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【学会优博】程思源:基于多孔介质的液环式角加速度计模型构建研究

编辑: 澳门堵场网址 发布日期: 2019-12-20 浏览量:

 

获奖学会:中国指挥与控制学会

  

博士论文主要内容及创新点

 

  研究背景

  

  角运动作为自然界中物体运动的一种基本形式广泛存在于生产生活中。目前,针对载体角位移和角速度的测量技术已基本成熟。相比之下,对于角加速度的测量方法研究尚处初期阶段,相关的测量技术、手段、标准都不完善,然而在航空航天、交通运输、工业生产、无人系统等应用领域都存在大量对角加速度直接测量的应用需求。

  从 20 世纪 50 年代开始,俄罗斯(前苏联)和美国的研究人员开始对液环式角加速度计进行研究,在理论基础、工艺设计、系统集成等方面都进行了大量的探索性工作,其产品达到了较高的性能,在各领域得到了应用。从 20 世纪 90 年代开始,我国的研究人员也开始研究该种角加速度计,但由于发达国家对我国的技术封锁,我国的研究人员缺少基础理论研究的支撑,导致我国生产的工程样机性能一直难以提高。针对这种现状,对基于多孔介质的液环式角加速度计的信号产生机理进行研究,建立其理论模型,提出角加速度计优化设计方法,提高工程样机性能。

  

  研究内容

  

  液环式角加速度计中动-压转换过程理论模型的建立和验证。

  液环式角加速度计固相转换器渗透率改进模型的建立及验证。

  基于毛管束模型的液环式角加速度计压-电转换过程稳态模型的建立。

  研究液环式角加速度计中壁面效应对压-电转换过程的影响。

  研究液环式角加速度计的状态空间模型和噪声特性。

  

主要创新点及学术影响

  

  主要创新成果:

 

  为突破国内在液环式角加速度计领域的研究瓶颈,针对一种基于多孔介质的液环式角加速度计进行理论研究,在对该种角加速度计进行机理研究,得到整机模型的同时,提出传感器优化设计方法。主要创新点有:

  1. 首次提出了描述动-压转换过程的瞬变流模型,设计特征线法求解,自研实验样机完成模型验证。基于该模型分析了传感器多个结构参数对其性能的影响。

  2. 深入分析了多孔介质经典渗透率模型的主要误差来源,建立了转换器的改进渗透率模型,可准确计算各种微珠配比转换器的渗透率。

  3. 建立了毛管束模型描述压-电转换过程,提出了转换器中毛管管径分布参数的估计方法,可同时计算zeta电势、渗透率和流动电势耦合系数。首次考虑壁面效应以改进毛管束模型,得出流动电势耦合系数的径向分布特性,指导了电极设计。

  4. 建立液相质量体的多自由度模型以等效瞬变流模型,并首次得出液环式角加速度计的整体状态空间模型。

  在论文研究的理论成果的指导下,该种传感器新型样机的带宽提高了3倍,环腔直径减小到原来的30%。

  

  学术影响:

  

  博士期间在角加速度计领域的研究具有高度前沿性,研究工作理论扎实、结论实用,具有重大的理论和工程意义,直接提升了我国在该领域的研究水准和工程能力。课题的研究取得了丰硕的成果,在博士期间共发表SCI论文5篇,其中顶级SCI论文1篇,三区SCI论文4篇,发表或收录EI论文5篇,获得发明专利授权3项。读博期间获得多项荣誉和奖励,包括研究生国家奖学金、“挑战杯”大学生科技作品竞赛全国一等奖、日内瓦国际发明展银奖、优秀研究生等。

  

  

  学术成果:

  

  Siyuan Cheng, Mengyin Fu and Francis A.Kulacki. Characterization of a Porous Transducer using a Capillary Bundle Model: Permeability and Streaming Potential Prediction[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018, 118: 349–354. (SCI二区Top, IF="3.891)

  Siyuan Cheng, Mengyin Fu, Meiling Wang and Francis A.Kulacki. The Influence of Tube Wall on Fluid Flow, Permeability and Streaming Potential in Porous Transducer for Liquid Circular Angular Accelerometers[J]. Sensors & Actuators A: Physical, 2018, 276: 176–185. (SCI三区, IF= 2.311)

  Siyuan Cheng, Mengyin Fu, Meiling Wang, Li Ming, Huijin Fu and Tonglei Wang. Dynamic Fluid in a Porous Transducer-Based Angular Accelerometer[J]. Sensors, 2017, 17(2): 416. (SCI三区, IF="2.475)

  Siyuan Cheng, Mengyin Fu, Meiling Wang, Xiang Li, Meifeng Xiao and Tonglei Wang. Modeling for Fluid Transients in Liquid-circular Angular Accelerometer[J]. IEEE Sensors Journal, 2017, 17(2): 267-273. (SCI三区, IF="2.617)

  Mengyin Fu, Siyuan Cheng, Meiling Wang, Li Ming and Tonglei Wang. Permeability Modeling for Porous Transducer of Liquid-circular Angular Accelerometer[J]. Sensors & Actuators A Physical, 2017, 257: 145-153. (SCI三区, IF="2.311)

  Siyuan Cheng, Meiling Wang, Xiang Li, Meifeng Xiao, Mengyin Fu and Xin Zheng. Transfer Function of Fluidic System in Liquid-circular Angular Accelerometer[100]. IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings. 2016:1-5( EI 检索)

  Meiling Wang, Xiang Li, Siyuan Cheng, Mengyin Fu and Meifeng Xiao. Experimental Model Identification of Liquid-circular Angular Accelerometer using Subspace Method[100]. Chinese Control Conference. 2016: 2218-2222.( EI 检索)

  Ke Ning, Meiling Wang, Siyuan Cheng and Li Ming. Frequency-dependent Streaming Potential Experiments of Porous Transducer in Liquid Circular Angular Accelerometer[100]. IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings. 2018:1-6.( EI 检索)

  Ke Ning, Meiling Wang, Siyuan Cheng, Li Ming and Xin Zheng. Liquid-circular Angular Accelerometer: A Review[100]. Chinese Control Conference, 2018: 4888-4893. ( EI 检索)

  Mengyin Fu, Meifeng Xiao, Meiling Wang, Siyuan Cheng and Xiang Li. Particle Detection of Porous Media using Scanning Electron Microscope Images[100]. Eighth International Conference on Digital Image Processing. 2016:100334R.( EI 检索)11. Li Ming, Meiling Wang, Tong Liu, Siyuan Cheng, Mengyin Fu and Tonglei Wang. Electrokinetic Experiments of Porous Transducer in Liquid Circular Angular Accelerometer[100]. IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference. 2017:1-6.( EI 检索)

  

  其他成果:

  

  付梦印, 程思源, 王美玲, 肖梅峰. 一种圆柱形微流道中电势分布数值的获取方法: 中国, ZL104850749B[P]. 2017-09-01.(已授权)

  付梦印, 程思源, 王美玲, 明丽, 李响, 肖梅峰. 一种多孔介质渗透率的确定方法: 中国, ZL105628586A[P]. 2018-04-12. (已授权)

  王美玲, 李响, 付梦印, 程思源, 肖梅峰, 明丽. 一种多孔介质动-压转换特性测量装置: 中国, ZL105675257A[P]. 2016-06-15. (已授权)

  王美玲, 傅荟瑾, 付梦印, 李响, 程思源. 液环角加速度计的设计方法及其动-压过程建模方法: 中国, ZL107818225A[P]. 2018-03-20. (已公开)

  王美玲, 傅荟瑾, 付梦印, 程思源. 一种 XXX 动压过程建模仿真方法: 中国, 国防发明专利 [P]. (已受理)

  王美玲, 郭若愚, 程思源, 明丽, 宁可, 傅荟瑾. 一种快速确定多孔介质表征单元体积尺寸的方法: 中国, 201710805196.5[P]. 2017-09-08. (已受理)

  王美玲, 傅荟瑾, 宁可, 刘彤, 程思源, 明丽, 郭若愚. 一种多环液环角加速度计: 中国, 201710512252.6[P]. 2017-06-28. (已受理)

  王美玲, 宁可, 傅荟瑾, 付梦印, 程思源, 明丽, 郭若愚. 一种动态流场下多孔介质的压电转换特性测量装置: 中国, 201710832631.3[P]. 2017-09-15. (已受理)

  

  获奖情况:

  

  2017 年, 2018 年,获博士研究生国家奖学金。

  2017 年, 2018 年,分别获工信部创新奖学金一等奖(第一作者),二等奖(第二作者)。

  2014 年,担任“智能地面移动机器人创新团队”负责人,获全国首批“小平科技创新团队”荣誉称号(第一作者)。

  2014 年,在日内瓦国际发明展中获得“银奖”和“个人特别奖”(第一作者)。

  2013 年,在第 13 届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中获得“全国一等奖”,北京市特等奖(第一作者)

  2013 年,在第 6 届全国大学生创新创业年会上获得“我最喜爱的项目”和“最佳创意项目”(第四作者)。

  

  国际化培养:

  

  2016年9月-2017年10月,美国明尼苏达大学,机械工程系,国家公派联合培养博士生。

  

  心得体悟:

  

  在科研道路上,兴趣为你领航,耐心祝你前行

  

  个人简介:

  

  程思源,1992年2月出生于安徽省宣城市,2009年-2013年就读于澳门堵场官方网站自动化学院,2013年-2019年在自动化学院导航制导与控制方向本科直博,师从付梦印教授。2016年9月获国家留学基金委(CSC)国家建设高水平大学公派研究生项目资助,赴美国明尼苏达大学联合培养1年。2019年3月博士毕业后就职于北京华为数字技术有限公司诺亚方舟实验室。