ATR-FTMIR在线检测关键技术研究

衰减全反射傅里叶变换中红外（ATR-FTMIR）光谱技术作为一种过程分析手段，以其快速、准确、无损、无污染的独特优势，可以实现对发酵过程主要生化指标的在线检测。然而衰减全反射（ATR）采样技术以及发酵过程自身的特点给ATR-FTMIR在线检测带来了一些技术难题。本项目以谷氨酸发酵为研究对象，对这些关键性技术难题展开研究。研究内容包括：(1) 针对衰减全反射（ATR）采样技术本身固有的缺陷会给光谱测量带来的非线性效应，从其光学特性出发，研究具有我国自主知识产权的ATR校正算法；(2) 针对发酵过程中不同的非线性现象，研究通过不同非线性建模策略或方法之间的优化组合，构建鲁棒性和预测精度更高的混合非线性校正模型；(3) 针对发酵过程的时变性以及大量未标定和少量标定样本的构成特点，研究基于增量式半监督学习的在线建模方法。 2100433B

如何在复杂网络参数下界定闪变污染的责任者、快速检测闪变干扰是当前电能质量分析中的难题。本项目拟研究闪变快速、在线检测的关键技术，构建多闪变源检测与判别方法，具体包括：①建立较窄主瓣且有快速旁瓣衰减的Kaiser自卷积优化窗，采用Burg算法计算AR模型参数，构建AR谱估计和Kaiser自卷积优化窗改进FFT的包络信号谱分析方法，减小非同步采样造成的误差和包络信号频率、波形、幅值及数据长度等参数变化的影响；②从IEC闪变测量模型出发，简化各滤波处理流程，建立闪变值简化计算新方法，提出瞬时闪变量求解及闪变指标统计的新思路；③建立闪变功率计算模型，分析多闪变源情况下闪变干扰在电网检测点电源侧与负载侧的传递情况，推导复杂网络参数下闪变功率矢量与闪变源幅值、方向的相关性，构建基于功率流向与包络电压灵敏度向量相结合的闪变源判别方法。项目研究为闪变参数预估、闪变危害快速检测、闪变治理等提供新的研究思路。

项目的完成情况及取得成果概述如下： 1. 项目完成取得的创新成果： （1）针对复杂动态闪变信号，构建了改进Teager-Kaiser能量算子包络提取误差修正因子K，提出了改进能量算子改进Chirp-Z变换的闪变包络参数估计方法，为复杂包络信号谱分析提供理论工具。 （2）为实现闪变快速、在线检测的要求，在IEC推荐的闪变测量过程基础上，简化了平方检波滤波、带通滤波、加权滤波、平方处理及一阶平滑各滤波环节，推导了闪变参数计算简化处理流程，构建了基于改进Teager-Kaiser能量算子Nuttall窗谱校正的闪变值简化计算新方法，为闪变信号的包络参数提取、瞬时闪变量求解以及短时间闪变值Pst和长时间闪变值Plt的统计提供新的求解思路。 （3）为快速、准确地判别闪变源，能明确各方污染责任，实现针对性综合治理电能质量，构建了多支路的闪变源等效电路模型，提出了基于改进Teager-Kaiser能量算子计算闪变功率来判别闪变源的方法，有效实现单闪变源、多闪变源判别。 （4）在开展计算机仿真实验论证基础上，将所研究方法在嵌入式系统中实现，开发了基于ADS1178 TMS320C6745的新型电压闪变在线检测试验平台。 2. 项目完成取得的研究成果： （1）在本项目研究内容的基础上，主持申请并获得中国博士后科学基金项目、湖南省自然科学基金项目、湖南省科技计划项目各一项。 （2）在国内外高水平学术刊物和会议上发表学术论文9篇，被SCI收录1篇、EI收录7篇、CSCD论文1篇（均标注基金资助）。 （3）申请国家发明专利1项（已公开），获得实用新型专利1项、著作权2项，获得湖南省电力公司科技进步一等奖1项。 （4）参加国际学术会议交流1人次，赴加拿大多伦多大学参加国际合作交流1人次。 （5）依托项目研究，培养博士研究生1名，硕士研究生4名，博士后研究人员1名。 2100433B

针对现有的纳米尺度CMOS工艺偏差检测方法空间分辨率低、速度慢、成本高、难以在线检测等问题，本课题提出一种新的、可同时测量多种工艺参数偏差的检测电路及检测方法，通过研究纳米尺度晶体管阈值电压、漏电流、节点电压、温度、饱和电流和延时等工艺参数相互之间的影响关系，针对参数偏差而非参数绝对值设计新的偏差分布检测电路，以研究解决高空间分辨率和在线检测所必需的要求单个测试点测试电路面积足够小、设计简单、结果易输出的问题；提出通过多次施加不同种类和大小的激励，检测多种相互影响的工艺参数偏差响应的方法，并根据各种参数的相互影响关系，研究解决如何从检测数据中推导出工艺偏差分布的问题。本研究为纳米尺度高空间分辨率在线监测提供了一种全新、高效的检测方法，将对半导体新工艺的开发与成熟应用起到重要的推动作用。研究团队坚实的前期研究基础和多学科交叉的优势是本课题顺利开展和完成的保障。