一种中学物理实验中获得真空的系统及方法技术方案

本发明专利技术属于真空技术领域，公开了一种中学物理实验中获得真空的系统及方法，所述中学物理实验中获得真空的系统包括：供电模块、压强检测模块、气体浓度检测模块、主控模块、抽气模块、照明模块、设备故障诊断模块、显示模块。本发明专利技术通过气体浓度检测模块采用2.3μm～2.8μm连续可调单频光源，能够根据待测气体的最大吸收峰调解光源产生的光信号的波长，实现对多种具有不同吸收峰的气体进行测量；大大提高对气体浓度检测精度；同时，通过设备故障诊断模块采用组合分类方法实现了真空设备零部件故障的诊断，显著提高了故障诊断的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种中学物理实验中获得真空的系统及方法
本专利技术属于真空
，尤其涉及一种中学物理实验中获得真空的系统及方法。
技术介绍
真空是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态；原本是指虚空，即一无所有的空间。工业和真空科学上的真空指的是，当容器中的压力低于大气压力时,把低于大气压力的部分叫做真空；空气是指地球大气层中的气体混合，空气属于混合物，它主要由氮气、氧气、稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡、氢)，二氧化碳以及其他物质(如水蒸气、杂质等)组合而成。然而，现有中学物理实验中获得真空过程中，通过电化学方法测量气体浓度的误差较大，紫外吸收法的光源稳定性不好，近红外光谱法多采用的单一波长的光源，很难对多种具有不同吸收峰的气体进行测量；同时，对获得真空设备故障诊断缺乏高效的方法，有的算法缺乏通用性，有的算法精度不高，难以满足需求。同时现有技术中中学物理实验利用的气压计，容易受到温度的影响，降低检测的精度；传统的算法在数据处理中陷入局部收敛，使在物理实验中不能获得可靠的真空数据，降低了工作的效率；现有技术中中学物理实验所用的处理系统，不能对数据进行有效的聚类挖掘，从而降低了系统运行的速度；现有技术中中学物理实验中利用真空度传感器检测容器内部的真空度时，采用传统的补偿算法对检测的真空度数值进行补偿，不能有效降低测量误差，降低了补偿精度，得不到可靠的检测数值，导致抽气泵容易损坏。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有中学物理实验中获得真空过程中，通过电化学方法测量气体浓度的误差较大，紫外吸收法的光源稳定性不好，近红外光谱法多采用的单一波长的光源，很难对多种具有不同吸收峰的气体进行测量；同时，对获得真空设备故障诊断缺乏高效的方法，有的算法缺乏通用性，有的算法精度不高，难以满足需求。(2)现有技术中中学物理实验利用的气压计，容易受到温度的影响，降低检测的精度；传统的算法在数据处理中陷入局部收敛，使在物理实验中不能获得可靠的真空数据，降低了工作的效率。(3)现有技术中中学物理实验所用的处理系统，不能对数据进行有效的聚类挖掘，从而降低了系统运行的速度。(4)现有技术中中学物理实验中利用真空度传感器检测容器内部的真空度时，采用传统的补偿算法对检测的真空度数值进行补偿，不能有效降低测量误差，降低了补偿精度，得不到可靠的检测数值，导致抽气泵容易损坏。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种中学物理实验中获得真空的系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种中学物理实验中获得真空的方法，所述中学物理实验中获得真空的方法包括：第一步，对中学物理实验中获得真空的相关设备进行供电；第二步，控制抽气机抽取密封容器内的气体，在抽取的过程中，对密封容器内部的压力和气体浓度实时检测；第三步，根据检测的数据，判断密封容器内部是否达到了真空的数值；第四步，在获得真空的过程中，对抽真空设备随时的检测是否有设备故障的信息；第五步，通过照明灯为获取真空操作提供照明，利用显示器显示压强、气体浓度和设备运行状态。进一步，所述中学物理实验中获得真空的方法通过气压计检测密封容器压强数据，采用一种多种群协同进化的混合粒子群优化算法，具体包括以下步骤；步骤一，设置最大迭代次数和适应度误差阈值，以及人工免疫优化算法、混沌搜索算法和子维进化粒子群优化算法；步骤二，为混沌优化算法随机产生初始值Ca，为人工免疫优化算法和粒子群算法分别随机生成N各初始值，分别为Aai和Pai，i＝0，1，...，N-1，其中N为种群的规模，三个算法分别由智能Agent实现进化处理；步骤三，三个算法独立进化，Agent记录每种算法至今搜索到最优解；步骤四，如满足算法终止条件，算法终止，否则继续；步骤五，协同Agent依次获取每个Agent所保存的最优解并进行比较，获得当前最优解并保存。步骤六，协同Agent中保存的最优解将取代粒子群算法中的最优粒子，由粒子群算法在当前最优解附近进行搜索，跳转至步骤三。进一步，所述中学物理实验中获得真空的方法通过单片机控制各个模块正常工作，采用谱聚类算法，具体包括以下步骤：步骤一，计算邻接矩阵A∈RN×N，其中步骤二，构造矩阵其中D为对角矩阵，对角元素步骤三，计算L的k个最大的特征值所对应的特征向量X1，X2，...，Xk，构造X＝[x1，x2，...，xk]∈Rnxk；步骤四，对X中的每一行进行单位化处理，得出矩阵Y，即步骤五，将Y的每一行视为Rk空间的一个点，使用k-means算法或者也可以采用其他类型的聚类算法对其进行聚类；步骤六，若Y的第i行分配到第j类，则将原数据点Si也分到第j类。进一步，所述中学物理实验中获得真空的方法利用真空度传感器检测容器内部的真空度时，采用LSSVM补偿算法对检测的真空度数值进行补偿，其具体算法如下：式中，X为热偶规输出的电压信号；p为真空度；是核空间的映射函数，将输入数据映射到高维空间；b是偏差量；n为给定的样本数；为使补偿模型对样本数据拟合的累计误差最小，LSSVM采用下述代价函数：式中C＞0为惩罚因子，ei为补偿误差，是补偿模型的输出，pi是补偿模型输出的期望值；补偿模型可通过解式的最小值问题求得，上述最小值问题可用Lagrange法求解：式中，ω是权向量，b是偏差量；是核空间的映射函数，将输入数据映射到高维空间；为使补偿模型对样本数据拟合的累计误差最小，LSSVM采用下述代价函数；对式中ω、b、e、a求偏导且令其等于0，消去ω和e，得到线性方程组：由上式解出αi、b，得到LSSVM补偿模型：式中，函数是满足mercer条件的核函数，其核函数取径向基函数(RBF)：k(xi)(x1)＝exp(-||x-xi||/σ)。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述中学物理实验中获得真空的方法的中学物理实验中获得真空的系统，所述中学物理实验中获得真空的系统包括：供电模块，与主控模块连接，用于为中学物理实验中获得真空的相关设备进行供电；压强检测模块，与主控模块连接，用于通过气压计检测密封容器压强数据；气体浓度检测模块，与主控模块连接，用于通过气体检测仪检测密封容器内气体浓度数据；主控模块，与供电模块、压强检测模块、气体浓度检测模块、抽气模块、照明模块、设备故障诊断模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；抽气模块，与主控模块连接，用于通过抽气机抽取密封容器内的气体；照明模块，与主控模块连接，用于通过照明灯为获取真空操作过程提供照明；设备故障诊断模块，与主控模块连接，用于通过故障诊断电路诊断获得真空的相关设备故障信息；显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示压强、气体浓度数据。本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术通过气体浓度检测模块采用2.3μm～2.8μm连续可调单频光源，能够根据待测气体的最大吸收峰调解光源产生的光信号的波长，实现对多种具有不同吸收峰的气体进行测量；大大提高对气体浓度检测精度；同时，通过设备故障诊断模块采用组合分类方法实现了真空设备零部件故障的诊断，显著提高了故障诊断的精度。本专利技术中压强检测模块通过气压计检测密封容器压强数据的过程中，采用一种多种群协同进化的混合粒子群优化算法，为了避免容易受到温度的影响，能有效提高检测的精度；同时避免传统的算法在数据处理中陷入局部收敛，使在物理实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中学物理实验中获得真空的方法，其特征在于，所述中学物理实验中获得真空的方法包括：第一步，对中学物理实验中获得真空的相关设备进行供电；第二步，控制抽气机抽取密封容器内的气体，在抽取的过程中，对密封容器内部的压力和气体浓度实时检测；第三步，根据检测的数据，判断密封容器内部是否达到了真空的数值；第四步，在获得真空的过程中，对抽真空设备随时的检测是否有设备故障的信息；第五步，通过照明灯为获取真空操作提供照明，利用显示器显示压强、气体浓度和设备运行状态。

【技术特征摘要】
1.一种中学物理实验中获得真空的方法，其特征在于，所述中学物理实验中获得真空的方法包括：第一步，对中学物理实验中获得真空的相关设备进行供电；第二步，控制抽气机抽取密封容器内的气体，在抽取的过程中，对密封容器内部的压力和气体浓度实时检测；第三步，根据检测的数据，判断密封容器内部是否达到了真空的数值；第四步，在获得真空的过程中，对抽真空设备随时的检测是否有设备故障的信息；第五步，通过照明灯为获取真空操作提供照明，利用显示器显示压强、气体浓度和设备运行状态。2.如权利要求1所述的中学物理实验中获得真空的方法，其特征在于，所述中学物理实验中获得真空的方法通过气压计检测密封容器压强数据，采用一种多种群协同进化的混合粒子群优化算法，具体包括以下步骤；步骤一，设置最大迭代次数和适应度误差阈值，以及人工免疫优化算法、混沌搜索算法和子维进化粒子群优化算法；步骤二，为混沌优化算法随机产生初始值Ca，为人工免疫优化算法和粒子群算法分别随机生成N各初始值，分别为Aai和Pai，i＝0，1，...，N-1，其中N为种群的规模，三个算法分别由智能Agent实现进化处理；步骤三，三个算法独立进化，Agent记录每种算法至今搜索到最优解；步骤四，如满足算法终止条件，算法终止，否则继续；步骤五，协同Agent依次获取每个Agent所保存的最优解并进行比较，获得当前最优解并保存；步骤六，协同Agent中保存的最优解将取代粒子群算法中的最优粒子，由粒子群算法在当前最优解附近进行搜索，跳转至步骤三。3.如权利要求1所述的中学物理实验中获得真空的方法，其特征在于，所述中学物理实验中获得真空的方法通过单片机控制各个模块正常工作，采用谱聚类算法，具体包括以下步骤：步骤一，计算邻接矩阵A∈RN×N，其中步骤二，构造矩阵其中D为对角矩阵，对角元素步骤三，计算L的k个最大的特征值所对应的特征向量x1，x2，...，xk，构造X＝[x1，x2，...，xk]∈Rn×k；步骤四，对X中的每一行进行单位化处理，得出矩阵Y，即步骤五，将Y的每一行视为Rk空间的一个点，使用k-means算法或者也可以采用其他类型的聚类算法...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙思雅，李丽华，
申请(专利权)人：益阳玲智工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43