针对甲烷气体泄漏高精度、非接触和远距离探测的需求，提出一种基于TDLAS-WMS的甲烷泄漏遥测系统。该系统采用高级精简指令集机器（ARM）和现场可编程门阵列（FPGA）双核架构，FPGA实现数字锁相解调提取一次谐波（1f）和二次谐波（2f）信号，ARM通过串行外设接口（SPI）实时接收FPGA解调的1f、2f信号并传送至Labview进行谐波信号分析和甲烷浓度在线解调。通过2f/1f信号处理技术消除光强与靶标反射系数的变化对系统测量结果的影响。研究同等实验条件下0~90 m范围内谐波信号与探测距离的关系，结果表明，2f/1f信号处理技术对噪声抑制效果显著。测量不同积分浓度的谐波信号，采用最小二乘法对2f/1f和气体积分浓度数据进行线性拟合，获得系统标定线性度，为0.9966。对系统误差进行实验测量和分析，在0~2000×10^-6 m范围内，系统测量最大相对误差为-3.66%，最小为-0.23%。利用1500×10^-6 m甲烷浓度的二次谐波信号评估系统的检测下限为70.5×10^-6 m。结果表明，设计和研制的甲烷泄漏遥测系统可广泛应用于城市燃气场站和天然气管网等场合的燃气突发泄漏监测预警。

微米光栅加速度计具有高精度、低功耗、小体积等优点, 在惯性导航、油气勘探、地震检波等领域有广泛的应用前景。文章针对传统微米光栅加速度计受到交叉轴串扰导致精度下降的问题, 提出了一种双层悬臂梁结构微米光栅加速度计敏感头。利用ANSYS有限元分析可知, 所设计的双层悬梁结构敏感头能有效抑制交叉轴串扰, 同时模态分离较传统结构提升13.5倍, 有效提高了敏感头抗高阶机械模态扰动的能力。

随着微电子机械系统(MEMS)惯性传感器件对微位移检测精度的要求越来越高, 微位移检测技术已经成为惯性传感领域的研究热点, 亚波长光栅的出现为微位移测量提供了一个全新的发展前景。以离面型双层亚波长光栅位移传感系统为研究对象,分别研究了亚波长光栅等周期与不等周期时系统的位移传感特性, 利用Rsoft软件对2种结构中双光栅相对运动时系统透射率与光栅位移量之间的关系以及系统关键结构参数对位移检测灵敏度的影响规律进行模拟仿真, 并对2种双光栅位移传感系统进行了结构优化设计与性能仿真, 理论验证了离面型双层亚波长光栅位移传感系统结构的灵活性及方案的可行性。

An abundance estimation algorithm based on orthogonal bases is proposed to address the problem of high computational complexity faced by most abundance estimation algorithms that are based on a linear spectral mixing model (LSMM) and need to perform determinant operations and matrix inversion operations. The proposed algorithm uses the Gram-Schmidt method to calculate the endmember vector set to obtain the corresponding orthogonal basis set and solve the unmixing equations to obtain the eigenvector of each endmember. The spectral vector to be decomposed is projected onto the eigenvector to obtain projection vector, and the ratio between the length of the projection vector and the length of the orthogonal basis corresponding endmember is calculated to obtain an abundance estimation of the endmember. After a comparative analysis of different algorithms, it is concluded that the proposed algorithm only needs to perform vector inner product operations, thereby significantly reducing the computational complexity. The effectiveness of the algorithm was verified by experiments using simulation data and actual image data.

随着MEMS惯性传感器件对微位移检测精度的要求越来越高, 微位移检测技术已经成为MEMS惯性传感领域的研究热点。亚波长光栅以其超高的位移检测灵敏度成为一个极具发展前景的高精度位移传感平台。利用Rsoft软件模拟分析了双层亚波长光栅共面、离面相对运动时系统零级衍射光透射率与光栅位移量之间的关系及系统关键结构参数对位移检测灵敏度的影响, 并对这两种亚波长光栅微位移传感系统进行了结构优化与性能仿真及对比, 理论验证了亚波长光栅位移检测的高灵敏度优势。

以高机械灵敏度为设计目标, 对一种解耦硅MEMS陀螺进行了结构优化, 并利用有限元分析软件ANSYS对该MEMS陀螺进行了模态、应力、位移、抗过载及谐响应仿真分析, 确定并验证了高灵敏度MEMS陀螺的结构优化原则。优化后的硅MEMS陀螺驱动和检测模态谐振频率分别为3700与3718Hz, 机械灵敏度可达0.95nm/(°/s), 能够承受500g的冲击载荷, 并且能够实现驱动模态和检测模态解耦。

超材料的发展为太赫兹技术提供了良好的载体, 使太赫兹器件得到飞速发展。滤波器作为其中重要的功能器件, 实现了太赫兹波段的单频和多频滤波。文章提出了一种新型超材料太赫兹滤波器结构, 该结构可同时应用于LC谐振和偶极谐振, 实现了太赫兹滤波。重点对几何参数对器件滤波性能的影响规律进行了研究, 通过优化滤波器关键结构参数, 实现了良好的双频带和三频带太赫兹滤波。

针对货车运行故障动态图像中车辆挡键、集尘器和安全链锁紧螺栓的故障检测, 提出一种基于稀疏编码空间金字塔匹配和遗传算法优化的支持向量机相结合的通用故障自动识别算法。首先在不同尺度空间对样本图像进行划分, 对每个部分提取尺度不变特征变换特征, 利用随机抽取样本的SIFT特征通过迭代学习生成字典并进行稀疏编码; 其次利用主成分分析定义编码后的特征对故障识别准确率的贡献值, 并据此对编码特征进行降维; 然后利用编码降维后的特征结合遗传算法对线性SVM分类器进行训练; 最后用训练好的分类器模型对挡键、集尘器和安全链锁紧螺栓的故障进行识别。实验结果表明, 本文提出的算法能较好的应用于3种不同类型的故障识别, 识别率分别为97.25%、99.00%和97.50%, 同时对噪声和光照变化具有一定的鲁棒性, 能满足车辆故障的实际检测需求。

通过提取光散射信号中颗粒粒径和属性的非线性特征向量,利用广义神经网络(GRNN)同时解析颗粒粒径和识别属性。采用经验模态分解(EMD)方法分解颗粒物的光散射信号,提取三维能量分布,计算3种相同粒径不同属性颗粒的样本熵,发现样本熵能够反映颗粒的属性;为了消除粒径和属性对散射的影响,对散射信号进行Hilbert变换,提取时频域特征,与样本熵结合组成高维特征集,通过局部线性嵌入(LLE)算法将特征集归为6个特征向量,作为广义神经网络的输入层,解析粒径和识别属性;采用粒径为0.11 μm的二氧化硅颗粒、2 μm和4 μm的聚苯乙烯小球进行实验,结果表明,粒径解析和属性识别的正确率均在90%以上。

以对激光器进行可靠度评估为背景, 在考虑累积冲击与自然退化同时引起产品失效的基础上, 重点研究了冲击时间间隔对产品退化量的影响, 建立了累积冲击作用下可恢复的退化模型。 根据自然退化过程及泊松冲击更新理论, 研究了累积冲击模型和累积冲击下的退化失效模型。引入条件分布, 分析冲击时间间隔对退化量的影响, 得出了累积泊松冲击下的可恢复退化失效模型。结合性能退化分析, 给出了可恢复的退化过程的失效分布函数和可靠度函数。进行了激光器退化试验, 结果表明: 当激光器工作2 000 h时, 利用累积冲击下可恢复的退化失效模型评估得到的可靠度为053, 与仿真结果相符, 为利用累积冲击下退化失效模型评估得到的可靠度的2.79倍。结果验证了本文提出的利用可恢复的退化模型进行可靠度评估的合理性。