【摘要】：針對多因素作用下的巴克豪森信號特征值變化關系的評估模型缺乏、相關性分析不足等關鍵性研究難點,和電路資源配置限制、電磁環(huán)境復雜條件下檢測信號安全、穩(wěn)定、高效傳輸?shù)难芯看嬖诓蛔愕惹闆r。論文通過建立深度變化、溫度變化和磁軛提離變化與應力變化和巴克豪森信號特征值之間的模型方程,優(yōu)化設計了信號衰減補償方案,提高了檢測精度。優(yōu)化設計了信號傳輸關鍵電路,提高了信號傳輸?shù)陌踩�、傳輸速率和質量,降低了硬件資源消耗。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下。論文提出了壓應力和拉應力條件下的深度變化模型方程,實測數(shù)據(jù)和優(yōu)化曲線的變化趨勢都一定程度上驗證了深度變化模型的正確性�；赗BF神經(jīng)網(wǎng)絡算法優(yōu)化設計了沿深度變化的巴克豪森信號檢測方案,提高了檢測精度。論文通過對巴克豪森效應基本方程和趨膚效應方程的推導,建立了模型方程,并對其進行了仿真分析。利用應力拉伸和四點應力加載平臺,施加不同的應力條件,獲得相應的巴克豪森信號各特征值的測試數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)歸一化的對比,選擇隨應力呈線性變化的信號均方根值作為分析對比的特征值,進而確定了可進行深度變化分析的最優(yōu)輸入激勵信號頻率和幅值組合。通過4組應力拉伸和四點應力加載試驗進行了檢測數(shù)據(jù)的梳理對比。利用RBF算法對測試結果進行了優(yōu)化,并將優(yōu)化結果和實測數(shù)據(jù)及模型仿真結果進行了對比分析。測試結果顯示,檢測精度偏差可控制在6%的范圍內。論文提出了溫度應力模型方程并優(yōu)化設計了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡算法的信號衰減小波重構溫度補償方案,有效降低了溫度效應影響,大幅提高了檢測精度。論文通過實施四點應力加載試驗,對比在溫度、應力變化時測得的巴克豪森信號特征值,結合溫度應力模型方程分析了巴克豪森信號各特征值隨溫度、壓力變化的緊密關聯(lián)性,進行了數(shù)據(jù)誤差分析。針對溫度變化引起的特征值下降,利用RBF算法進行溫度補償優(yōu)化。通過對信號的小波分解,提取出關鍵層信號,并再次對關鍵層進行RBF算法優(yōu)化。測試結果顯示,初步優(yōu)化的數(shù)值偏差控制在0.11%至3.6%之間。利用重構信號進行優(yōu)化的結果還要再有1-2個數(shù)量級精度的提升。論文提出了提離變化模型方程,優(yōu)化設計了傳感器結構和基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡算法的信號衰減補償方案,有效降低了提離效應影響,大幅提高了檢測精度。論文通過漏磁方程,推導建立了模型方程。數(shù)學分析了提離距離、應力變化與巴克豪森信號特征值之間的相關性。結合磁軛提離電磁仿真結果,優(yōu)化設計了傳感器結構電路和信號衰減補償方案。測試數(shù)據(jù)顯示,優(yōu)化后的結果雖然會形成標定值的偏差,但偏差遠遠低于檢測精度的提升,優(yōu)化精度偏差可以控制在1%以內。論文優(yōu)化設計了基于重組優(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工藝庫進行綜合的結果表明,乘法逆單元和掩碼S盒經(jīng)優(yōu)化后分別減少了74個門單元和83個門單元,面積消耗分別減少了9.45%和8.84%。無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)化設計了應用于可重構結構的自適應預編碼/STBC基帶收發(fā)電路,通過增加CSD反饋回路,可實現(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0.18μm ASIC工藝和Xilinx xc4vlx Virtex-4 FPGA在工作頻率150MHz條件下實現(xiàn)并驗證了優(yōu)化結果。論文優(yōu)化設計了由可變逐次逼近寄存器控制的ADDLL電路,實現(xiàn)芯片間時鐘同步,消除了諧波鎖定,在65nm CMOS低功耗工藝條件下,整個工作頻率范圍內最長鎖定時間固定為103個輸入時鐘周期。論文將相應的研究成果進行整合,研制了一套可在線檢測的無縫鋼軌應力檢測裝置,通過不同溫度、不同工種模式下的鐵路現(xiàn)場實測,檢驗了檢測方案的可行性和檢測裝置的可靠性,進一步驗證了模型方程的分析結論。
【圖文】：

圖 2. 9 四點應力加載平臺 圖 2. 10 四點彎曲示意圖所謂的四點彎曲應力加載，，是利用在材料兩端四個點施加力的作用形成的彎矩，建立一力與深度的線性關系，在材料正反兩個表面分別形成了拉應力作用和壓應力作用，如圖 示。

圖 2. 9 四點應力加載平臺 圖 2. 10 四點彎曲示意圖所謂的四點彎曲應力加載，是利用在材料兩端四個點施加力的作用形成的彎矩，建立一力與深度的線性關系，在材料正反兩個表面分別形成了拉應力作用和壓應力作用，如圖 示。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U216.3;TN911.23

【參考文獻】

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3 舒迪;祁欣;;人工神經(jīng)網(wǎng)絡在無縫線路應力檢測中的研究[J];電子測量與儀器學報;2013年06期

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本文編號：2634597