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    2015年 第43卷 第3期    刊出日期:2015-03-25
    机械工程
    胡国清 龚小山 周永宏 邹崇 Jahangir Alam
    2015, 43(3):  1-8.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.001
    摘要 ( 339 )   PDF (6587KB) ( 514 )  
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    为分析硅压力传感器基座受力变形对传感器输出性能的影响,首先利用弹性力学理论和板壳理论分析推导了压力传感器方形膜片应力分布,为力敏电阻在应变膜上的布置提供依据;再利用 ANSYS 进行分析模拟,探究了传感器基座结构变形对应变膜应力差的影响;然后针对减小基座受力变形对芯片受力的影响,对基座结构进行适当优化,并对比仿真分析的结果;最后通过实验测得优化前后的传感器输出数据. 结果表明,传感器基座结构优化后,传感器硅芯片中心最大变形量从 2. 172μm 降低到 1. 819μm,输出误差从 0. 95%下降到 0. 60%.
    曹彪 李海波 庞少辉
    2015, 43(3):  9-14.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.002
    摘要 ( 324 )   PDF (3040KB) ( 744 )  
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    常用的工频电阻焊机输出不连续的类正弦交流波形,由于电流过零时间长,同等功率下电流峰值过大,造成焊接时工件加热不连续,易产生飞溅,针对上述问题,设计了一种基于数字信号处理器(DSP)的逆变交流控制系统. 该系统以 DSP 为控制核心,包括信息检测、脉宽调制(PWM)输出控制、人机交互、输入输出(I/O)接口、故障检测等电路和相应的控制软件. 系统采用 PWM 控制方式调节焊接变压器的初级电压,实现了大范围电流调节条件下较为连续的输出;具有电流、电压、功率 3 种反馈控制模式和多种频率选择,在每半个周期内实现快速反馈调节,提高了控制精度,改善了交流电阻焊机的工艺适应性.
    朱强 薛家祥 徐敏 董昌文 王磊磊 恒功淳
    2015, 43(3):  15-20,28.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.003
    摘要 ( 358 )   PDF (7330KB) ( 210 )  
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    一脉一滴的熔滴过渡被广泛认为是脉冲熔化极惰性气体保护焊中最好的过渡形式,通过在方波脉冲的峰值后增加一个后中值脉冲能有效增强熔滴过渡的可控性,提高焊接过程稳定性和焊缝成形效果. 文中利用小波分析仪采集焊接过程瞬时电流电压信号,经过分析得到电流 -电压分布概率和 U-I 图,并将两者与焊缝外观相结合一起综合评定焊接效果.1.2 mm 铝合金 ER4303 焊丝焊接实验表明:在平均电流不变的情况下,采用后中值脉冲波形焊接能明显提高焊缝成形的质量,在焊缝表面形成规整的鱼鳞纹;中值电流取值太小,控制熔滴过渡的作用不明显,只是相当于增加了基值时间;取值太大,相当于增加了峰值时间,焊接过程不稳定;后中值时间太短,能量积累不够,不能控制熔滴过渡;时间太长容易造成熔滴过渡不规则,焊缝的鱼鳞纹消失;后中值电流时间取值在 6 ~10 ms 范围内,取值在强弱脉冲电流平均值左右时,焊接过程稳定,焊缝鱼鳞纹光亮、规整、美观.
    李伟光 杨期江 蒙启泳 彭喆 罗健彬 赵伟 骆劼行
    2015, 43(3):  21-28.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.004
    摘要 ( 220 )   PDF (1825KB) ( 337 )  
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    针对可倾瓦轴承润滑的特征,开发了一种新型前缘沟槽型(LEG)三瓦可倾瓦轴承;为获取该可倾瓦轴承的试验参数,研制了一套具有自动采集数据、实时分析数据等功能的可倾瓦轴承动态特性测试试验台;对比分析了浸润式滑动轴承与前缘沟槽型滑动轴承的轴瓦温度特性;采用有限差分算法理论计算了该轴承的动态特性参数,采用扫频激振方法试验研究了该轴承的8 个动态特性参数,并通过对比分析理论计算与试验结果验证了试验方法的有效性. 研究表明,所开发的滑动轴承具有较好的温度特性及刚度阻尼特性.
    左斌 王宝雨 李智 郑明男
    2015, 43(3):  29-34,48.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.005
    摘要 ( 273 )   PDF (6123KB) ( 548 )  
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    齿轮制造是一个连续化生产过程,精密锻造生产齿轮既要保证生产连续、高效,又要保证模具的可靠. 文中针对空心圆柱齿轮,提出了带心轴、无心轴 - 空心坯和无心轴-实心坯 3 种精密锻造模具方案,预测了 3 种方案精锻齿轮的成形载荷,通过有限元仿真分析了 3 种方案的齿轮成形过程、金属流动规律、模具受力状况和成形载荷,并设计了相应的生产工艺流程,比较了 3 种精密锻造方案和传统切削齿形加工的生产效率和材料利用率. 通过齿轮热精锻实验验证了有限元仿真和载荷计算的准确性,确定无心轴-实心坯为行星齿轮热精锻生产的最佳工艺方案.
    杜进辅 方宗德 高洪彪 张永振 赵国锐
    2015, 43(3):  35-40.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.006
    摘要 ( 288 )   PDF (3467KB) ( 589 )  
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    为评估已加工的摆线齿准双曲面齿轮的啮合质量,基于实测齿面坐标点数据,用非均匀有理 B 样条(NURBS)曲面拟合离散点得到高度逼近真实齿面的数字化齿面,并依据空间啮合理论进行了数字化齿面的轮齿接触分析(TCA). 与传统的滚检试验相比,该方法在获得实际齿面接触印痕的同时还可以获得传动误差曲线,比较全面地反映了实际齿面的啮合信息. 最后通过比较某高速车桥齿轮副数字化齿面 TCA 与滚检试验结果,验证了文中方法的可行性.
    贺占蜀 王培卓 李大磊 李延民 马泳涛 汤勇
    2015, 43(3):  41-48.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.007
    摘要 ( 242 )   PDF (6050KB) ( 589 )  
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    采用多片叠合铣刀加工一种具有规则孔隙的表面热功能结构——交错互通微通道网格板(简称网格板). 通过理论计算得出网格板的孔隙率、体积比表面积、重量比表面积等孔隙特性,并研究孔隙特性随微通道间距、微通道深度以及微通道宽度的变化规律.然后将网格板置于板式换热器中,分析体积流量、孔隙率以及体积比表面积对压降与传热性能的影响. 结果表明:通过调节微通道间距、微通道深度和微通道宽度,孔隙率可以在10. 9% ~88. 0%范围内变化,体积比表面积可以在 2. 89 ~6. 40mm-1 范围内变化;网格板可使换热器的传热性能提升近 3 倍;同等条件下,高孔隙率和大体积比表面积的网格板强
    化传热效果较好.
    丁亚东 陈柏 吴洪涛 申浩宇
    2015, 43(3):  49-56.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.008
    摘要 ( 365 )   PDF (5993KB) ( 1764 )  
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    机器人动力学参数辨识方程随着关节的增多变得更加繁琐,关节数超过 4 个后,甚至难以获得准确的参数辨识方程. 为此,文中提出一种分步辨识的方法. 该方法每次辨识的惯性参数较少,辨识方程相对简单,计算量小,辨识累计误差小,能很好地实现对超过四自由度的关节机器人动力学参数的辨识. 文中还以某型六自由度关节机器人为对象,设计了辨识实验,对分步辨识方法进行了验证. 结果表明:在保有机器人关键动力学特性的情况下,文中方法能简单而有效地获得机器人的关键动力学参数.
    电子、通信与自动控制
    马丽红 黄茵 黎剑晖
    2015, 43(3):  57-65.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.009
    摘要 ( 255 )   PDF (4624KB) ( 773 )  
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    针对超分辨率重构字典对结构区分度不够、在最优匹配原子搜索中耗时太长的问题,提出了一种多特征联合的分级字典(MFJD).首先,分别用边缘块梯度特征和纹理块局部二值模式(LBP)特征来构建两种分类字典,用于逼近不同类型结构;其次,采用树结构来聚类原子,实现同一字典下的快速原子匹配;最后,引入双边总变分(BTV)正则项来约束重构结果. 实验表明:与经典稀疏编码超分辨率重构(SCSR)算法相比,MFJD 多特征联合的分级字典使重构图像的 PSNR 值提高了 0.2424dB,使平均结构相似度(MSSIM)和特征相似度(FSIM)分别提高了0. 0043 和0. 0056;由于结构分类字典维数降低,重构时间
    降至 SCSR 算法的 22. 77%.
    赵俊红 哀微 朱学峰
    2015, 43(3):  66-71.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.010
    摘要 ( 251 )   PDF (5266KB) ( 648 )  
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    文中针对图像篡改中最常见的复制粘贴篡改被动取证问题展开图像分析研究,提出了一种基于仿射尺度不变特征变换(ASIFT)和圆投影特征的算法,用于检测图像中是否存在复制粘贴篡改. 实验结果表明:基于仿射尺度不变特征的算法对具有明显角点特征的篡改图像的取证效果较好,而基于改进圆投影特征的算法对不具备明显角点特征的篡改图像(如随机性纹理、平坦区域)的取证效果较好,因此联合使用基于这两种特征的算法对常见的复制粘贴型图像篡改进行被动取证能达到较好效果.
    李红涛 胡斌杰 张洪林 魏晓东 曾伟森
    2015, 43(3):  72-77.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.011
    摘要 ( 275 )   PDF (4720KB) ( 641 )  
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    文中提出一种可用于多波束电子不停车收费(ETC)系统的新型正交 Hybrid 耦合器. 为适应 ETC 系统的不同频段应用,该新型正交耦合器设计为覆盖两个常用的 ETC 系统工作频段:2.4GHz(2.2 ~2.6GHz)和 5.8GHz(5.5 ~6.0GHz). 该耦合器在上述两个频带上具有不同的功率分配特性——在2.4GHz 频段为等比例正交输出,在5.8GHz 频段则是在 0.6 ~7.3dB 范围内的正交输出. 文中提出的正交功分器具有频带宽度大、电路尺寸小的优点. 实物测试和仿真数据吻合良好,说明该功分器是有效的.
    仲伟志 仲丹丹 井庆丰 刘鑫
    2015, 43(3):  78-83.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.012
    摘要 ( 140 )   PDF (1971KB) ( 829 )  
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    针对最大熵方法(MEM)存在的迭代计算量大和误差扩散的问题,以及 ESPRIT算法存在的平坦快衰落信道预测精度受制于自相关函数估计的问题,文中提出基于扩展Prony 算法的平坦快衰落信道预测算法. 扩展 Prony 算法通过最小二乘法拟合和计算高次代数方程来求复根,无需估计自相关函数且可批量计算,能够提高预测精度和运算效率.理论和仿真结果表明,扩展 Prony 算法较 MEM 和 ESPRIT 算法具有更高的预测精度,同预测精度下具有 3 ~5dB 的信噪比优势,且算法性能稳定,运算效率高.
    李东武 裴昌幸
    2015, 43(3):  84-89.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.013
    摘要 ( 192 )   PDF (1737KB) ( 694 )  
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    针对协作通信系统提出一种新型分集接收算法. 首先在中继节点对发送信号做空时分组编码处理,当接收机接收到信号后进行快速傅里叶变换,再进行空时与频域的联合均衡运算,最后变换到时域硬判决,从而得到发送信号的估计结果. 通过采用判决反馈与干扰抵消等联合处理方法,可获得中继的协作分集增益,降低了均衡过程的信噪比损失,提高了协作通信的传输质量. 仿真结果表明,当信噪比为 12 dB 时,所提接收算法可将传统算法的误码率数量级从 10-2 降低到 10-3 .
    周雄 冯穗力
    2015, 43(3):  90-97.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.014
    摘要 ( 218 )   PDF (3905KB) ( 496 )  
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    针对家庭基站部署与运营,以及与宏基站共享频谱资源所面临的难题,提出了一种基于 Stackelberg 博弈的最优频谱分配与定价策略. 通过建模基站与用户之间的博弈,分析了资源定价与用户需求的关系;通过建模宏基站与家庭基站之间的博弈,给出了多种场景下双层分级蜂窝网络的最优频谱分配与定价策略. 该策略能按需地为宏基站与家庭基站分配频谱,最大化宏基站与家庭基站的频谱效益,并能有效地激励运营商与用户积极部署家庭基站,加速绿色通信网络的建设进程.
    兰林锋 宋威 史文 彭俊彪
    2015, 43(3):  98-102.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.015
    摘要 ( 246 )   PDF (3980KB) ( 725 )  
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    为适应柔性有源有矩阵有机发光二极管(AMOLED)等新型显示技术发展的需要,将低温溶液处理的氧化锌作为半导体层、电化学氧化的氧化铝钕作为栅绝缘层,制备了氧化锌薄膜晶体管(TFT). 制备氧化锌半导体层所用的前驱体溶液为无碳的 Zn(OH)x -(NH3)y(2-x)+ 水溶液,这种氨络合物溶液制备简单、成本低,并且由于容易形成高活性的氢氧自由基,使得氨 - 金属之间的分解所需要的活化能较低,生成氧化锌所需的能量较小,可以在 180 ℃的较低温度下获得氧化锌多晶薄膜. 所制备的 TFT 器件的最高迁移率可达 0. 9cm2 /(V·s). 这种低温氧化锌薄膜工艺与室温电化学氧化的栅绝缘层工艺相结合,具有温度低和迁移率高的特点,完全能与柔性衬底兼容,在柔性显示中具有很大的应用前景.
    李向阳 田森平
    2015, 43(3):  103-110.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.016
    摘要 ( 261 )   PDF (1703KB) ( 573 )  
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    针对一类具有任意初态和非周期有界扰动的不确定非线性时变系统,提出一种基于边界层的迭代学习控制方法,将边界层设计成一个具有剩余宽度的指数衰减函数,通过边界层把任意初态问题转换为零初值迭代学习问题. 针对周期和非周期不确定性扰动,分别设计周期项的学习律和非周期项的边界学习律,然后在此基础上给出了迭代学习控制算法. 文中给出了相关定理,并应用类 Lyapunov 方法给出了定理的详细证明. 仿真结果表明,所提出的算法是有效的,轨迹跟踪误差能收敛到边界层.
    黄道平 邱禹 刘乙奇 李艳
    2015, 43(3):  111-120,129.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.017
    摘要 ( 147 )   PDF (1622KB) ( 978 )  
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    在污水处理过程中, 存在着强非线性、 多变量耦合、 参数时变、 大滞后、 内外干扰频繁等问题, 因此如何及时发现系统的异常从而保证过程设备的可靠性和稳定性显得尤为重要. 文中根据污水生化处理的特点, 综述了基于数据驱动的故障诊断方法在污水处理领域的研究现状、 存在的问题以及解决方案, 探讨了故障预测在污水处理中的研究前景,指出了基于数据驱动的故障诊断方法研究在污水处理中存在的问题和未来的发展方向.
    环境科学技术
    程香菊 邝韵琪 林雯昕 谢骏 许挺达
    2015, 43(3):  121-129.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.018
    摘要 ( 315 )   PDF (5032KB) ( 1081 )  
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    为实现封闭循环水养殖系统中溶解氧的动态平衡,运用“对冲流动”理念与文丘里曝气器的自吸气增氧原理,设定 15 种工况,探究文丘里曝气器的对冲方式对水体增氧的影响. 结果表明:氧体积传质系数与循环水体流量成正比;在同一流量条件下,氧体积传质系数与文丘里曝气器淹没深度成反比. 结合增氧效果与对冲循环流场特性,建议在养殖初期与后期将文丘里曝气器安装为 A—B 层错层对冲,而在养殖中期调整为 A—C 层错层对冲.
    环境科学与技术
    张彦灼 李军 李芸 陈光辉 卞伟
    2015, 43(3):  130-136,150.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.019
    摘要 ( 190 )   PDF (2876KB) ( 497 )  
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    利用好氧颗粒污泥(AGS)对碱性染料橘黄(SY)进行吸附试验,研究了不同 pH值、吸附剂用量、SY 初始浓度和温度对吸附过程的影响. 发现:溶液的 pH 值是影响吸附效果的一个重要因素,pH 值为 2、AGS 用量为 2 g/L 和温度为 35℃时吸附效果最好;平衡吸附量与 SY 染料初始浓度呈正相关;Langmuir 吸附模型能够较好地描述整个吸附过程,饱和吸附量为 142. 86 mg/L,吸附动力学符合准二级动力学模型. 热力学分析表明吸附是一个自发的吸热过程,且低浓度比高浓度时的吸附亲合力好. 实验结果表明 AGS 可以作为吸附 SY 染料的低成本吸附剂.
    环境科学技术
    关小红 辛晓岩 高乃云 谈超群 庄珍珍
    2015, 43(3):  137-142.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.020
    摘要 ( 333 )   PDF (2147KB) ( 813 )  
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    研究了Fe2+激活过硫酸氢钾(PMS)降解扑热息痛(APAP)的反应.通过考察反应的影响因子、动力学、矿化率及自由基(SO-·4及OH·)确认情况,发现反应分为快速反应阶段和慢速反应阶段,降解反应中PMS与Fe2+浓度比值为1.5∶1时APAP的降解速率最大,最适宜p H值为5.0,反应在较高的PMS及Fe2+投量下可获得55%以上的矿化率.通过电子自旋共振(ESR)检测直接证实:PMS-Fe2+系统降解APAP的反应过程中有SO-·4及OH·的出现,并且对APAP降解起主要作用;反应开始3min左右SO-·4及OH·均出现,随后OH·减少直至消失,SO-·4是慢速反应阶段的主要自由基.
    喻成龙 黄碧纯 杨颖欣
    2015, 43(3):  143-150.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.03.021
    摘要 ( 449 )   PDF (1002KB) ( 630 )  
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    低温 NH3 -SCR 技术能在低于 200℃的反应温度下将 NOx 高效转化为 N2 ,具有较好的经济效益和应用前景. 开发高活性、高抗中毒的低温 SCR 脱硝催化剂已成为当前国内外环境领域的研究热点. 硫中毒和水抑制是阻碍低温 SCR 脱硝催化剂发展和应用的关键因素. 分子筛具有优良的吸附性能、适宜的表面酸性、择形性以及灵活性,可有效地引入过渡金属元素,在低温 SCR 领域有很好的应用前景. 文中综述了近年来分子筛应用于低温 NH3 -SCR 脱硝催化剂的研究成果,重点关注 ZSM-5、SAPO-34、SBA-15、MCM-41 以及BETA 分子筛,分析了其低温选择性催化还原性能、抗硫抗水性能以及反应机理,并对计算模拟在分子筛催化剂设计中的应用进行了介绍. 最后,针对分子筛应用于低温 NH3 -SCR 所存在的问题,指出了今后研究的方向.
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