1 南京信息工程大学，江苏省大数据分析技术重点实验室，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学，江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏 南京 210044
3 南京信息工程大学，江苏省气象能源利用与控制工程技术研究中心，江苏 南京 210044
4 空军航空大学航空作战与勤务学院，吉林 长春 130022
钢材炼制过程锰、 镍元素的含量均会对最终产品的硬度脆度产生影响, 但由于其添加的含量需要进行严格控制, 同时传统的钢铁成分检测的设备成本高、 效率低、 速度慢, 因此需要一种高精度的快速实时分析方法。 利用遗传偏最小二乘法(GA-PLS)结合LIBS技术对钢铁样品光谱中的Mn和Ni两种元素进行定量检测, 并且与传统PLS的定量分析结果进行对比, 以验证GA-PLS模型预测性能。 采用购置于钢材市场的12个钢铁样品, 其中9个样品的光谱信息作为校正集训练模型, 3个作为测试集验证模型定量性能。 GA-PLS通过不断提高变量被选频率的阈值, 用不同阈值下的变量建立PLS模型, 对比选出最低RMSECV时的阈值(Mn和Ni元素的光谱输入变量被选频率的最佳阈值分别为8和7)。 结果显示: GA-PLS锰元素预测结果的$R_{P}^{2}$和RMSEP分别是0.999 0和1.347 3, 相对分析误差(RPD)为2.5; 镍元素预测结果的$R_{P}^{2}$和RMSEP分别是0.999 5和0.525 4, RPD为8.6, 最终预测的结果优于PLS。 该结果表明了GA-PLS算法在冶金金属元素分析领域具有可持续性挖掘的潜力, 同时也将促进LIBS技术在钢铁冶炼领域更深层次的应用。
钢铁 元素定量检测 激光诱导击穿光谱 化学计量学 Steel Element quantitative detection LIBS Stoichiometry 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1804
1 南京信息工程大学 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学 自动化学院，江苏省气象能源利用与控制工程技术研究中心，江苏 南京 210044
3 中电科技集团 重庆声光电有限公司，重庆 400060
智能井盖的应用减小了人工巡查的难度，降低了人们的生命财产安全风险。该文研究了一种钹式压电能量收集器，有效地提高了智能井盖无线监测节点电池的续航能力，降低了人工巡查的成本。分析了收集器的工作原理，采用ANSYS Workbench软件进行仿真优化，研究了对钹式压电能量收集器输出性能影响的关键因素。加工组装了钹式发电装置样机并完成了测试。结果表明，样机在脉冲宽度250 ms、冲击载荷0, 5 MPa下，输出开路电压为102 V，输出功率为4, 11 mW，有效地提高了井盖监测节点的续航能力。
压电 钹式 能量收集 智能井盖 piezoelectric cymbal energy harvesting smart manhole cover
丁宇 1,2,3,4,*杨淋玉 1,2,3,4陈靖 1,2,3,4王星雨 1,2,3,4[ ... ]陈文杰 1,2,3,4
1 南京信息工程大学自动化学院，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
3 南京信息工程大学江苏省气象能源利用与控制工程技术研究中心，江苏 南京 210044
4 南京信息工程大学江苏省大数据分析技术重点实验室，江苏 南京 210044
5 中国人民解放军32181部队，河北 石家庄 050000
Mg元素能使铝合金获得更好的力学性能并在合金表面形成抗腐蚀的尖晶石膜，使合金具备较好的抗腐蚀性能，因此，探索能快速准确定量分析铝合金中Mg元素含量的方法具有重要意义。首先，基于激光诱导击穿光谱（LIBS）技术对17个铝合金样品中的Mg元素进行检测分析。然后，用Nd∶YAG激光器作为光源，分别建立了偏最小二乘（PLS）和随机森林（RF）模型，并对模型的预测性能进行了分析。实验结果表明，针对相同的测试集，PLS模型的相关系数（）为0.6809，均方根误差（RMSE）为1.2042；RF模型的为0.8571，RMSE为1.0918。为了提高RF模型的预测性能，根据变量重要性对输入波长进行筛选。选取变量重要性大于0.11的波长点时，基于变量重要性的RF模型为0.9461，RMSE为0.9534，相比RF模型的预测结果，提升了10.38%，RMSE降低了12.68%，且建模时间减少了91.67%。
激光光学 铝合金 激光诱导击穿光谱 随机森林 定量分析 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1314006
1 南京信息工程大学 江苏省大数据分析技术重点实验室, 南京 210044
2 南京信息工程大学 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 南京 210044
利用激光诱导击穿光谱技术对铬钢样品中的硫、磷元素进行了定量分析.采用1 064 nm Nd∶YAG 固体激光器, 在空气中激发样品, 产生的光谱信号通过中阶梯光栅分光后进入EMCCD 检测器, 对波长在220～800 nm 范围的光谱信号进行检测.研究了光谱强度与延时时间以及激光能量之间的关系.在优化的实验参数下采用谱线强度比内标法定量分析三种铬钢样品中的硫、磷元素含量.实验结果表明, 各元素定量结果的相对标准偏差最大值为2.6%, 相对误差为-8.3%～12.5%.三种铬钢样品中硫含量分别为0.011%、0.0079%和0.0048%, 磷含量分别为0.015%、0.014%和0.009%.激光诱导击穿光谱技术有望实现冶金工业的实时、在线和快速检测.
激光诱导击穿光谱 内标法 铬钢 杂质元素 定量分析 Laser-induced breakdown spectroscopy Internal standard method Chrome steel Impurity elements Quantitative analysis
研究了基于氮化铝(AlN)薄膜的压电式风致振动微机电系统(MEMS)能量采集单元的制备工艺。采用脉冲直流磁控溅射的方法制备了具有(002)择优取向的AlN压电薄膜,并通过X射线衍射仪(XRD)及扫描电镜(SEM)表征了AlN薄膜的性能。测试结果表明：种子层材料、气体流量比和衬底温度等对AlN薄膜晶体取向及薄膜性能有重要影响。制备的具有(002)择优取向的AlN薄膜的衍射强度达到105count, 半高宽为2.7°。对硅基AlN风致振动MEMS能量采集单元加工工艺流程进行优化，制备出了风致振动能量采集系统原理样机。风洞实验表明，在15.9 m/s的风载荷作用下，MEMS能量采集单元的最大输出功率为1.6 μW。该工艺亦可用于其他硅基AlN薄膜MEMS器件的制备。
风致振动 MEMS能量采集 硅基氮化铝薄膜 衍射强度 摇摆曲线 flow-induced-vibration MEMS energy harvesting AlN film in silicon diffraction intensity rocking curve 光学 精密工程
2013, 21(12): 3058
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆大学 微系统研究中心, 重庆 400044
为了根据环境振动和电学负载的特点对悬臂梁式微型压电振动能采集器进行优化, 本文考虑质量块质心与悬臂梁末端的位置差异, 建立了在基础激励作用下采集器的运动微分方程和边界条件。通过引入常数, 建立了对单压电层、双压电层并联和双压电层串联的3个悬臂梁式微型压电振动能采集器均适用的耦合电路方程, 得到了采集器固有频率和振型的表达式, 推导了简谐基础激励和任意基础激励作用下的输出电压表达式。实验结果显示, 对于3个振动能采集器样机而言, 以上固有频率和输出电压表达式的相对误差分别小于10%和20%, 表明该模型基本满足微型压电振动能采集器优化设计的要求。
压电振动能采集器 悬臂梁 建模 piezoelectric vibration energy harvester cantilever modeling
