,设计了光电转换、信号放大、信号滤波等信号调理电路,并针对波长解调数据的嵌入式处理需求,分别设计了数据采集、数据显示、数据传输等模块,采用了卡尔曼滤波与趋势判断融合的波长解调算法,实现了光纤光栅波长的快速准确解调。(3)集成了八通道嵌入式光纤光栅解调仪,开展了系统性能评估实验。实验结果表明,解调仪光栅温度传感器波长解调精度可达±3 pm,光栅温度传感器波长解调稳定度为±3 pm,温度与波长线性变化拟合系数最低为0.9982,系统响应时间可缩短至1.63 s以内,并实现了光纤光栅位移传感器、光纤光栅裂缝传感器、光纤光栅土压计的波长准确解调,达到了便携稳定的嵌入式光纤光栅解调仪研制目标。