液压支架是保障煤矿安全生产的重要支护设备。受煤矿井下恶劣作业条件和复杂地质条件的影响,液压支架在下井使用初期就可能会频繁发生液压元件跑冒滴漏、架间管挤压磨损、紧固件脱落、立柱转柱、部分部件难于拆装维修等问题。为提高液压支架产品性能,提出涵盖可靠性、适应性、运输方案测试的预生产试验设计与实施方案。在液压支架样机（首架）阶段,对样机进行密封、强度、寿命试验后,立即对样机实施预生产试验,充分考虑液压元件、管路系统、支架间的关联性等因素,及时提出整改措施。措施实施以来,累计开展了70多套液压支架样机的预生产试验,发现问题500多项,进行了积极整改,杜绝了批量生产阶段发生质量问题的可能性。极大缩短了生产周期,提升了质量管理水平。

为客观评价盒装烟标的模切、压痕以及包装成型后的质量,基于线阵CCD（Charge-Coupled Device）和三维（Three-Dimensional）重构,设计烟标模切尺寸、角度的测量装置。通过CCD扫描拍摄图像,经过阀值分割、腐蚀、膨胀、Sobel、霍夫变换等图像处理,实现烟标边缘线的精确提取、检测。结果表明：1）测量装置的尺寸示值误差小于5 μm,不确定度为0.9 μm,角度的相对误差小于0.2%,变异系数小于0.02%;2）38个检测指标（包含模切尺寸、角度和压痕宽度）所需时间小于240 s,与传统的人工测量相比,大大提高了盒装烟标的检测效率;3）通过盒装烟标的3D重构模型,不仅直观展示了盒装烟标的成型效果,而且利用模型预测的搭口值,可对盒装烟标的外观质量进行评价。

传统路面裂缝检测采用人工分析和识别,其易受主观影响且精确度较低。设计一种基于跨平台计算机视觉库OpenCV的路面裂缝检测装置。以具有物联网功能、可搭载摄像头的ESP32-CAM开发板为核心硬件系统,对路面裂缝图像进行识别采集、分析和传输;在计算机端,利用OpenCV中的灰度化、滤波、边缘检测等函数处理来自ESP32-CAM的图像,实现裂缝检测结果确定和显示。选取50张裂缝样本图片进行测试,裂缝识别精确度高达88%,对尺寸较大、深度较深的裂缝有更好的识别精准度。后续还需对不同裂缝长度和宽度下的检测效果,以及对路面损伤严重程度的表征进行研究,以实现智能机器人检测系统。

研发一套交流接触器自动振动检测设备,实现交流接触器产品振动性能的实时检测。设备由输送模组、检测工位、数据采集分析系统、控制系统等组成。在检测工位中,集成了加速度传感器、压力传感器等装置,并对通电探针、测试状态、防振动泄漏、环境干扰隔离等进行了设计,尤其是为加速度传感器设计了一种弹性簧片,有效保留产品自身的振动,使加速度数据得以有效采集。在数据采集分析系统中,通过快速傅里叶变换（FFT）将时域波形转化为频谱,再根据帕斯瓦尔定理将频谱数据换算为产品振动能量值,与预先设定的阈值相比较,对产品质量进行判断。进行人工检测与机器检测对比,表明机器检测避免了人工检测错判较多的问题,达到了无错判和误判,检测结果更为准确。交流接触器自动振动检测设备符合使用要求,检测的交流接触器产品符合出厂标准,适合在智能制造车间投入使用。

液压制动系统性能关乎磁悬浮列车的行车安全,是评价列车行驶质量的重要指标之一。开展小型磁悬浮列车液压制动系统研究,以总体技术参数为基准,结合Q/CRRC J 1060-2020等行业标准,围绕制动系统设计目标,确定制动系统的功能及配置,设计液压制动系统原理图,完成液压制动系统功能规划、关键制动参数理论计算。通过AMEsim对设计的液压制动系统开展仿真分析。结果表明：1）蓄能器充液时间与理论计算误差小于1%;2）紧急制动蓄能器储液能够实施3次紧急制动,高于行业标准要求的2次;3）当紧急制动电磁阀节流孔直径大于4 mm时,紧急制动响应时间为0.5 s,低于业内普遍要求的1s;4）当常用制动电磁阀节流孔直径大于1.6 mm时,在电控系统的干预下,既能满足常用制动减速度要求,又能将常用制动冲击率控制在合理的范围内。

为了使中子活化分析仪器实现高性能的能谱采集,提出一种数字多道分析器设计方案。使用FIR（有限长单位冲激响应）滤波器,对脉冲信号进行微分,解决脉冲信号基线漂移的问题,得到准确的脉冲信号时间信息;提出脉冲梯形成形技术,改善ADC的微分非线性,减小信号中噪声的影响,通过梯形脉冲判断信号幅度信息;通过波形参数比较法,判断脉冲是否堆积,将堆积的脉冲从能谱中去除,进一步提高能谱的能量分辨率。经测试,开发的数字多道分析器集成度高、抗干扰性强、运行可靠性好,随机脉冲计数通过率大于250 kcps,能量分辨率小于7.5%,满足性能要求和指标要求,可满足工业在线检测仪表对中子活化分析的应用需求。

为了克服传统六面顶压机液控系统工作过程中六缸位置同步性差、不利于超硬材料合成的劣势,提出一种基于直驱式容积控制的新型六面顶压机液控系统。利用位移传感器反馈信号实现高精度闭环控制;依据六面顶压机各工序工作特点,以位置同步性要求较高的空程前进、充液工序为重点指标和要素,构建数学模型,实现分段控制和PID参数整定。与传统六面顶压机液控系统相比,优化位置同步性控制的液控系统解决了液压阀调节系统同步精度不高的问题,减少了系统的节流损失。对六面顶压机位置同步性进行试验,结果表明：各相对液压缸位置偏差均在0.1 mm以内,能够较好满足超硬材料合成需求。

智能电网的迭代升级对电能表用外置断路器检测精准性和效率提出了更高要求,检测流水线的研发成为迫切需要。从结构设计和控制系统设计两方面,提出一套电能表用外置断路器检测流水线的设计方案。结构设计上,检测流水线由输送系统、全检单元、抽检单元组成,以精益生产为理念进行布局,实现输送、检测的精简高效;全检单元与抽检单元分开部署,进行分段设计,降低系统复杂性、耦合性;对部分测试模块进行创新设计,实现对多种规格断路器产品的兼容。控制系统设计上,检测流水线由主控系统和单元控制系统组成,主控系统架构分为管理层、执行层和设备层,满足系统可靠性、可维护性等指标;单元控制系统由可编程逻辑控制器（PLC）、内置网络端口等组成,实现高速实时控制和数据处理机制管理。应用实施后,流水线检测能力提升至35万只/年,误检率低至0.5%,为广东电网推广更精准的远程费用采集和监控提供了技术保障。

为实现文物长期保存,在文物保护柜内配置文物出土前的低氧、恒湿环境。设计文物保护装置将膜分离制氮技术与恒湿技术相结合,提出制氮单元、调湿单元和充氮单元架构：制氮单元采用占地空间小、纯度稳定的膜分离工艺;调湿单元通过饱和器和质量流量控制器调节干氮气和湿氮气的比例,从而实现相对湿度调节;充氮单元实时检测文物保护柜内压力,使柜内始终处于微正压状态。性能评测试验表明：1）该装置可以将文物保护柜内的氧含量降低至1%以下,从而使氮气纯度高达99%以上;2）柜内相对湿度可在30%RH~70%RH内灵活调节,湿度波动小于2%RH;3）柜内始终处于0.000 2~0.000 4 MPa的微正压状态。文物保护装置可以有效改善文物储存环境,延长文物储存寿命。

锂电池极片原材料（铜箔、铝箔卷料）的安全转运及其与涂布机的对接,是锂电池生产制造的一大难点。提出将自动导引车（AGV）应用于铜箔、铝箔卷料与涂布机高精度对接的技术方案。方案采用先对接、再调整的思路：首先,提出上卷料与下卷料对接流程;然后,设计与对接流程相对应的AGV七轴调整机构,形成整体平移Y轴、X轴（对称2处）、Z轴（对称2处）、两侧平移Y轴（对称2处）的最佳受力方案;最后,优选AGV全方位轮系结构布局,安装光通信模块,与机台设备上的光通信模块进行对射通信,进一步保障对接位置的准确、到位。该技术解决了AGV自身导航精度不够的问题,不用引入第三方定位设备,对接成功率可达100%,对接精度控制在2 mm以内。

在机械臂上安装防护装置,避免操作人员接触机械臂时造成人身伤害,在工业安全生产中成为关注焦点。设计一种由BMP180气压传感器、STC89C52单片机控制系统、NRF24L01无线收发模块和LCD1602显示器组成的机械臂防护压力检测实验系统。BMP180气压传感器测量气密性模块内部气压变化;数据通过NRF24L01无线收发模块传送到上位机;上位机接收数据,经STC89C52单片机处理后回传给NRF24L01无线收发模块,进入保护状态后发出警报,并在LCD1602显示器上予以显示,实现人机交互,创建安全的作业环境。重复开展了5次模拟密封环境实验,系统均在设定的压力限值以外实现了报警,验证了系统设计的可行性,为将实验系统移植到真实的机械臂提供了实验方案和数据支持。

气浮轴承是光刻机等高精度设备的关键部件,其静态特性直接决定设备精度。以真空预载小孔节流静压气浮轴承为研究对象,探究供气压力、真空度、真空腔面积比以及节流孔直径等因素对轴承静态特性的影响。研究发现气膜厚度与轴承的静态特性呈现4个方面相关性：1）当气膜厚度一定时,供气压力越大,轴承承载能力和刚度越大,最大刚度对应的气膜厚度为7~9 μm;2）真空度越大,轴承承载能力越小,但真空度对轴承刚度影响较小;3）真空腔的加入使轴承承载能力下降,但为轴承提供了双向刚度,气膜厚度和真空腔面积比与轴承刚度呈负相关;4）节流孔直径越大,轴承承载能力越大,气膜厚度较小时,节流孔直径与轴承刚度呈负相关,最大刚度对应的气膜厚度为6~12 μm。当气膜厚度超过20 μm时,轴承刚度在上述分析情况下均趋于零。

为小型断路器设计一套全制程自动化装配线。基于小型断路器物理结构与工作原理,提出自动化装配线总体结构。结合各制程特点,采用直线型布局,将装配线划分为11个单元,并对各单元进行深入设计。采用产品位置3D扫描检测、开距CCD视觉检测、超程自动化检测、脱扣力自动化检测等技术,提高检测效率与准确度;引入制造企业生产过程执行管理系统（MES）,对装配线进行实时监控与动态调整,实现生产协作化、管理可视化、质量跟踪全程化。对自动化装配线的运营成本和回收周期进行计算,表明人工成本相比手工装配线降低约79.4%,投资成本回收周期约为2.86年。

机器人中的智能技术是当前研究重点,机器人取代人工劳动成为现实。机器人手（即机械爪）控制的智能化和精准化需要立足于行业需求。以VEX机器人为研究对象,设计了二指张角机械爪的硬件构造,开发了驱动机器人实现抓取任务的软件程序,对机器人抓取控制的精准度、适应性、转动角度等进行了测试和改进。在机器人抓取方法实现中,进行多次软件编译与硬件调试,并统计实验数据,考察抓取精准度。结果表明：采用二指张角机械爪,优选机器人编码器对马达转动角度进行控制的方法,可提高机器人动作的准确性,抓取成功率高达88%以上。

行星齿轮支架零件是车辆的核心零件之一。为了高效率、低成本、高质量实现行星齿轮支架零件的自动机械加工目标,设计了核心零件智能生产线。对生产线的生产布局、上下料方式、产品质量监控进行了总体规划,制定了生产准备、上料、加工、下料等工艺流程;对生产线控制系统进行了详细设计,形成了集机床系统、机器人系统、人工检测系统、激光打标系统、PLC控制系统、SCADA系统于一体的自动化控制体系,尤其是在SCADA系统中实现了对系统权限、生产任务、过程监控、质量数据、报表统计等方面的管理。通过对生产线的技术改造,提升了车间生产计划管理、质量管理的信息化水平,达到了预期目标。

气缸体是船用发动机的重要部件之一,主轴孔和凸轮轴孔的精镗加工是气缸体加工的关键。为船用发动机的一种常见的V型缸体,研制一种精镗孔组合机床。提出总体方案,对机床组织架构进行了整体布局;根据机床主要动作循环,对伺服镗头、镗杆、数控滑台、液压自动夹具、自动上料装置、镗模板、刀具等关键部件的结构、原理及操作工序进行详细设计。对试切件进行验收检查,机床应用实践表明：各孔系的直径、圆柱度、同轴度、平行度等指标合格,机床加工性能和加工精度达到设计要求。

阀控充液型液力偶合器是刮板输送机的软起动装置,能够有效防止刮板输送机运行时产生的冲击、刮卡等事件发生。研究并开发了CPC1600阀控充液型液力偶合器,对其主机、关键元部件、液压供水控制系统进行了设计。在主机设计中,兼顾结构与选材,与刮板输送机联结尺寸相配套,并保证强度与耐蚀性能;在元部件设计中,开展叶轮腔型逆向反求、材料选择、外特性仿真等工作,保证泵轮、涡轮具有足够的安全裕量,并对离心阀转速进行设计;在液压供水控制系统中,开发偶合器自动液位保持开式系统（ALM）,减少电磁阀的动作次数。试验室试验和现场工业性试验表明,CPC1600阀控充液型液力偶合器运行可靠,额定功率可达到1 600 kW,额定滑差（速比）为95.39%,外特性满足标准要求,电磁阀使用寿命得以延长,可以在煤矿井下的刮板输送机上推广应用。

在使用专用工装加工球面管接头零件的螺纹及密封锥面时,一个零件对应一个专用工装。工装不仅结构复杂,而且相互之间无互换性,造成资源浪费。为球面管接头零件设计一种快换工装,由夹具本体、芯轴和安装样板三部分组成。夹具本体为通用工装,加工时对不同的结构尺寸和定位尺寸采用不同的芯轴,并通过安装样板进行找正。对300余个零件的结构尺寸和定位尺寸进行分组,仅需8个夹具本体即可替代原有的300余个专用工装。快换工装拆卸方便、定位准确,在保证产品质量的同时大大提高了加工效率。

码垛机器人是一种能够按照预定设置功能自动将产品码放在规定的存放区,实现物流准确码放、按需堆集的工业机器人。选用ABB—IRB120机器人作为码垛机器人,结合SolidWorks建模和RobotStudio仿真软件,开展码垛智能处理工作站的集成设计与仿真验证。运用SolidWorks创建码垛工作站部件的三维模型,导入RobotStudio模型库;在RobotStudio中对机器人作业进行RAPID离线编程与仿真模拟。应用I/O接口通信、Smart组件设计等技术,实现部件与机械装置的协调、传送带与码放协调等控制功能。对码垛作业进行仿真,验证了工业机器人计算机工作站应用于码垛作业的可行性。该设计与仿真方法具有较广泛的适用性,为提升机器人码垛效率,乃至创建智能物流系统等提供了基础设计依据。

气体减压器手动检测校准方法通常需要拆装压力表和压力调节器分别进行,即使可以实现整体检测,也存在手工调压速率不一致、人工读数存在主观性等问题,影响检测结果的一贯性和检测效率。研制了一款气体减压器自动校准装置。介绍了装置的组成,由气压发生装置、气体增压/减压器、智能压力控制器、减压器连接台、带校准软件的上位机和CDP压力模块等组成。阐释了原理,减压器连接台为智能压力控制器核心部件,氧气、乙炔、丙烷等气体连接气体减压器至自动校准装置的接口,实现全自动控制、调节压力。提出明确的校准方法,校准软件能够全自动实现数据采集,自动计算示值误差,自动生成校验记录和证书。实验结果表明：气体减压器可提供0~25 MPa标准压力,与CDP压力模块等相互配合,将输出气压调节至校准软件界面输入的设定值,并实现密封性检测和安全阀检测。研制的气体减压器自动校准装置实现了数字化、智能化、可视化,有效提高了校准安全性、可靠性和检测效果。

为了让使用者科学规范使用实验设备、教学者提高实验室教学效率,提出了基于深度学习的实验设备识别系统,系统搭载Android平台环境,使用者通过拍照或本地相册选取实验设备图像。Android客户端采集图像并裁剪,使用TCP/IP网络传输协议将图像发送至服务器端;服务器端使用残差网络和改进的YOLO网络模型对图像进行检测,并在数据库中查找图像特征值对应的实验设备;数据库将识别结果和设备使用方法、注意事项等反馈至Android客户端。测试表明,系统对实验设备的识别准确率可达99%以上。实验设备识别系统可为同行提供参考借鉴,提高教学效率和质量。

为达到“高效、优质、长寿、低耗、清洁”质量目标,对1 380 m³高炉本体和公辅配套设施进行设计和优化。在高炉本体中,采用综合长寿技术,炉型结构减小炉身角及炉腹角,适当加大炉缸高度和直径,适当加深死铁层深度,满足运行可靠的需求;在内衬上,采用国产优质耐火材料,炉缸、炉底采用“炭质+陶瓷杯复合炉缸炉底”结构,炉腹、炉腰和炉身采用砖壁一体化结构,延长关键部位使用寿命;根据高炉冷却部位及各区域工作特点,优化工业水和软水密闭循环冷却水系统,维持高炉生产稳定运行。加装高炉和冷却水系统的自动化检测及控制系统,为高炉冶炼操作人员提供准确可靠的指标和运行信息。设计及优化后,高炉不中修可达到一代炉龄12年,高于国内外平均水平。

轻卡、微卡等车辆技术快速发展,对轻型车辆鼓式中央制动器的驻车制动性能提出了更高的要求。对现有制动器的结构形式、安装特点等进行分析,表明其存在三大主要问题：内部结构过于紧凑,生产组装工序繁琐;结构连接不牢固,制动力传递受限;刹块加工工艺落后,特性尚待深入挖掘。据此,提出针对性的结构优化方案：简化制动器内部结构,提高操作人员安装便捷性;板材成形一体化,提高系统整体稳定性;参照实际驻车制动状态对刹块外圆进行加工,提高刹块与制动毂接触面积。结构优化后,制动性能提升20%左右,有助于推进变速箱制动器的智能化、批量化组装,以及产品性能提升。

融合物联网、无线通信、安卓系统、语音文本播放等技术,设计一款基于图灵机器人的多功能智能机器人。在多功能智能系统硬件设计上,以STM32103C8T6作为主控芯片,驱动蓝牙模块与手机APP进行通信,接收指令和动作;与机器人动作控制芯片STC15W4K16S4通信,驱动机器人关节舵机转动,实现各种动作;驱动语音文本播放模块进行语音播报,实现聊天功能。在软件设计上,进行主控芯片的软件设计、动作控制芯片的程序设计、安卓应用界面和程序组件设计,并借助图灵机器人系统,实现与使用者的任意对话。相比传统聊天机器人,扩展的图灵机器人增加了肢体互动、语音互动等功能,且性价比合理。多功能智能机器人不仅可陪伴学习和娱乐,也为工业领域机器人设计和控制提出了新思路。

为了在高温、潮湿、多尘环境下保障档案室中纸质档案的长期、安全存放,对档案室内防尘及自动控温控湿实施改进。提出设计方案：防尘方面,采用贯流式风幕机、PVC防尘网、亚克力胶条、新风滤尘箱等设备,有效阻挡灰尘进入档案室。温湿度控制方面,一是在档案室内（大环境）中设计制冷除湿控制电路、制暖控制电路,采用高科技材料碳晶取暖器,实现不同季节下温湿度的自动控制;二是在档案柜内（小环境）,采用自行研发的实用新型专利“一种具有自动温控功能的档案柜”,结合档案柜内温湿度控制电路,实现自动辅助控制。安全保障方面,安装连接Wi-Fi的、具有扬声器的无线摄像头,威慑非法入侵人员,并配备烟雾报警器、灭火器,保障消防安全。对2016年1月至2019年12月的监测数据进行统计,表明阻尘率大于85%,节能率大于40%,环境温湿度控制在14~24±2℃、45%~60%±5%RH,符合纸质档案存放标准条件,同时节省了人力开支,实现了节能降耗。

随着空间充分利用、合理收纳理念兴起,能够充分优化利用房屋空间的壁床受到关注。气弹簧是壁床上一个非常关键的启闭五金件,其设计质量较大程度上影响壁床的使用舒适度、收放利用寿命等。从气弹簧安装点优化设计和双向阻尼功能设计两个方面,对气弹簧进行选型设计;优化安装点设计,以直翻壁床为例,建立坐标系,构建壁床力学模型,研讨不同壁床开启、关闭角度下的手部操作力,减轻壁床开启时的手部操作力;强化双向阻尼功能设计,对气弹簧进行结构改造,加装机械弹簧和阻尼片,避免壁床关闭时的打板现象。优化后,壁床使用者的便利性、舒适性、安全性得到提升,为气弹簧应用于壁床时的选型设计提供了一种设计思路。

为了使电气化铁路接触网实现吊弦智能装配技术,研究并开发了全自动吊弦生产设备。设计了智能装配系统,其由信息处理、组装、控制等系统组成;针对线头熔断、长度精度控制、压力精度控制三大重点问题提出了技术解决方案;规划了合理的装配生产线布局;实施了集成送料、熔断、穿线、压接、定长、激光打标、分组包装等功能。经测试,采用全自动吊弦设备生产的接触网吊弦能在3.9 kN的作用力下保持3 min而不发生破坏,最大承受力为5.7 kN,指标好于基本技术要求。与传统人工模式的生产效率（180 s/PSC）相比,设备生产效率为150 s/PSC,效率提升约20%,关键数据可追溯,且产品具有良好的稳定性和均一性。

原有吸附式自热再生压缩空气干燥器普遍存在抗干扰性差、生产工艺参数难以修改等问题,且未考虑节能需求。根据压缩空气干燥器的工作原理与工艺要求,设计干燥器吸附与再生周期图、时序图,将可编程控制器（PLC）与开关电源有机组合,实现了一体化智能控制。在PLC中按照标准应用,增加节能、自我修复等功能;设定不同的工作周期,对不同压力、温度、湿度下的空气干燥效果进行优化;采用三型聚丙烯（PP-R）、铝塑复合材料（PAP）等新材料替代原有钢材。经验证表明：压缩空气干燥器运行稳定可靠,成品气露点等技术指标满足要求,节能减排30%,维护费节约可达5 000元/（台•年）;同时实现了用材改进,降低了成本,增加了可靠性。

为解决传统太阳能光热发电真空管排气工艺能耗巨大、温度场不均匀、排气效果差等不足,研制了一种光热发电真空管用新型排气台。设备由真空、加热、自动控制三个系统联合组成,改变了传统的烘烤加热方式,利用太阳能光热发电真空管的内管作为阻性负载,采用KT晶闸管调压器作为加热电源,通过温度控制仪进行高精度温度控制,直接对内管加热。新型排气台将光热发电真空管长度方向上的控温精度保持在±5℃以内,加热能耗节约40%以上,不仅达到了高精度控温和节能的设计目的,而且整个生产工艺过程实现了全自动控制。

传统电子锁电磁阀作为受力元件时功耗过高,且开锁瞬间电流超出窄带物联网（NB-IoT）模组的许可电流,易导致元件损坏。结合NB-IoT模组承载性能,为光交箱设计一种采用低功耗双滑块联动机构的智能锁。在联动机构中,电磁阀不再作为受力元件,而是作为触发元件,开锁时瞬间通电,开锁后瞬间断电,实现微电流开锁;采用双滑块设计,严格控制行程误差和复位过程,实现短时触发。经评测,在NB-IoT模组供电电压3.3~5 V范围内,电磁阀通电时间由2 s降低至0.40 s以内,开锁峰值电流由300 mA降低至120 mA以内,提升了智能锁的使用寿命和可靠性。

在高速铁路运营服役过程中,接触网定位钩和定位支座之间发生异常磨损的情况时有发生,极易导致零部件失效,引发弓网故障,影响铁路正常运输秩序。以武广高铁为例,结合近年来异常磨损缺陷统计结果,从装置结构、受力情况、应力分布及服役环境等因素出发,考察并明确定位钩和定位支座的异常磨损原因,从而指出定位装置的日常检修重点及服役性能改善设想。研究发现：1）钩环结构导致的应力集中是钩环连接处异常磨损的根本原因,定位器所受水平拉力不足及定位装置所处服役环境是造成定位装置互磨的重要因素;2）定位方式连续相同处所及隧道内腐蚀环境更易造成磨损缺陷的产生,需在日常检修中重点关注;3）调整接触网平面布置、改进零部件工艺、优化钩环连接结构,预期可以对定位装置服役性能起到改善作用。

时间间隔测量装备在时频、非时频诸多领域具有广泛的应用场景,但传统测量仪器存在体积庞大、功耗较高、成本高昂、不易于集成等特点。提出一种突破上述技术瓶颈的高精度短时间间隔测量系统：一是利用FPGA高集成度及高速数据处理特性,作为时间间隔测量系统硬件设计平台;二是基于多相采样法及等效信号理论进行软件研发;三是利用FPGA内部集成的数字锁相环（PLL）产生所需的相差同频信号,借助XLINX ISERDESE Gbit串并高速数据处理模块对被测数据进行采样,实现数据整合。仿真数据分析验证表明：本设计实现了300 MHz频率下8位高精度短时间间隔测量设计目标,时间间隔测量分辨率达到0.416 ns,采样误差低至0.015%~0.016%。本设计具有结构简单、利于系统集成、软件易升级等特点,能够实现纳秒级精度的时间间隔测量,具有较好的技术推广价值。

逆变器具有广泛的应用场景,避免逆变器对电器设备造成高频电磁干扰、产生电磁污染等,是其设计难点。针对车载逆变电源应用需求,设计与实现了一种正弦波车载逆变器。设计了以Boost升压电路、全桥逆变电路为核心的硬件框架结构;优化设计了LC滤波器,计算了串臂阻抗和并臂阻抗,得到了低通滤波器的系统函数,使输出波形更接近正弦波;采用了电压差分反馈等控制技术,由数字控制器SMT32采用双极性SPWM数字控制方式产生驱动控制信号,利用PID双闭环控制调节,实现了输出电压的快速稳定。对设计的正弦波车载逆变器进行测试,结果显示：输出功率可达200 W以上,效率超过85%,总谐波失真（THD）值在阻性负载时小于1%,在感性负载时小于3%,完全可以满足各种负载类型电器设备的应用需求。

缪子探测具有探测范围广、适用领域宽等优势,但野外探测等需求对其小型化、低功耗、扩展性等提出了挑战。以硅光电倍增管（SiPM）和闪烁体为主要元器件,研制一套缪子探测器的核心系统——位置灵敏读出电子学系统。开展系统整体结构设计,将系统划分为前端采集板、数据处理板、主控板以及电源板。数据处理板在系统功能逻辑处理中起到核心作用,通过降噪、校时、温度读取、温度电压转换、数据成帧、数据发送等模块化、流程化设计,实现信号数字化甄别、稳压补偿、数据上报等功能。经实测,该系统实现了双层共400路通道信号数据稳定读出,温度电压曲线图的温度系数为0.021,与SiPM偏压随温度变化的规定值0.021 5 V/℃相差不大,较好实现了环境温度补偿。系统实现了小型化、易扩展性、实用性强等需求,为缪子探测任务提供了一种灵活的解决方案。

气体减压器常规校准方法存在人工调节气压值不准确、拆装部件破坏减压器密封性、操作步骤复杂、校准效率低等问题。设计了一款新型气体减压器校准装置。校准装置主标准器为智能压力控制器,主要配套设备包括气压发生器、气体增压器、减压器连接台和带校准软件的上位机。连接台功能齐备、配套接口齐全,操作方便,可实现减压器整体校准。上位机校准软件具有全自动气压控制功能,无需人工手动调压,可帮助校准员快速完成压力表的校准和安全阀检测,提高工作效率。不确定度评定表明,新型减压器校准方法合理,压力表各校准点示值误差的扩展不确定度优于最大允许误差绝对值（MPEV）的三分之一。

塔架是大型风电机组的重要支撑部件,其门洞区域和门框是结构设计的薄弱点和难点,对风电机组安全性、可靠性具有广泛影响。聚焦于门框优化设计,分析设计要点,首先对风机塔架门洞应力状态进行研究,然后考虑门框上下椭圆半长轴、门框左右椭圆半短轴、门框宽度和门框露出塔架外筒壁宽度四个变量,形成四套设计方案,兼顾制造工艺可行性和结构安全性,揭示门框结构优化规律。研究发现：适当加大门框椭圆外长轴、缩小外短轴、保证合适的门框宽度、保证门框内外伸出筒体的长度一致,可以较大程度实现门框优化设计。

轴流叶片除雾器是海洋船舶机舱进气系统的核心部件,用于去除海面空气中的高浓度盐雾气溶胶,防止对下游设备造成腐蚀。鉴于常规除雾器对雾滴和空气的总体分离机制存在固有局限,提出合理增加轴流叶片级数的改进设想。采用计算流体力学（CFD）理论和方法,对单级、两级和三级叶片除雾器内的气液两相流场进行数值模拟,重点考察进气流速范围1~7 m/s、雾滴粒径10~100 μm时,叶片级数对阻力和分离效率特性的影响。研究发现：1）叶片下游未被分离的雾滴主要集中于近壁面的薄层区域内,通过串联叶片可进一步挤压高浓度区范围,促进二次分离;2）增加叶片级数具有压力缓释作用,使得下游的流动能耗减小,额外阻力增幅微弱;3）相比传统的单级叶片,使用两级叶片足以将除雾效率有效而经济地提升至接近100%。

为了提高电动汽车乘坐舒适性,为电机结构设计优化提供理论依据,对车用永磁同步电机电磁噪声特性进行分析。以某峰值功率为230 kW的72槽12极车用永磁同步电机为研究对象,开展电磁噪声仿真及优化研究：鉴于电磁噪声的主要产生原因为径向电磁力及多物理场耦合,提出基于电磁和结构弱耦合有限元法的模态分析方法;以电磁力、齿槽转矩、峰值转矩作为优化目标,提出基于遗传算法的多目标优化方案。在转速2 800 r/min工况下进行模态分析与试验,定子总成模态频率相对误差小于5%,验证了仿真方法的准确性。进行多目标优化后,噪声试验整体声压级最大值为70.5 dB(A),相比优化前的85.6 dB(A)降低了17.64%。

针对高铁救援受到高铁线路、桥梁承载能力、作业空间等因素的限制,在高铁救援铁路起重机中创新提出可伸缩支腿、曲线调平结构以及多支腿底架等设计方案,确定了整体优化措施。针对整体插接组装难度较高问题,通过插接口的结构分析,提出插接口象限组装方法;针对承载面间隙影响支腿受力传导问题,通过主支腿承载面间隙工艺参数核算,提出零位自由间隙强制干预方案;针对曲线调平结构运动精度不够问题,通过曲线调平结构三态分析,确保调平过程各阶段功能得以准确实现。经工艺效果评测,方案有效控制了支腿受力的正确传导方式,实现了曲线调平结构动作精准化,降低了多支腿底架的组装难度。各项检测指标满足高铁救援铁路起重机产品制造要求。