针对转炉冶炼终点传统人工肉眼看火判断存在着诸多不确定性问题, 研究了一种基于模糊支持向量机的光辐射状态识别实现转炉终点判断的方法。设计了非接触式炉口光辐射采集系统, 基于炉口火焰辐射规律分析, 分别提取了通过高斯函数拟合表征光谱整体特征的三参数和两个发射峰离散谱参数作为支持向量机的输入, 通过相关性分析选出生产过程中氧量、动枪幅度、爽枪时间、加料量参数构建子样本特征量, 采用样本到类间距离的方法计算隶属度因子, 建立了模糊支持向量机识别模型并进行了测试实验。实验结果表明, 提出的方法对不同操作工况下的终点光辐射识别精度优于人工方法和传统SVM方法, 可为转炉终点的准确判断提供依据。

转炉终点碳含量在线检测对实现炼钢终点准确控制, 提高钢铁产品质量, 降低能耗, 减少废气排放具有重要意义。 针对转炉冶炼终点控制及碳含量检测的难题, 研究了一种新的基于炉口辐射光谱分析的非接触式在线碳含量检测方法。 方法基于辐射光谱的支持向量机回归(SVR)实现转炉终点前过程的碳含量预测。 通过远距离光谱采集系统获取炉口火焰光谱信息, 基于冶炼过程炉口火焰辐射光谱变化规律的分析, 分别提取了表征辐射光谱整体特征的两个参数即总谱宽和辐射峰值、 以及表征发射谱的三个特征波长600, 630和775 nm处的幅值作为支持向量机的输入, 结合脱碳理论和实测碳值拟合重构的脱碳函数曲线作为支持向量机的输出, 利用支持向量机回归方法建立光谱分布与碳含量的关系模型。 通过训练样本集和测试集循环优化确定模型最佳参数。 设计的仪器和优选的模型已安装在转炉生产现场长时间运行, 现场实验结果表明, 终点碳含量检测准确率为90.2%, 测量时间小于0.3 s, 可实时在线检测, 能够满足生产需求, 为转炉冶炼终点的精确控制提供了重要依据。

转炉炼钢的终点控制包括钢水出钢时温度及其成分的控制, 炉口火焰能够反映炉内脱碳速率及转炉运行参数等。 工业炉燃烧火焰可见光谱段, 普遍存在着钾(K)和钠(Na)等碱金属元素的原子发射谱线, 利用K的特征谱线相对比值可以计算火焰温度。 基于辐射双色法, 三色法和谱线相对强度法对转炉口火焰温度进行了测量; 数据处理过程中对特征谱线进行了基线拟合提取, 小波脊线拟合提取; 特征谱线进行了Gauss函数和Lorenz函数拟合。 结果表明, 辐射测温法对谱线比较敏感, 选择合理的波段能够有效, 精确地测量火焰温度; 采用谱线相对强度法受制于特征谱线的数学模型、 谱线的跃迁机率、 能级的简并度及火焰的光学厚度, 需要分辨率非常高的光谱仪才能进行高温转炉火焰中电子温度的测量。

转炉炼钢的铁水终点温度是衡量铁水是否符合出钢要求的一个重要指标, 目前仍主要依靠人工经验进行控制, 其预测精度难以保证。 为了能够有效的预测终点铁水的温度, 并能满足不同的转炉炉口尺寸的要求, 提出了一种基于炉口火焰温度测量的转炉终点铁水温度预测的新方法。 利用可以采集可见光和近红外波段的微型光谱仪作为关键器件构建了炉口火焰辐射信息的采集系统, 实现对转炉炼钢现场的炉口火焰辐射信息进行实时、 有效的采集。 同时综合考虑了炉口火焰的实际温度范围和现场的测量距离, 通过改进的系统标定方法, 对所构建的辐射信息采集系统进行标定, 并利用双波长法获得了炉口火焰的辐射温度。 鉴于炉口的火焰温度与炉内的铁水温度之间存在着一定的联系, 还利用所测得的火焰温度以及与铁水温度相关的转炉吹炼过程参数, 建立了基于支持向量机的炉内铁水温度的回归预测模型。 对68炉现场采集到的转炉吹炼数据进行验证实验后表明该方法的预测精度要优于人工经验, 且接近采用副枪的铁水温度测量方式, 可为中小型转炉的终点温度预测提供一种有效可行的方案。

对转炉炼钢过程中炉口火焰温度的非接触式在线测量进行了研究。采用无需假设发射率模型的基于最小二乘法的多光谱测温法，利用海洋光学的微型光谱仪USB4000 作为分光器件，构建了相应的炉口火焰辐射信息采集系统。采用与炉口火焰温度相近的炉内铁水作为辐射源对系统进行标定，获得其响应系数。选取不同波段的光谱数据,分别将改进的标定方式以及利用卤钨灯进行标定的方式应用于倒炉铁水温度的测量，测温结果表明，波长区间为600~740 nm 时，采用改进的方式取得的结果最优。将该方法应用于冶炼过程中炉口火焰温度的在线测量,得到炉口火焰温度在整个吹炼过程中的变化趋势。结果表明，采用所提出的测温方法不仅可以在线反映转炉操作对炉口火焰温度的影响，同时也为炉口操作工人判断炉内铁水的温度提供了有效的依据。

在激光器的设计及使用过程中,观察到激光器安装板的结构对激光器输出功率的稳定性能够起到关键作用.在对安装板施加一定螺钉预紧力时,安装板的变形一般会导致激光器输出功率的大小出现不同程度的变化.为了减小安装板变形对激光器输出功率稳定性的影响,设计了3 种安装板结构,采用有限元方法分别模拟了施加一定螺钉预紧力时的变形情况,并实验测量了几种情况下的输出功率.模拟和实验结果均表明,相比未作处理或螺孔侧面开孔的安装板结构,采用开侧槽安装板的激光器的功率受螺钉预紧力的影响较小,是一种更为稳定可靠的激光器安装板结构.

基于相干偏振统一理论和广义惠更斯-菲涅耳原理,研究了准均匀(QH)光束交叉偏振度(SDCP)在广义大气湍流中传输变化规律,得到光场内不同空间点之间SDCP随距离演化特征.结果显示各点偏振度(DOP)在传输中变化一致的准均匀光源,在受湍流干扰后,不同距离点对之间SDCP变化随间隔大小呈现增大和减小两个趋势,使得在某一距离处,各点对之间交叉偏振度趋于统一值,而当传输距离继续增大时,不同空间点之间交叉偏振度又显示出明显区别.光场相干度以及光强相关性也有明显不同的变化特征.所得结果揭示了光场高阶统计特性变化之间的密切联系.SDCP反映的光强波动相关的物理内涵为自由或大气空间中关联成像或偏振光通信等应用提供了理论基础.

针对一种压电陶瓷预负载结构,利用光学干涉法测量了其位移-电压特性,在测量过程中观察到压电装置及其支撑结构本身的共振会影响测量结果的准确性.进而对不同材质的多种压电装置采用不同的驱动频率进行了对比实验,证明了基于传统的测量装置应采用多次测量以获得更严谨的压电响应参数.

利用近年来发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数，结合数值积分的方法计算并绘制了广义惠更斯菲涅耳积分中湍流项的大小随湍流参数变化的曲面图。继而通过魏格纳分布函数和光束二阶矩的定义模拟了部分相干厄米高斯(PCHG)光束的M2因子在海洋湍流中的变化情况，分析了光源参数的选择对于光束传输质量因子的影响。最后通过M2因子矩阵，计算了非旋转对称二维PCHG光束传输质量随旋转角α变化的轨迹图。发现随着传输距离的增大，在接收面上，光斑因x，y方向上模式的不同而造成轨迹图的形状的不同将逐渐消失，趋近于相同的圆形轨迹。

采用多波长分析方法测量氧气顶回转炉口火焰温度的研究。 在该方法中, 采用USB4000型光纤光谱仪测量火焰在可见光波长范围内的火焰辐射光谱, 结合Levenberg-Marquardt最优化算法, 得到火焰温度和单色辐射率变化规律。 本文还提出了采用小波神经网络处理多光谱测温数据, 该方法可以取消发射率与波长之间的假设模型, 是一种获得目标真温及发射率行之有效的方法。 网络中隐含层的神经元是由S函数和Morlet小波函数的乘积组合构成, 在逼近火焰温度中具有良好的表现。