2026年 01期
MOF@活性炭自动化再生装置设计与应用验证
赵环宇;赵春柳;王儒雅;黄凯;张琦昌;目的:针对金属有机骨架(metal-organic framework, MOF)@活性炭复合材料再生工艺存在流程繁琐、过程可控性差、再生效果稳定性不足等问题，本研究开发了一种高效自动化再生方法与装置。方法:研制基于立式双层夹套反应釜的全自动再生装置，集成温控、冷凝、真空控制、溶剂分离回收及可编程逻辑控制器自动控制等多功能模块，可在密闭环境下自动完成“溶剂回流脱附-原位分离回收-真空热干燥”一体化再生工艺。结果:该工艺下MOF@活性炭复合材料对苯系污染物的脱附率达85%以上，再生后材料结构完整，孔结构无明显塌陷与堵塞，表明工艺对材料结构损伤小，循环稳定性优异。结论:本研究开发的MOF@活性炭高效可控自动化再生工艺及配套装置，为其工业化应用提供了可靠技术支撑。
基于光散射的粒子计数器研究
严浩;刘岳燕;目的:研发用于测量微米量级颗粒数量浓度的粒子计数系统，并完成其系统验证。方法:基于米氏散射(Mie scattering)原理，通过光电二极管测量粒子对激光的散射光强和频率，并由信号处理系统将其转换为粒子的粒径大小与数量。结合直角向光路、三重杂散光抑制设计和低噪声放大滤波电路，协同降低系统噪声。结果:测试结果表明，系统噪声标准差从9.84 mV降至4.73 mV,噪声峰值电压降低51.9%,有效提升了散射光信号的信噪比，实现了对微米量级粒子散射光信号的精准捕获与稳定检测。结论:研发的粒子计数系统为微米尺度粒子的精确测量和性能评估提供了有效的技术手段。
基于超声波的螺栓紧固轴力检测系统设计
李君;潘双英;石文波;李锐鹏;目的:针对大型机构中大尺寸螺栓的紧固轴力检测精度低、标定模型失准的问题，本研究基于声弹性效应，设计了一套超声螺栓紧固轴力检测系统。方法:以Zynq平台为核心，设计了超声激励与信号处理模块；搭建了大量程液压标定平台，对M36螺栓进行轴力标定，建立高精度的渡越时间差-螺栓轴力标定模型；结合数据采集与处理算法，提出了一种复合型渡越时间(time-of-flight, ToF)确定方法，以提升测量的稳定性与准确性，实现对螺栓紧固轴力的精确检测。结果:实验结果表明，该系统在250～550 kN测量范围内，螺栓轴力的检测相对误差小于2%,测量精度优于现有同类设备，验证了系统设计的有效性。结论:本系统可用于大型机构中螺栓紧固轴力的高精度检测，为螺栓安装过程中的高精度轴力检测提供了一种更精准的技术方案。
基于改进霍夫-极坐标变换的圆形指示表表盘刻度自适应识别算法
陈欢;郑金航;马腾;杨鹏;孔明;刘璐;楼伟民;目的:针对圆形指示表表盘图像识别过程中因刻度分布不均、指针结构细微、边缘模糊、对比度低及光照不均等因素导致的读数识别难题，提出一种高精度的自动读数方法。方法:首先采用高斯滤波对图像进行预处理，以抑制噪声并增强边缘特征。随后利用霍夫圆变换初步定位表盘区域，并通过最小二乘法对圆心和半径参数进行优化。在此基础上，通过极坐标变换将圆形表盘转换为矩形图像，简化指针与刻度之间的几何关系。最后采用Otsu自适应阈值分割、图像反转及Canny算子实现特征增强与边缘检测，并通过列方向投影提取指针角度，实现自动化读数。结果:6组仪表图像的实验结果表明，该算法的平均绝对误差为0.10,平均相对误差为1.46%。结论:该方法具有较高的识别精度和良好的鲁棒性，可满足实际工程中圆形指示表自动读数的应用需求。
基于电力载波通信的母线槽智慧监测系统设计
陈子韬;黄昌清;倪凯;目的:针对当前母线槽监测系统中存在布线冗杂、信号不稳定、监测参数不全面等问题，设计了一种基于载波通信的母线槽温度、湿度、电压参数实时监控系统。方法:采用ESDR6863-D-GW13、Air724等芯片构建系统硬件平台，并设计相应的设备间通信软件方案，结合OneNET云平台实现可视化监控界面。结果:利用载波通信技术、4G通信技术实现了设备间的可靠数据传输，能够通过云平台实现对母线槽连接处温度、湿度、电压参数的实时监测。实际测试显示，温度测量误差在3℃以内，湿度误差在5%以内，电压误差在5 V以内。相较现有基于载波通信的母线槽监测系统，本系统将温湿度检测与电压参数检测集成在同一个节点电路板上，避免了传统母线槽监测系统无法检测电压或多设备分立检测带来的弊端。结论:系统设备高度集成，无需额外电源供电，可实时监测多类参数并在异常时触发报警，方便维护和管理，具有巨大的市场应用价值。
基于改进ResNet50的天然气泄漏红外图像检测方法
汪时定;纪育博;王欢;金侃;聂荣山;蔡智辉;梁晓瑜;目的:针对天然气泄漏红外图像检测中泄漏区域与背景相似度高、形态多变、环境干扰强等问题，提出一种基于改进ResNet50的天然气泄漏红外图像检测方法。方法:采用改进多分支RepVGG模块重构特征提取网络，利用多分支结构训练以增强特征表达能力，并在推理阶段通过结构重参数化转为单分支结构，保证计算效率；构建ConVit模块，在主干网络引入多头自注意力机制，强化模型对泄漏区域与背景空间关联的建模能力；将ResNet50基准模型的全连接输出层替换为卷积层，减少参数量、降低计算复杂度并提升泛化能力。结果:在GasVid与IOD-Video数据集上的测试表明，所提方法检测准确率分别达到99.83%和99.80%,较基准模型分别提升1.32%和1.85%。结论:该方法可显著提升复杂场景下的特征表征能力，实现对天然气泄漏区域的精准检测。
气动肌肉仿生腿自适应非线性积分滑模控制研究
汪小峰;王丽娜;李成成;王斌锐;目的:针对气动肌肉仿生腿在轨迹跟踪过程中易受外部干扰影响等问题，提出一种基于牛顿-拉弗森优化(Newton-Raphson-based optimizer, NRBO)的自适应非线性积分滑模控制方法。方法:首先，设计一种含非线性饱和函数的积分滑模面，在抑制积分饱和现象的同时提高系统响应速度。其次，引入一种变指数趋近律，其系数能够根据滑模面的状态动态调整，并通过理论计算证明该趋近律的收敛时间更短。然后，利用自适应控制策略在线估计系统总扰动的上界，以消除外部干扰的影响。最后，利用NRBO算法对控制器超参数进行优化，进一步提升控制性能。结果:与积分滑模控制器相比，所提方法使髋关节的平均绝对误差(mean absolute error, MAE)和均方根误差(root mean square error, RMSE)分别降低了41.6%和19.5%,膝关节的MAE和RMSE分别降低了24.9%和4.1%。结论:所提控制方法有效提高了气动肌肉仿生腿的轨迹跟踪精度。
分布式光伏接入对变压器中性点过电压特性的影响研究
韦沅利;王颖;彭永康;蒋旭;邹国平;目的:量化分析分布式光伏接入对110 kV变压器中性点过电压特性的影响，并评估现有保护间隙与金属氧化物避雷器(metal oxide arrester, MOA)协同保护策略的适应性。方法:基于电磁暂态程序(alternative transients program-electromagnetic transients program, ATP-EMTP)仿真平台建立含分布式光伏的110 kV输电系统模型，对典型故障工况下变压器中性点的过电压响应进行仿真与分析。结果:分布式光伏接入后，变压器中性点过电压的分布特性发生明显变化。在单相接地故障中，光伏的持续馈电会将中性点电压由41.8 kV抬升至43.6～72 kV的保护间隙放电临界区，显著增加间隙误动的风险；在两相断线故障中，光伏的接入虽可降低中性点过电压幅值，但会使电压由72.02 kV下降并进入临界区，导致保护间隙动作的可靠性下降，增加绝缘配合失效的风险。结论:传统保护判据已难以适应光伏接入后中性点过电压的新特征。本文提出的基于幅值-时间双重判据的可控间隙保护策略，可有效避免临界区内的误动与拒动问题。
基于储能协同的配电网光伏承载能力提升与评估
陈琴;郭倩;郑迪;陈卫民;陈乐文;目的:研究通过储能协同提升配电网光伏承载能力的策略，并构建相应的综合评估体系，缓解高比例光伏接入对配电网造成的运行压力，为光伏的有序并网提供支撑。方法:考虑分布式新能源及负荷的不确定性，建立在电压、功率、储能安全运行等多重约束下，以最大化配电网分布式光伏承载能力为目标的优化模型。采用混沌鲸鱼优化算法求解模型，获得不同光伏接入场景下的最大可承载容量。最后，运用主客观组合赋权与逼近理想解的排序法评估模型，从安全性、经济性、灵活性三个维度对储能提升承载能力的效果进行综合评估。结果:仿真结果表明，在IEEE-33节点系统中引入储能协同后，光伏节点分散接入场景的承载容量平均提升了37.4%,显著优于节点集群接入场景10.6%的平均提升幅度。与无储能的基准场景相比，配置储能后各场景的综合评估得分最低值由0.42跃升至0.68,最高值达到0.84;其中，节点分散接入场景的平均综合评估得分为0.81,高于节点集群接入场景的0.73。结论:储能协同可显著提升配电网的光伏承载能力。相较于节点集群接入，将储能配置于光伏节点分散接入的场景中，无论在承载容量的提升幅度方面，还是在综合运行性能的评估得分方面均表现更优，体现了更佳的源-储协同增效作用。
基于增强型牛顿-拉弗森优化算法的电力电缆取能装置优化设计
汪浩杰;顾妙松;李国强;安斯光;目的:针对电力电缆在线监测装置的供能难题，提出了一种增强型牛顿-拉弗森优化算法，用于优化阶梯式磁感应能量收集装置的磁芯结构。方法:通过拉丁超立方抽样完成种群初始化，提升初始种群在搜索空间的分布均匀性；引入自适应非线性控制参数，增强算法前期全局搜索效率与后期局部最优规避能力；结合黄金正弦策略实现变量位置更新，强化算法探索性能，避免陷入局部最优。结果:在CEC2020标准测试集上，所提算法在多数测试函数中平均收敛精度显著优于原始牛顿-拉弗森算法；经优化后，阶梯式磁感应能量收集装置的感应电压幅值较传统装置提升25.96%,较未优化装置提升13.88%。结论:所构建的阶梯式磁感应能量收集装置与增强型牛顿-拉弗森优化算法，可有效提升电力磁感应能量收集装置的能量采集效率，为电力电缆在线监测设备的供能难题提供了可行技术方案。