2013, 44(7):1-5. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.001
摘要:针对自由活塞内燃发电机较难实现稳定运行的问题,对自由活塞内燃发电机工作过程活塞受力状况进行了分析,结果表明其工作过程可以看成是单自由度有阻尼强迫振动系统。结合工作过程中的能量守恒原理,分析了自由活塞内燃发电机稳定运行过程中结构参数与性能参数之间的耦合关系,通过等效计算,获得了自由活塞内燃发电机稳定工作所需要的匹配参数。并以一样机为例,对分析结果进行了仿真验证,结果表明通过等效计算所确定的匹配参数能够近似实现稳定运行,验证了分析的正确性。
2013, 44(7):6-11. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.002
摘要:针对自由活塞式内燃发电机启动过程中的匹配问题,建立了内燃发电机系统启动过程的数学模型。通过对活塞运动位移及速度的简化,推导出直线电机驱动力简化表达式。研究结果表明:增加内燃发电机的活塞运动组件质量,可以减小直线电机的驱动力,但是活塞组件达到的最大速度减小,不利于高速启动;减小内燃机摩擦阻力系数以及有效压缩比也可以降低直线电机的驱动力。利用该简化公式分析了一台样机的启动过程,获得了该样机所需要的最小驱动力。
2013, 44(7):12-16,22. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.003
摘要:对1.2L低压空气辅助缸内直喷汽油机进行了工作过程仿真研究。分析了进气道及缸内的工质流动,比较了不同喷油时刻燃烧室改进前后在压缩上止点前20°CA时的缸内混合气浓度分布状况,探讨了点火时刻对发动机燃烧过程的影响。结果表明:压缩上止点前20°CA时缸内混合气浓度分布的整体均匀度要好于原机,且当喷油时刻为420°CA和440°CA时均能在两个火花塞间隙处形成适合稳定点火的混合气浓度;随着点火时刻的提前,燃烧逐渐提前,缸内最大爆发压力及最大压力升高率增大;此外,随着点火时刻的推迟,火焰发展期逐渐缩短,而快速燃烧期则呈现出先缩短后增长的趋势。
2013, 44(7):17-22. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.004
摘要:采用喷雾模拟试验与优化算法对柴油机缸内准维模型进行高原试验修正和校正,运用直接耦合方法,建立具有变海拔适应性的某重型车辆动力装置(柴油机及辅助系统)工作过程全耦合数值仿真模型:根据准稳态流动的统一化阻力和传热方程,建立车辆进气系统阻力模型;基于一维非稳态可压缩流体动力学理论和传热理论,建立喷油系统工作模型;考虑润滑油对传热量的影响,建立柴油机冷却系统模型;各辅助系统模型与柴油机工作过程实现耦合计算,即计算中柴油机与辅助系统的边界条件双向实时传递。试验验证了耦合仿真的准确性。结果表明:海拔高度4500m,外特性工况,功率最大下降45%,燃油消耗率最大增加71%;高原缸内热流分布中需要冷却液带走的热量比平原增加48.6%;活塞-缸套-缸盖温度场整体升高,最高温度增加85~91K。海拔高度3700m,水泵扬程最大下降3.9m;单独增加水泵流量,散热器进出口水温整体升高。
2013, 44(7):23-27. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.005
摘要:采用燃烧分析仪和DMS500型快速颗粒取样分析仪,在一台缸内直喷汽油机上进行了点火定时对燃烧过程和颗粒物排放影响的试验研究。结果表明:随着点火定时的不断延迟,火焰发展期逐渐缩短,快速燃烧期逐渐增大,缸内压力峰值逐渐下降,瞬时放热率峰值和缸内最高燃烧温度均逐渐降低且后移,放热过程迟缓,膨胀行程缸内温度逐渐升高。缸内直喷汽油机排气颗粒物排放呈包括核态和积聚态颗粒物的双峰分布;随点火定时的推迟,核态和积聚态颗粒物峰值数密度均逐渐降低,颗粒物总数量浓度逐渐降低,积聚态颗粒物峰值粒径逐渐减小,而核态颗粒物峰值粒径受点火定时的影响较小。
2013, 44(7):28-32,38. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.006
摘要:在一台转速固定的火花点火发动机上进行了CO2稀释对CO掺氢混合燃料的燃烧及排放性能影响的试验研究。结果表明,氢气较快的燃烧速度弥补了由于其热值较低造成的对平均有效压力的影响,使得在每个当量比条件下平均有效压力基本保持不变。同时,掺氢对提升热效率及燃烧稳定性、改善CO以及NOx排放都有显著作用。适当的CO2稀释对平均有效压力和热效率的影响均不明显,而NOx排放水平则显著下降。但是过高的稀释率会导致部分燃烧,造成平均有效压力、热效率及CO排放的恶化。
2013, 44(7):33-38. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.007
摘要:为准确了解生物柴油温度对雾化效果的影响规律,通过自制高响应温度传感器,测试了大豆脂肪酸甲酯(SFAME)在S195型发动机额定工况下盛油槽温度的变化;在共轨喷油系统上模拟发动机工作时的喷油温度,使用马尔文粒径测试仪,测取了不同喷油温度下雾滴粒径分布的变化情况。结果表明:S195型发动机在稳定的额定工况下,喷油温度在喷油始点为281℃,喷油过程中呈下降趋势;通过控制供油管路上的加热装置,提高喷油温度可使雾滴的索特平均直径(SMD)减小,但随着喷油温度升高雾滴直径的减小趋势减缓;预热喷油器前的生物柴油,能提高喷雾过程后期的喷油温度,有利于改善雾化效果。
杨凯 , 张红光 , 张健 , 杨富斌 , 王震 , 范伯元
2013, 44(7):39-44. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.008
摘要:针对柴油机变工况下的排气特点,设计了一套有机朗肯循环余热回收系统。通过实验和理论计算,研究共沸混合工质和非共沸混合工质在不同蒸发压力下对车用柴油机不同运行工况的有机朗肯循环余热回收系统性能的影响。研究结果表明,柴油机变工况下,非共沸混合工质R415B的ORC系统火用损率平均值比共沸混合工质R508A低38%。通过对比分析,非共沸混合工质R415B最适用于变工况车用柴油机有机朗肯循环余热回收系统,最大净输出功率约为27.60kW。
2013, 44(7):45-49. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.009
摘要:为研究离心泵叶轮进口部分的空化形态,以一台中等比转数离心泵为对象,在泵进口管路上增加全透明水箱,基于泵产品智能测试系统和图像采集系统,在离心泵闭式试验台上对3种不同流量下叶轮进口的空化形态进行可视化试验研究。试验结果表明:空泡首先在模型泵叶片背面进口边附近初生,空泡的产生位置因运行工况不同而变化; 随着装置空化余量NPSHa的下降,多个叶片背面有空泡产生,并随着叶轮的转动,呈现明显的初生、生长和溃灭的动态过程; 当泵扬程下降较大时,空泡的分布随叶轮转动变化不大,且靠后盖板一侧的空泡分布小于靠前盖板一侧。
2013, 44(7):50-54,49. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.010
摘要:采用计算流体力学(CFD)方法对全流场模型下离心泵的性能进行了分析。阐述了离心泵计算区域的拓扑块生成和结构化网格划分方法;分析了全流场模型和非全流场模型的数值模拟结果,并比较两者产生差异的原因。证实了腔体的存在对模拟结果的影响,得到的全流场数值模拟性能预测精度优于非全流场数值模拟,其流态分布也存在显著的差别,并获得了口环泄漏量与离心泵流量和扬程的关系。将离心泵全流场模型的模拟结果与试验值进行了对比:设计工况点(Qd),离心泵的扬程相对误差为0.79%,效率相对误差为0.9%,模拟结果和试验结果比较接近;在0.2Qd时,扬程相对误差为6.24%,效率相对误差为9.61%,极小流量点的数值模拟精度有待提高。
2013, 44(7):55-60,66. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.011
摘要:通过数值模拟和试验,研究了涡动情况下偏心距和涡动频率比对离心泵内外特性的影响。在给定一系列转子动力学参数条件下,采用RNG k-ε湍流模型对包含前后泵腔在内的全流场进行数值模拟,分析了偏心距对离心泵外特性的影响和涡动频率比对离心泵内部流场的影响,研究了离心泵内部流体力的分布情况以及偏心距和涡动频率比对离心泵内部流体力的影响。研究结果表明:随着偏心距的增大,泵高效区范围变窄;流体力的法向分力Fn、切向分力Ft均与涡动频率比ω/Ω近似呈二次函数关系,这种二次函数关系与偏心距大小相关;叶轮受到的流体力主要来源于叶轮内部流体,且叶轮内部流体周向压力分布不均。对于离心泵来说,当ω/Ω>0时,叶轮内的旋涡较少,水力损失较小,对涡动效果有抑制作用;当ω/Ω<0时,叶轮内旋涡较多,水力损失较大,对涡动效果有促进作用。
2013, 44(7):61-66. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.012
摘要:采用PIV技术对一双叶片离心泵叶轮出口处的滑移速度进行了实验研究,得到了7个工况、6个相位下的滑移系数,发现随着流量的增大6个相位下的平均滑移系数呈递减的趋势变化。采用斯托道拉公式、威斯奈尔公式、斯基克钦公式分别计算了双叶片离心泵的滑移系数,并与各个工况下的实验值进行了比较。根据实验值对计算误差最小的威斯奈尔公式进行了修正,并重新设计一个双叶片叶轮进行了验证。研究结果表明7个工况下修正后的滑移系数计算误差均在3.5%以内,其最大误差为3.23%。
许景辉 , 马孝义 , Sally D Logsdon , Robert Horton
2013, 44(7):67-72. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.013
摘要:土壤介电特性是影响FDR传感器测量土壤含水量精度和适应性的重要物理参数。为了确定28mm长、10mm间距的7探针FDR传感器理想频率,通过矢量网络分析仪对4种不同土壤的LF-UHF频段(1MHz~3GHz)散射参数进行了测量,通过Logsdon和Laird模型变换,使用Matlab进行了4种土壤表观介电常数的计算和绘制。通过土壤介电频谱分析,研究了土壤极化机理,分析了土壤介电特性与频率的关系,确定了FDR传感器的工作频段为44~398MHz,考虑到温度对极化的影响,其最佳工作频段为62~110MHz,其中75MHz是其工作的最佳频率。此频率下土壤介电值仅对土壤含水量敏感,是消除温度等因素对FDR传感器影响的理想频率。
2013, 44(7):73-77,72. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.014
摘要:设计了一种适用于快速测量土壤含水率的近红外传感器。发光二极管(LED)作为传感器的光源,中心波长为1940nm的光为测量光,1800nm为参考光,土壤含水率对这2个波长的光有不同的吸收特性。光源发出的光照射到土壤表面,经反射后进入光电转换器,将光信号转换为电信号,送至两级放大电路、模数转换器(A/D)、显示和存储设备,输出的反射光强与土壤含水率存在一定的关系。仪器性能试验表明:光源传感器到土壤表面的距离对采集信号的强度有一定影响,根据传感器的结构,可以选择一定的距离使反射信号的强度和稳定性最好。两波长光的反射光强随着土壤粒径的增大而减小;土壤含水率与相对吸收深度之间具有很好的线性相关性,回归分析的决定系数为0.863。
2013, 44(7):78-82,66. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.015
摘要:以孔雀河流域典型地带为研究区域,利用电磁感应式大地电导率快速测定技术探测获得表观土壤电导率数据,构建了基于电磁感应技术的区域尺度剖面分层土壤盐分精确解译模型,精准解译出研究区剖面土壤盐分含量信息,并以此为数据源采用三维普通克里格法解析并评估了研究区土壤盐分三维空间分布特征。研究表明,不同测量位数据的综合应用能够表征剖面土壤盐分信息,构建出的剖面分层土壤盐分解译模型具有较好的精度;研究区不同区位土壤盐分三维分布呈现明显差异;研究区土壤主体属中度以上盐渍化,局部地带属于重度以上盐渍化土壤,需采取有效治理措施对土壤盐渍化进行可靠防控。
2013, 44(7):83-89. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.016
摘要:探讨复合施用聚丙烯酰胺(PAM)和粉煤灰改良沙土时,重金属(以Cr、As、Ni为例)在土壤、植物当中的运移规律,以及PAM在粉煤灰改良土壤中对重金属运移规律的影响。采取田间小区试验的方法,设计3种PAM施用量(0、60和120mg/kg)和4种粉煤灰施用量(0、5%、10%和15%),其中不添加PAM和粉煤灰的处理为对照。试验结果表明:添加粉煤灰后,表层沙土当中Cr、Ni元素含量增加,而粉煤灰施用量为15%时As元素含量减少。在粉煤灰改良土壤中添加PAM能够将更多重金属固定在土壤表层,从而抑制重金属的淋洗,同时减少玉米对Cr、As、Ni的吸收。
2013, 44(7):90-97. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.017
摘要:采用根钻法(洛阳铲)及干燥法分层获取枣林深层根系的细根干重密度和土壤水分数据,利用有序聚类法对深层土壤水分数据进行垂直分层,划分为3层,即强耗水层(2.0~4.4m)、弱耗水层(4.4~5.0m)和微弱耗水层(5.0~7.0m)。该分层结果能较好地反映出深层根系吸收利用土壤水分的特征,其中强耗水层内,不同土层枣林的细根干重密度波动较大,但土壤水分并未随根系波动而改变,土壤含水率低且较为稳定;弱耗水层内细根干重密度连续减少,土壤含水率呈现增加趋势;微弱耗水层内5.0m以下土层未发现细根,土壤含水率显著提高。
2013, 44(7):98-106,97. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.018
摘要:夏玉米/冬小麦轮作期间,设置3种灌水处理:地下水灌溉,灌水定额52.5mm;再生水灌溉,灌水定额52.5mm;再生水灌溉,灌水定额105mm,研究了田间0~450cm包气带土壤中主要盐分离子的迁移规律。结果表明:盐分离子质量比和电导率在土壤中从大到小依次为:380~450cm壤土土层、0~120cm壤土土层、120~380cm砂土土层;再生水中可溶性K+和Cl-表现出较强迁移能力,影响深度450cm,K+在0~450cm土层变化,但Cl-主要在0~250cm土层变化;可溶性Ca2+和电导率的影响深度为380cm,但主要在0~120cm土层变化;380~450cm壤土土层对盐分离子的迁移起到了阻滞作用,大幅降低了地下水受到污染的风险。建议利用灌水定额为52.5mm的再生水灌溉,夏玉米灌水1次,冬小麦灌水4次或更少。
2013, 44(7):107-112. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.019
摘要:提出了一种防止黄土高原坡耕地水土流失的“缝、洞”技术,使坡面径流在重力作用下通过“缝”就地拦蓄于“洞”中形成土壤水库,通过“缝、洞”节节拦蓄,可抑制大面积坡面径流的汇聚并减少蒸发,达到防止水土流失的目的。指出了“缝、洞”措施在黄土坡耕地应用过程中应该注意的问题;提出了这种微型水利水保工程的设计标准,以相应标准暴雨径流全部流蓄“洞”中为原则,初步提出“缝、洞”的合理布置方案,推导出合理洞径与缝距之间的关系。应用有限元法模拟了成洞过程及渗流分析,得到了成洞后洞体周围土体的物理力学参数的变化规律:成洞后,在洞体周围约0.4倍洞径的区域,土体的物理力学性质较成洞前发生较大变化,土体的孔隙率和渗透系数显著降低,干密度和变形模量显著升高,并且离洞体越近,孔隙率和渗透系数越小,干密度和变形模量越大;渗流稳定后,洞体强度略有降低,洞体产生一定的变形。
2013, 44(7):113-120. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.020
摘要:选取北京市怀柔区水库附近一处坡地栗园作为试验地,用表土改良剂(聚丙烯酰胺,PAM)和土壤保水剂(SAP)进行坡地栗园的肥料污染防治,通过人工降雨试验方法对PAM的防污效应进行了研究,同时进行为期2年(2010~2011年)的野外监测试验,研究了技术应用以后坡面水土和养分流失,土壤剖面墒情和氮素运移等情况。结果表明:PAM减小坡面次降雨径流氮素平均质量浓度和污染物排放负荷的幅度分别为5%~8%和16%~22%,其中PM的处理减少坡面氮素流失方面效果最好;与未施加化学制剂的对照PS0相比,化学制剂联合处理组PS1、PS2分别提高根层土壤含水率10.4%、23.7%,提升根层氮素含量3.8%、22.3%,减少坡面径流含沙率30.7%、61.7%,减少坡面径流硝态氮流失14.7%、30.7%。
韩文霆 , 姚小敏 , 朱冰钦 , 张超 , 周新梅 , 吴普特
2013, 44(7):121-126,112. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.021
摘要:变量喷头可以根据喷洒地块形状和喷洒量的要求实现射程和流量的同步可控,对精确灌溉具有重要意义。试验研究了基于扇形通孔动静片调节器的变量喷头在系统不同压力工况下组合喷灌时的水量分布及喷灌均匀度等水力性能,并与传统圆形喷洒域喷头进行了对比,研究了变量调节器对喷头性能的影响及其对工作压力的敏感性。工作压力和调节器的双因素重复全面试验结果表明,变量精确灌溉喷头较传统圆形喷洒域喷头单喷头控制面积降低了15.4%,喷灌均匀度提高了9.5%,喷灌强度降低了15.7%,射程损失了5.9%,喷洒域系数可达64.0%。组合均匀度方差分析结果表明,调节器和工作压力以及两者之间的交互作用对组合均匀度都有极显著影响,变量调节器的设计需要满足喷头在不同工作压力工况条件下的性能要求。
2013, 44(7):127-132. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.022
摘要:提出了有风条件下喷头水滴运动与喷灌水量分布模拟方法,并利用Visual Basic 6.0开发了喷灌水量分布模拟软件。该软件在已知单喷头的径向水量分布数据时,可以模拟出不同风速、风向、空气温湿度等环境条件下单喷头或多喷头组合的喷灌水量分布,计算出喷灌系统的组合喷灌强度、喷灌均匀系数和蒸发损失率。以9708A型喷头为例,分别对工作压力为0.20、0.25和0.30MPa下单喷头径向水量分布以及喷灌系统组合间距为14m×14m和14m×12m时的喷灌水量分布进行了模拟,并与实测值进行了对比,结果表明:模拟的单喷头径向水量分布与实测值总体一致,由模拟水量分布推算的喷头流量与实测值的相对误差为0.83%~8.1%;喷灌均匀系数模拟值与实测值的相对误差为0.9%~6.6%,蒸发损失率模拟值为0.1%~1.5%,小于实测的水量损失率。模拟了不同组合间距下的喷灌水量分布,得到的喷灌均匀系数模拟值与其他软件比较,相对误差在0.1%~2.4%之间。
2013, 44(7):133-137. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.023
摘要:根据焦油的物性和分离要求设计了一种适用于干法脱除焦油的新型焦油分离器,该焦油分离器同时具有冷却降温促焦油冷凝析出和分离焦油液滴的作用。通过对其气相流场的数值模拟发现,壁面降温对其内部的温度场影响明显,这是气体运动传热的结果。旋风分离器内气体温度随着周边气流下行温度逐渐降低,随着中心气流上行而逐渐升高,在径向呈现驼峰状分布。温度降低导致了气体密度增加和粘度减小,以及焦油液滴粘度增加,通过对焦油液滴分离理论和焦油的物性分析得出,壁面降温可以减小切割粒径,有利于提高生物质气化燃气中焦油的分离效率。
2013, 44(7):138-143. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.024
摘要:为提高麦秸秆纤维与聚丙烯(PP)基体的界面结合力,采用复合处理法对麦秸秆纤维进行表面处理:先分别用NaOH溶液浸泡、乙酸溶液浸泡、水热处理、蒸汽爆破和微波等方法对麦秸秆纤维进行预处理,再复合偶联剂法处理麦秸秆纤维;用熔融共混、模压成型方法制备麦秸秆/PP复合材料。用体视显微镜观察了不同处理后的麦秸秆纤维微观结构,采用红外光谱技术(FTIR)研究了不同表面处理麦秸秆纤维的红外光谱,用M-2000A型磨损实验机测试了麦秸秆不同表面处理方法制备PP复合材料摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察分析复合材料磨损表面形貌。结果表明,NaOH、水热和蒸汽爆破处理对麦秸秆纤维表面化学成分有明显的影响;复合处理麦秸秆制备的复合材料摩擦磨损性能均优于单纯使用偶联剂处理麦秸秆制备的复合材料;复合材料的主要磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,水热处理和蒸汽爆破的复合材料耐磨性能较好。
2013, 44(7):144-153. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.025
摘要:食品质量安全可追溯技术以及相关应用系统开发已经成为国内外研究的热点与焦点问题。在总结和整理现有国内外研究文献的基础上,阐述了食品质量安全可追溯技术发展的重要意义,并从可追溯单元划分、信息采集、信息传输、信息处理等4个方面归纳与总结了可追溯技术的研究现状、发展趋势和主要特点。研究表明,食品质量安全可追溯技术中可追溯单元划分已经从经验划分发展到建模优化;信息采集技术已经从人工采集发展到智能化采集;信息传输已经从单独的系统开发发展到应用通用的标准化传输方式;信息处理方式已经从人工分析发展到智能化决策支持。
2013, 44(7):154-159. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.026
摘要:针对现有追溯模型无法对可追溯单元的混合过程进行定量表示的缺陷,将不确定数据引入到追溯系统中,搭建了不确定数据追溯模型,提出了一个新的面向不确定数据追溯的查询方法,利用不确定数据的基本表示和查询方法,解决了多源追溯问题。基于模型,实现了追溯模型中的简单查询、节点评价和单节点异常推断功能。并且给出了多节点异常的求解方法。
2013, 44(7):160-164. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.027
摘要:准确检测农产品品质,可以为采后保存、分期销售、预测产品货架期以及产品分级提供可靠的依据。激光多普勒测振技术基于多普勒效应测量从振动物体表面散射回来的光所产生的频移,具有灵敏度高、非接触性测量、不破坏物体振动等优点,可通过测量农产品的振动特性实现对农产品品质的无损检测。论述了激光多普勒测振技术的进展、原理及其在农产品品质无损检测中的应用。
朱荣光 , 姚雪东 , 高广娣 , 唐明翔 , 卢士玲 , 马本学
2013, 44(7):165-169. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.028
摘要:为了探讨高光谱图像技术对不同储存时间和取样部位的牛肉颜色检测的可行性,采集具有代表性的牛肉后腿、里脊和背脊共82个牛肉样品的高光谱图像,并测量其亮度、红度、黄度和饱和度等颜色参数。选取感兴趣区域获取样品代表性光谱,通过选择适宜的谱区范围和预处理方法,建立并评价了预测各颜色参数的偏最小二乘校正模型。对于亮度、红度、黄度和饱和度,校正集的相关系数分别为0.80、0.91、0.91和0.93,校正标准差分别为2.23、1.18、0.82和1.12,预测集的相关系数分别为0.92、0.88、0.87和0.89,预测标准差分别为1.66、1.45、0.80和1.27。研究结果表明,高光谱图像技术可用于快速无损检测不同储存时间下、不同部位的牛肉颜色。
2013, 44(7):170-173. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.029
摘要:采用可见/近红外光谱技术对翠冠梨的坚实度进行在线检测研究,并对不同预处理方法和不同平滑点数的影响进行研究。试验采用USB4000微型光纤光谱仪在0.5m/s的水果运动速度下采集翠冠梨的透射光谱,并应用偏最小二乘(PLS)算法建立预测模型。试验样品为176个,119个样品作为校正集,57个样品作为预测集。研究结果表明,应用可见/近红外光谱技术检测翠冠梨的坚实度是可行的,确定580~840nm为较合适的建模波段;光谱经一阶微分和变量标准化(SNV)处理后建立的预测模型性能最优,其相关系数R为0.820,校正标准差为2.50N,预测标准差为3.02N;对于S-G平滑处理,5点S-G平滑的效果最好,其相关系数R为0.848,校正标准差为2.31N,预测标准差为2.85N。
2013, 44(7):174-178. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.030
摘要:为了实现小型西瓜生长过程中品质的快速无损检测,对其果实测定时的基础信息采集方式进行了定量分析研究。由PLS建模结果可知,无论是组织含水率还是可溶性固形物含量,在瓜顶部位和赤道部位处都可获得较好的效果。针对不同深度的化学基础信息,其建模效果存在一定差异。无论是组织含水率还是可溶性固形物含量,距瓜皮2~3cm的中层信息区域都能取得最佳的效果。其中瓜顶部位和赤道部位组织含水率的模型相关系数分别为0.953和0.924,RMSEP分别为0.510和0.766;瓜顶部位和赤道部位可溶性固形物含量的相关系数分别为0.952和0.929,RMSEP分别为0.666和0.732。整体说明小型西瓜果实(品种京秀)近红外检测的最佳基础信息区域为中层信息区。
2013, 44(7):179-182. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.031
摘要:为快速准确测量稻谷含水率,设计了一种单一平面电容传感器探头,并应用电容数字转换芯片AD7150设计转换电路。传感器探头将稻谷含水率转换成电容,转换电路将电容模拟量转换成数字量,经单片机处理后获得稻谷含水率。对传感器进行了标定试验和温度特性试验,结果表明稻谷含水率在8%~23%的范围里,含水率预测误差为±0.8%;温度在12~33℃范围内,稻谷含水率为12.86%时,温度漂移量为0.2%/℃。
2013, 44(7):183-186. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.032
摘要:在对过热蒸汽流化床干燥过程中干燥室内过热蒸汽和颗粒物料之间流动特性的理论分析基础上,以油菜籽颗粒为实验物料,在小型实验装置上进行了过热蒸汽和热空气的流态化对比实验。实验结果分析表明,相同条件下过热蒸汽流化床干燥的操作速度比传统热空气流化床干燥的操作速度更大,在给定的实验工况条件下,油菜籽过热蒸汽流化床干燥的临界流化速度为1.26m/s。
2013, 44(7):187-193. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.033
摘要:为探明陕西省果库中嗜酸耐热菌的分布情况,采用酸化的AAM培养基对陕西果库中的空气和苹果中的嗜酸耐热菌进行分离纯化,与参比菌株A.acidoterrestris DSM3922T进行细胞形态、菌落形态和生长条件、生理生化特征的比较分析,并以16S rDNA序列分析构建系统发育树,明确了8株分离菌的遗传学位置。分离株LC-4与标准菌的形态和生理生化特性有很大的相似性,16S rDNA序列分析表明LC-4与标准菌的同源性达99%,可判定为酸土脂环酸芽孢杆菌,其他7株属于芽孢杆菌。结果表明嗜酸耐热菌在果库中确有分布,可能对果汁质量造成威胁,需要加强控制。
2013, 44(7):194-198. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.034
摘要:构建了恒温下的冷链运输罗非鱼微生物生长动力学模型,得出了温度变化对微生物生长状态的影响,然后对所记录温度进行了处理,并结合Baranyi模型得出了波动温度下微生物的生长动力学模型,并且用模拟试验进行了验证,决定系数为0.956,均方误差为0.165,偏差因子为0.994,准确因子为1.134。结果表明,所构建的微生物生长动力学模型能够拟合实际的冷链物流中罗非鱼微生物的变化情况。
2013, 44(7):199-203. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.035
摘要:通过对影响循环水养殖系统养殖池塘中总氨氮动态的各种因素及其因果关系的分析,得出了养殖池塘中总氨氮的理论模型。在理论模型基础上,使用STELLA系统动力学模拟软件建立了循环水养殖实验系统中池塘水体总氨氮的系统动力学模型。通过将系统设计和运行的相关参数代入到该模型中,对养殖过程中池塘中总氨氮的动态变化进行了模拟运算,模拟结果与实测值基本吻合,说明该模型对实验系统的模拟具有一定的可信度,可为循环水养殖系统的设计和运行优化提供依据。
泮进明 , 叶芳 , 刘艺青 , 吕黄珍 , 丁颖 , 蒋劲松
2013, 44(7):204-209. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.036
摘要:针对室外生物滤器受气候条件影响、维护成本高及我国雏鸡舍密闭加温通风少而导致氨气浓度高危害大等问题,研究无动力生物滤器原位处理雏鸡舍氨气的效果,分析了内外基质氮元素、pH值、电导率(EC)等指标的变化。为期37d与育雏期生产同步的试验表明,生物滤器的表层基质氨气去除能力不低于4.03g/kg,吸收氨氮含量最高达1.59g/kg,转化硝氮含量最高达2.69g/kg,亚硝氮含量几乎为0,基质pH值不断下降,变化范围为8.81~7.39,电导率不断上升,最大上升量达2.30mS/cm。内层基质中氨氮、硝氮与总无机氮含量和电导率均低于表层基质,需要进一步优化基质厚度。结果表明,原位无动力生物滤器氨气处理效果好,可应用于育雏舍污染气体控制。
田光兆 , 安秋 , 姬长英 , 顾宝兴 , 王海青 , 赵建东
2013, 44(7):210-215. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.037
摘要:为满足智能农业车辆的精确导航,提出基于立体视觉的车辆实时运动检测方案。该方案通过多线程特征点检测提高传统SIFT特征检测算法的效率,通过归一化综合距离法剔除误匹配的特征点,最后通过相邻时刻同一特征点坐标的变化反推车辆的运动。试验表明:多线程SIFT特征点检测能够缩短检测时间,提高计算效率。归一化综合距离法能够有效剔除传统SIFT算法的误匹配点。当车速为0.8m/s,图像采集频率为5Hz时,车辆在x方向和z方向单次测量误差小于0.0045m,当持续运动时间达到10s时,2个方向累积测量误差均小于0.15m。
2013, 44(7):216-221. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.038
摘要:在温室基质栽培条件下,研究了温室黄瓜叶片近红外图像的消噪算法以及叶片氮素含量非线性预测。用普通CCD相机加滤光片采集不同生长时期水果型小黄瓜Deitastar的叶片图像,利用小波变换对黄瓜近红外图像进行小波消噪处理,再采用基于邓氏关联度的图像边缘检测法对图像进行分割,得到信噪比较好的目标图像,之后通过计算灰度值得到黄瓜叶片的植被指数。对获得的各种植被指数与黄瓜叶片氮含量之间进行相关分析后得到CNDVI与氮素含量相关系数最高达0.67,同时GNDVI、NDGI、NDVI与氮素相关性显著且相关系数均高于0.50。采用最小二乘支持向量机算法(LS-SVM)对植被指数同黄瓜叶片含氮量进行拟合,拟合模型的决定系数R2为0.825,验证R2为0.728,达到了较为理想的预测精度。
2013, 44(7):222-228. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.039
摘要:针对分割遥感图像建筑群时,标记不完全所产生的过分割和欠分割并存问题,提出一种基于自适应全局阈值融合标记的图像分割算法。该算法根据建筑群的分布和纹理特点,利用小波变换提取图像梯度,通过形态学重构对梯度图像进行滤波;采用局部极小值法提取背景标记,并应用自适应全局阈值法提取建筑群标记。采用逻辑运算进行标记融合,用融合后的标记修改加权像素的Sobel梯度图实现精准分割。实验结果表明,该算法能够弥补形态学滤波梯度图的局部极值标记不足问题,抑制了建筑群的过分割和欠分割,准确地将建筑群从背景中提取出来,分割正确率达到90.7%。
张卫正 , 徐武峰 , 裘正军 , 吴翔 , 吴武豪 , 何勇
2013, 44(7):229-234. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.040
摘要:针对现有测量植物叶片面积方法会对叶片造成一定程度的损伤,提出一种直接对自然生长状态下的叶片进行测量的方法。首先,对数码相机进行校正获取相机参数,从多角度拍摄自然生长状态下的叶片;然后,利用PhotoModeler软件对图像进行处理,获得叶片三维点云模型;再利用Matlab编程实现叶片的三维曲面建模并计算曲面面积。将该测量结果与采用扫描仪结合Photoshop测量结果进行了对比,实验结果表明,提出的方法对自然状态下的叶片测量效果良好,精度达99%。
2013, 44(7):235-240. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.041
摘要:针对树冠形状不规则,树冠体积难以测量和计算的问题,提出一种基于三维激光扫描点云的树冠体积计算方法——体元模拟法,即以固定大小的体元模拟不规则的树冠形状。首先将树冠沿树高方向以k为步长进行等距离分段,把每一段树冠的点投影到垂直于树高方向的平面上,再对该平面划分成大小k×k的像元,根据投影到各个像元内点的数量,判断该像元的有效性,统计有效像元的数量T,则树冠体积为T个k×k×k的体元之和。经试验,当体元边长等于冠径的1/10时,计算的树冠体积达到稳定。该算法对于任何树种不用考虑树冠的形状,减少了人为判别导致的差异,适用于三维激光扫描树木树冠体积的计算。
2013, 44(7):241-245. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.042
摘要:为提高林木胸径测量精度,减少劳动负荷,结合光学三角形法、图像处理及最小二乘拟合法,研究一种新的立木胸径测量方法。通过理论分析制定算法,搭建测量系统,对5株不同径级的立木进行测量计算,实验结果表明,采用光学三角形法的测量算法计算的直径精度较高,误差一般小于22mm,相对误差率小于5.5%。
2013, 44(7):246-255. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.043
摘要:太赫兹由于具有透视性、安全性和波谱分辨能力的特点,近年来得到了较快的发展和应用,成为无损检测的新技术,并被应用于国防、工业、半导体、通信、生物医学、制药、农产品及食品等多个领域。首先介绍了太赫兹波谱技术和成像技术的原理和特点,阐述了太赫兹技术在非金属材料特性和缺陷检测中的应用,并重点分析了近年来太赫兹技术在农产品及食品领域的应用新进展。最后,分析了太赫兹波谱无损检测技术的技术难点及问题,并对其发展趋势进行了展望。
2013, 44(7):256-263. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.044
摘要:对目前三维CAD模型检索技术的研究现状和发展趋势进行了阐述。首先给出三维模型检索的体系结构,并从文本检索、内容检索和语义检索3方面对三维CAD模型检索技术国内外研究现状进行了全面论述;分析总结了现有三维CAD模型检索系统及三维CAD模型检索技术的应用;最后对三维CAD模型检索技术存在的问题及未来的发展方向进行了展望。三维CAD模型检索技术将为概念设计、详细设计、工艺/工装设计等产品各设计阶段提供全方位的检索支持手段,可有效促进企业产品模型相关设计和制造信息的重用。
李建桥 , 王洋 , 党兆龙 , 黄晗 , 刘庆平 , 张晓冬
2013, 44(7):264-268. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.045
摘要:车辙表面原始形貌数据对深入研究车轮与松散地面相互作用机理具有重要意义。为了快速准确地获得土槽试验中松散地面上车辙表面原始数据,设计了带有二维移动框架的激光扫描仪,该装置的最大扫描面积是650mm×400mm,测距范围为0.05~65m,扫描分辨率为0.1mm。在此基础上设计出带有一维移动框架的激光扫描仪,以满足月球车内场试验中快速测量车辙表面形貌的要求。对土槽试验与月球车内场试验中的车辙表面进行测量,试验结果表明所设计的激光扫描仪能够使用非接触测量方法在不扰动车辙的条件下获得车辙表面形貌的纵向断面图和三维图形。
2013, 44(7):269-273. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.046
摘要:对蒙特卡罗法生成的并联机器人工作空间上的随机点分布不均匀性进行了研究,基于多维随机变量函数的分布密度公式,推导出蒙特卡罗法生成的并联机器人工作空间点概率密度与雅可比行列式的关系式,建立了输出空间概率密度与并联机器人可操作度之间的关系。以平面两自由度5R并联机器人为研究对象,采用蒙特卡罗法分析了其工作空间上的可操作度,并根据工作模式将输入空间划分成4个子空间,指出了子空间交界处的逆向奇异性。仿真结果表明,蒙特卡罗法是分析并联机器人可操作度和逆向奇异的一种有效方法。
2013, 44(7):274-278. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.047
摘要:通过实验研究,运用结构参数化方法设计了满足要求的柔顺关节,用以代替传统运动副进行传动,建立了含有柔顺关节的柔顺并联机器人机构,并与控制系统和OPTOTRAK测量系统一起组成实验系统,开展柔顺关节并联机器人动力学建模、分析、设计、规划与控制等方面的系统研究。以3自由度柔顺并联机器人为研究对象,分别对用转动副传动的刚性并联机器人和用柔顺关节传动的柔顺并联机器人进行了实验研究。通过对实验数据的对比分析,各项实验指标相对误差均控制在允许之内,表明在并联机器人中用柔顺关节取代转动副的有效性。
2013, 44(7):279-285. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.048
摘要:基于配流盘过渡区优化的传统轴向柱塞泵降噪方法是在过渡区配流结构已知的前提下进行反向参数优化,缺少普遍性的指导意义。首先对轴向柱塞泵流体噪声和结构噪声激振源形成机理进行分析;在此基础上以消除柱塞腔压力冲击和控制柱塞腔流量倒灌峰值及分布位置为设计目标,提出开式轴向柱塞泵孔槽结合配流方式正向设计理论;采用轴向柱塞泵流动特性仿真模型,对此设计理论设计的配流盘的降噪效果进行分析,仿真结果表明可以显著降低轴向柱塞泵出口流量脉动幅值,基本消除柱塞腔压力冲击。由于此设计方法是基于目标驱动的,可以指导不同型号国产轴向柱塞泵配流盘的设计。
2013, 44(7):286-292. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.049
摘要:通过引入固定、浮动坐标系和支撑函数法,揭示瞬时一维直线区域和投影得到瞬时区间套,进而提出推程、回程和整程区间套等概念,给出了求解平底方位线容许选择区域、凸轮基圆半径r0许用取值范围的基本原理,推导得到求解计算的一整套通用解析公式,得到解存在性和存在性态的系列判据,解决了作平面运动平底从动件盘形凸轮机构的第Ⅱ类机构综合问题。
2013, 44(7):293-298. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.07.050
摘要:为了实现拖拉机驱动轮轴的自动化装配,提出了自锁螺栓拧紧装配模糊预估的控制方法。根据螺栓拧紧特性对预紧力、扭矩和角度进行预估,用嵌入式装配控制器对拖拉机驱动轮轴总成装配中的自锁螺栓进行拧紧控制,结合光纤传感检测和机械设计技术进行锁片定位装置及其辅助装置的设计。智能化模糊控制算法的运用,完成了对驱动轮轴总成的轴向预紧力、自锁螺栓的扭矩及角度定位多变量目标的模糊智能控制。经实际生产验证,该系统解决了带有锁片定位功能的自锁螺栓装配问题,并且系统具有很高的预测准确率,提高了生产效率和产品质量。
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