工程技术大学学报

腕戴式低功耗无线心率监测装置的研制

周聪聪，涂春龙，高云，等

摘要：研制新型的基于双通道脉搏传感的腕戴式无线低功耗心率实时监测装置。根据人体腕部生理解剖的特点，提出桡动脉、尺动脉双通道脉搏波及差分信号同步检测的新方法。研制了集传感器、调理电路、微处理器、通讯、自动增益算法和心率算法等软、硬件部件于一体的小型化装置。电路系统测试表明：在待机和工作模式下的平均工作电流分别约为10和300 μA；对10名男性在休憩状态下的心率进行3 h的连续动态监测，将测试结果与标准动态心电图记录的数据进行比较，结果表明，心率测量的算术平均误差约为0.3 BPM。心率，特别是静息心率，是衡量心血管疾病的一个重要指标。本文设计研制了一种新型的基于双通道脉搏传感的腕戴式无线低功耗心率实时监测装置。首先，在传感检测方法上，提出了桡动脉、尺动脉双通道脉搏波及其差分信号同步检测方法，并通过实验验证了其对轻微运动具有一定的抗干扰能力；其次，在算法研究中，设计了AGC算法和心率算法，根据PPA和PPS标准差的差异实现了对腕表空载、静息和运动3种状态的正确识别；再者，电路测试表明该集成一体化装置具有较好的低功耗性能；最后，通过对比测试，表明该装置对休憩状态下的心率检测有较好的精度。然而，在本研究中系统也存在一定的不足和有待进一步改进和研究的地方。主要是脉搏信号检测算法中，采用取10 s信号最大值的0.8倍作为阈值，并将小于该阈值的数据置零，这样处理使得系统容易受一过性突发干扰的影响。系统自动增益的调整时间是固定的，可能导致对信号增益的瞬态调整不能及时响应。通过进一步改进和完善，该装置有望广泛应用于人体心率生命体征的长期实时监测，如进一步添置其定位功能，则此装置将在战场救护，野外搜救等特殊场合下具有广阔的应用前景。

来源出版物：浙江大学学报（工学版）, 2015, 49(4):798-805

入选年份：2017

液压挖掘机回转制动能量回收系统

管成，徐晓，林潇，等

摘要：为了回收液压挖掘机在回转阶段的制动能量，提出一种基于回转马达进/出口压力差自动识别回转过程所处阶段，决策能量回收的全液压自动控制回转制动能量回收系统。引入正态分布函数，以蓄能器压力状态（SOP）、液压泵出口压力以及负流量反馈压力为输入信号，根据负载的实时需求功率，提出一种以复合恒功率-负流量动力控制决策发动机和蓄能器主辅动力源的能量分配方法，保证回转机构的正常高效运转。仿真结果表明，当回转系统作为单独执行机构时，采用该回收系统的液压挖掘机，能够实现高达 50.0%的再生制动能量用于驱动回转的能量回收利用效率，在相同工况下比同吨位液压挖掘机节能16.3%，不影响操作习惯和操作性能。液压挖掘机作为工程机械的重要装备之一，其工作环境恶劣、能耗大、尾气排放严重，节能降排研究是该领域的研究热点和难点。挖掘机回转机构减速制动力矩大，频繁的回转动作势必产生巨大的回转制动能量。据统计，液压挖掘机回转机构的回转时间约占整个工作循环时间的50%～70%，耗能占总能量的25%～40%，回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的30%～40%。当前，回转制动能量多以热能形式散失，引起液压系统的发热，降低了回转机构的工作性能，更会影响系统工作寿命。对回转制动能量进行回收和再利用，不但在节能上具有可观的经济价值，而且能有效延长挖掘机液压系统的寿命、提高系统工作性能。 目前国内外关于挖掘机回转液压系统的制动能量回收系统设计与控制策略方面有了一定的研究，但一般都采用油电混合动力系统。以超级电容和蓄电池为储能元件的油电混合动力技术，存在如下几项显著缺点：1）蓄电池功率密度低，只有30～100 W/kg，不能很好满足挖掘机瞬时大功率的需求；2）系统能量转换环节多，整体能量回收释放效率难以大幅度提高。而采用液压蓄能器作为储能装置，保持其单一的液压能形式，不需进行能量转换，且液压蓄能器的功率密度可达到500～1000 W/kg，与挖掘机瞬间需求大功率的工况相匹配。另外，蓄能器还具有使用寿命长，成本低的优势。国外混合动力汽车的研究表明，采用蓄能器可实现再生制动能量用于驱动车辆的效率达到61%，而油电混合动力传动只有17%左右。综上所述，以液压蓄能器作为储能装置进行回转制动能量回收，是实现挖掘机高效节能的有效途径。本文提出一种以液压蓄能器作为储能装置，采用全液压自动控制回转制动能量回收的系统，以蓄能器 SOP（the state of pressure）、液压泵出口压力以及负流量反馈压力为输入信号，引入了正态分布函数，并根据负载的实时需求功率，以复合恒功率-负流量动力控制决策发动机和蓄能器主辅动力源的能量分配方法，能够实现制动能量的回收和再利用，在不影响操作习惯和操作性能的前提下能保证回转机构正常高效作业。

来源出版物：浙江大学学报（工学版）, 2012, 46(1):142-149

入选年份：2017