【摘要】：針對(duì)多因素作用下的巴克豪森信號(hào)特征值變化關(guān)系的評(píng)估模型缺乏、相關(guān)性分析不足等關(guān)鍵性研究難點(diǎn),和電路資源配置限制、電磁環(huán)境復(fù)雜條件下檢測(cè)信號(hào)安全、穩(wěn)定、高效傳輸?shù)难芯看嬖诓蛔愕惹闆r。論文通過(guò)建立深度變化、溫度變化和磁軛提離變化與應(yīng)力變化和巴克豪森信號(hào)特征值之間的模型方程,優(yōu)化設(shè)計(jì)了信號(hào)衰減補(bǔ)償方案,提高了檢測(cè)精度。優(yōu)化設(shè)計(jì)了信號(hào)傳輸關(guān)鍵電路,提高了信號(hào)傳輸?shù)陌踩�、傳輸速率和質(zhì)量,降低了硬件資源消耗。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下。論文提出了壓應(yīng)力和拉應(yīng)力條件下的深度變化模型方程,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和優(yōu)化曲線的變化趨勢(shì)都一定程度上驗(yàn)證了深度變化模型的正確性。基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法優(yōu)化設(shè)計(jì)了沿深度變化的巴克豪森信號(hào)檢測(cè)方案,提高了檢測(cè)精度。論文通過(guò)對(duì)巴克豪森效應(yīng)基本方程和趨膚效應(yīng)方程的推導(dǎo),建立了模型方程,并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析。利用應(yīng)力拉伸和四點(diǎn)應(yīng)力加載平臺(tái),施加不同的應(yīng)力條件,獲得相應(yīng)的巴克豪森信號(hào)各特征值的測(cè)試數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)歸一化的對(duì)比,選擇隨應(yīng)力呈線性變化的信號(hào)均方根值作為分析對(duì)比的特征值,進(jìn)而確定了可進(jìn)行深度變化分析的最優(yōu)輸入激勵(lì)信號(hào)頻率和幅值組合。通過(guò)4組應(yīng)力拉伸和四點(diǎn)應(yīng)力加載試驗(yàn)進(jìn)行了檢測(cè)數(shù)據(jù)的梳理對(duì)比。利用RBF算法對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了優(yōu)化,并將優(yōu)化結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及模型仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。測(cè)試結(jié)果顯示,檢測(cè)精度偏差可控制在6%的范圍內(nèi)。論文提出了溫度應(yīng)力模型方程并優(yōu)化設(shè)計(jì)了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的信號(hào)衰減小波重構(gòu)溫度補(bǔ)償方案,有效降低了溫度效應(yīng)影響,大幅提高了檢測(cè)精度。論文通過(guò)實(shí)施四點(diǎn)應(yīng)力加載試驗(yàn),對(duì)比在溫度、應(yīng)力變化時(shí)測(cè)得的巴克豪森信號(hào)特征值,結(jié)合溫度應(yīng)力模型方程分析了巴克豪森信號(hào)各特征值隨溫度、壓力變化的緊密關(guān)聯(lián)性,進(jìn)行了數(shù)據(jù)誤差分析。針對(duì)溫度變化引起的特征值下降,利用RBF算法進(jìn)行溫度補(bǔ)償優(yōu)化。通過(guò)對(duì)信號(hào)的小波分解,提取出關(guān)鍵層信號(hào),并再次對(duì)關(guān)鍵層進(jìn)行RBF算法優(yōu)化。測(cè)試結(jié)果顯示,初步優(yōu)化的數(shù)值偏差控制在0.11%至3.6%之間。利用重構(gòu)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化的結(jié)果還要再有1-2個(gè)數(shù)量級(jí)精度的提升。論文提出了提離變化模型方程,優(yōu)化設(shè)計(jì)了傳感器結(jié)構(gòu)和基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的信號(hào)衰減補(bǔ)償方案,有效降低了提離效應(yīng)影響,大幅提高了檢測(cè)精度。論文通過(guò)漏磁方程,推導(dǎo)建立了模型方程。數(shù)學(xué)分析了提離距離、應(yīng)力變化與巴克豪森信號(hào)特征值之間的相關(guān)性。結(jié)合磁軛提離電磁仿真結(jié)果,優(yōu)化設(shè)計(jì)了傳感器結(jié)構(gòu)電路和信號(hào)衰減補(bǔ)償方案。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示,優(yōu)化后的結(jié)果雖然會(huì)形成標(biāo)定值的偏差,但偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于檢測(cè)精度的提升,優(yōu)化精度偏差可以控制在1%以內(nèi)。論文優(yōu)化設(shè)計(jì)了基于重組優(yōu)化策略的GF(((2~2)~2)~2)域掩碼AES加密電路S盒電路,利用0.18μm CMOS工藝庫(kù)進(jìn)行綜合的結(jié)果表明,乘法逆單元和掩碼S盒經(jīng)優(yōu)化后分別減少了74個(gè)門(mén)單元和83個(gè)門(mén)單元,面積消耗分別減少了9.45%和8.84%。無(wú)論是電路占用量還是處理速度等性能均大幅優(yōu)化。論文優(yōu)化設(shè)計(jì)了應(yīng)用于可重構(gòu)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)預(yù)編碼/STBC基帶收發(fā)電路,通過(guò)增加CSD反饋回路,可實(shí)現(xiàn)UCD和UCD+STBC工作模式間的靈活變換,以獲得較好的傳輸性能和較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。通過(guò)0.18μm ASIC工藝和Xilinx xc4vlx Virtex-4 FPGA在工作頻率150MHz條件下實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果。論文優(yōu)化設(shè)計(jì)了由可變逐次逼近寄存器控制的ADDLL電路,實(shí)現(xiàn)芯片間時(shí)鐘同步,消除了諧波鎖定,在65nm CMOS低功耗工藝條件下,整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)最長(zhǎng)鎖定時(shí)間固定為103個(gè)輸入時(shí)鐘周期。論文將相應(yīng)的研究成果進(jìn)行整合,研制了一套可在線檢測(cè)的無(wú)縫鋼軌應(yīng)力檢測(cè)裝置,通過(guò)不同溫度、不同工種模式下的鐵路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),檢驗(yàn)了檢測(cè)方案的可行性和檢測(cè)裝置的可靠性,進(jìn)一步驗(yàn)證了模型方程的分析結(jié)論。
【圖文】：

圖 2. 9 四點(diǎn)應(yīng)力加載平臺(tái) 圖 2. 10 四點(diǎn)彎曲示意圖所謂的四點(diǎn)彎曲應(yīng)力加載，，是利用在材料兩端四個(gè)點(diǎn)施加力的作用形成的彎矩，建立一力與深度的線性關(guān)系，在材料正反兩個(gè)表面分別形成了拉應(yīng)力作用和壓應(yīng)力作用，如圖 示。

圖 2. 9 四點(diǎn)應(yīng)力加載平臺(tái) 圖 2. 10 四點(diǎn)彎曲示意圖所謂的四點(diǎn)彎曲應(yīng)力加載，是利用在材料兩端四個(gè)點(diǎn)施加力的作用形成的彎矩，建立一力與深度的線性關(guān)系，在材料正反兩個(gè)表面分別形成了拉應(yīng)力作用和壓應(yīng)力作用，如圖 示。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U216.3;TN911.23

【參考文獻(xiàn)】

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2 陶小凱;羅倩倩;祝傳省;;鋼軌變形伸縮量視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集方案分析[J];中國(guó)鐵路;2013年09期

3 舒迪;祁欣;;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在無(wú)縫線路應(yīng)力檢測(cè)中的研究[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2013年06期

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5 翟峰;孫國(guó)鈞;;無(wú)縫線路鋼軌軌溫和鋼軌溫度力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制和應(yīng)用[J];鐵道建筑;2012年10期

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本文編號(hào)：2634597