• 斯坦福/伯克利第三期暑期學術課程

  • 工程導論:李培根院士

  • 科学思维與研究方法:国家教学名师 余龙江教授

2018密苏里科技大学EMC LAB 暑期实习(10)

作者:時間:2018-09-26點擊數:編輯:劉豔紅

 

綜述

夏逝秋至,天氣轉涼。一夜的秋風吹醒了昨日的草,一個季節再次華麗謝幕,而留在背後的,只有長達兩月半的刻痕般腳印。這段時光裏,我們華科同學漸漸在各自的項目中找到了自己應有的位置,或軟或硬,或測試或編程,總之,忙起來了。“忙點好”,經常聽人這麽說道。若說起步時我們在仰望天上的星;那繁忙時,則只余下眼前的路。負重前行,或步履輕輕;惹蜂戲蝶,或目不斜視,但當小憩于亭,蓦然回首時,總會在綿密的世界線上添上一縷絲:“時間過的真快”。不久,我們將踏上歸程,回到我們故鄉的大地上,竟莫名生出些許感慨:“思歸,亦或懼歸”?今日中秋,陰而無月,但聞汽笛鳴響。


文 | 张中洋

跌宕起伏而收獲滿滿的一周。

本周伊始,在和張嶺學長仔細討論並規劃了PCB電路板優化布局的方案之後,我開始了向深度強化學習的進一步邁進。針對JimZurab教授提出的一些新的優化問題,我有針對性的編寫了數份代碼。但好景不長,由于這些代碼有很多公共部分,而這些公共部分的代碼需要不斷地叠代更新,這無疑會造成巨大的麻煩以及潛在的錯誤可能。爲了應對這個問題,我利用了Python類這個魔法棒將這些工程代碼神奇的合爲一體,每次只需在config表中改變一個參數即可。我和學長都對這個項目充滿了期待,甚至覺得這是一個學科中裏程碑式的進步。

同時,之前經過多周研討的通過深度學習對Linux系統中受到幹擾端口的特定項目終于拉開了帷幕。在Pommerenke教授的指導下,我和劉曉瑞學長迅速對數據的類型和協議達成了共識,邁出了項目的第一步。次日早上,學長將處理好的數據交付于我後,經過一天的奮力戰鬥,在天黑之前完成了整個代碼框架的搭建。經過簡單的幾輪訓練後,訓練集和測試集上的准確率竟然都達到了驚人的100%。雖然再經過了之前貝貝組的“100%大烏龍事件後我已經不敢輕易相信如此高的准確率,但是經過了仔細的分析後還是確認了這次的結果有很大可能性是真正的100%。首先是訓練集和測試集表現一致,另外是與巨大的數據量相對的只有3類的分類數目,和學長對大量數據進行了優質的打標。這次成功我認爲很大程度上得益于之前的不懈積累,因爲絕大部分代碼都直接源于之前辛苦構建的深度學習模板代碼,而它們的高質量和穩定性也使我可以更加集中注意力于數據的處理和模型的構建而不必分心于其他功能性代碼,模板代碼提供的諸多方便的功能也使得開發進度大大加快。

項目網絡圖

更加令人興奮不已的是,正在參加會議的Pommerenke教授將我的成果分享給了Google的相關部門研究人員之後,他們表示十分感興趣並且希望將同樣的方法應用到Android系統的電子噪音幹擾的特定上,以加強其穩定性。Pommerenke教授也提出了一些新的要求,十分期待該項目的後續進展。

但幾乎與此同時,在對PCB電路板優化布局項目的進一步思考中,我發現了一個令人無比沮喪的問題:我們的目標和方法存在著不可調和的沖突。深度強化學習雖然不需要預處理好的數據輸入,但是每次計算reward時都需要調用相關仿真代碼來判定這次的步驟對最終的阻抗是否産生了正向的影響,而這個過程需要耗費巨量的時間。從某種意義上來講,這也是對數據的需求。而優化布局這個問題的目標則是用最少的仿真數來獲得全局的最優值。爲了訓練好一個接受高維input的網絡,我們需要對每個點都進行多次的訓練,而當網絡訓練好的時候,我們早已找到了全局最優值,並且是以遠高于之前方法的代價找到的。此時,神經網絡已經沒有意義了。

我當即和張嶺學長進行了商討,雖然很不甘心,但是還是決定放棄了使用深度強化學習來解決PCB電路板優化布局問題的念頭,並把問題向Zurab教授做了如實的彙報。希望下周能夠想出更好的解決辦法。

另外就是論文了。本周終于在張嶺和孫澤兩位學長的指導下完成了初步的論文的修改工作。本周主要加入了孫澤學長負責的粒子仿真部分的介紹和公式推導,並且使用了Zotero這個軟件成功的完成了文獻的收集到引用一條龍的工作,掌握了公式的編號等問題的解決方法,總體來說還是收獲頗豐的。

下周就要考GRE了,盡力准備吧!(?´ ω?)

 


文 | 李姜帅

本周忙于參加周五的組會,要整理前面的所有內容,整合之後要理清思路制作PPT,基本上一個星期的時間全部花在這上面了。BSS項目進展擱置了一周,不過本來這個項目已經進入了再驗證階段,收尾工作應該會在一個星期內結束。

一開始整理這份PPT 時,發現自己已經做了好多好多東西,不僅是算法的論證,各種setup的搭建,還有制作各種各樣的小模塊,編寫VNA流程的codescope流程的code,各種儀器的熟練掌握,以及無數的measurement。那麽問題就來了:怎樣才能把這些繁雜的內容整合到一起,並且不會給人一種很亂的感覺呢?我制作的第一版PPT,一共45頁,每一頁都寫滿了內容,公式,measurement圖片,流程圖,等等,可以說是一個龐然尤物。初版發給遠卓學姐之後,反正不是她的孩子不知道疼,跟我砍了一大刀,最後第二版只留下來了30頁。她覺得我們應該注重于我們的思路,我們的算法的流程,已經我們論證的步驟,我受益匪淺。之後自己又在她的建議基礎之上,對PPT 的內容進行了細改,包括語言論述,著重點,圖片之間的關系,等等。又經過一天的修改,第三版PPT正式問世,第二版的壽命也不過一天。第三版,繼承了我和學姐的心血。然後已經是周三半夜了,准備在周四的時候自己試講幾遍,這樣周五就會穩一點。但是,事情總是出人意料的。

周四,我正在理清自己的思路,整理語言的時候,Victor走了過來,他問我time domain有沒有什麽樣的結果,我說我正忙于組會的東西,沒有在BSS 項目上push了。他笑了一下,說了聲OK,揚長離去。我內心的城府裏上演了宮心計:Victor肯定希望我更加注重與現在的項目,而不是去做與現在項目無關的東西,雖然現在已經到了收尾的階段,我覺得他還是希望我像以前一樣每天都能夠推進這個項目,保持以前的速度。所以我還是騰出了周四白天的全部時間,去做time domain的東西。讓我沒有意料到的是,time domain出奇的艱難,拿數據這一方面來說:做一次scan measurement需要從scope上面存入3.65GB的數據量,然後需要用MATLAB重組這些數據,原本是一組掃50個點得到50scope数据,一共六组;现在要将每一個scope數據複制擴大50倍,並且重新分配到50新的数组中,然后每一個新数据又要补零扩大512倍然後做等點的FFT運算,這意味著需要對接近200GB的數據做擴大512倍的FFT運算,運算時間可想而知。經過我簡單的初步計算,處理一次的時間大概是:1.5*50*1503小時。這還不算最關鍵的,關鍵的是,你處理完一次數據之後,對數據再做BSSresolving method算法處理之後,發現結果不對,這是最坑爹的了。結果不對意味這什麽,意味著你之前的步驟不對,這樣你就需要再來一遍,沒錯,再讓你的電腦跑3個小时去处理一個你不知道会不会对的东西,薛定谔的数据。好,这样就完了是吗?怎么可能,最最坑爹的是,你重新处理了四遍数据,花了接近13個小时,结果都不对,那种难受,你摸一下电脑你就知道,电脑有多难受,你就有多难受。好,最最最坑爹的就是,the most坑爹,你花了13個小时没有成功,然后你的mentor就會跑過來問你,你爲什麽花了這麽長的時間去做與組會PPT 無關的事情,把你狠狠地diss一遍,那難受,可想而知,算了,我只好認慫,愚蠢的人只能低頭。

接下來已經是半夜了,我在處理數據的間隙也練了7-8遍,学姐要我来到大教室,放投影仪直接讲一遍给她听,我非常紧张,我有個坏毛病,一紧张就膀胱蟹钳肌就开始打抖,这里一打抖就想方便,一想方便说不出话。但是,我的求生欲提醒我,你前面坐着的是远卓姐,再不开口,以后厕所都没得上...倏地,我吧啦吧啦地講了起來。在講的期間,進來了神雕瞎侶夫婦,和東哥,他們也在旁邊聽,之後也給了我很多建議。最後學姐和我對PPT做了最後的處理,第四版PPT終于在周五淩晨三點半問世了,那爲什麽不是最終版,而是第四版呢?這就要到周五才能解釋了。

周五上午,馬老板把我的頭剃成了呆子,嗯,沒錯,不是禿子,而是呆子,我無fuck說。周五300pm開組會,2.40pm,正在我緊張而又刺激的准備最後的演講的時候,Victor來了,他說要我去他的辦公室,他想看一下我的PPT,並且幫我改一下。我當時就蒙*了。但是,boss的呼喚你不得不去。好,我硬著呆子頭皮帶著我的第四版PPT走向他的辦公室,路上,我手上的U盘就像关押着南宋大将的囚船,第四版也只能伶仃洋里叹零丁。他‘帮我’改了几页,并且加了两页,又调整了一下讲的顺序,又替换了几個词,最终版PPT 256pm最終出爐,反正面目全非我都不知道怎麽講。戲劇性的一幕發生了,他沒有保存最終版PPT,他也沒有發現自己沒保存我就把裝著第四版PPTU盤拔了出來,第四版成功續命,最終版不過活在了我和Victor的記憶裏,不超過10秒,罷了,呵呵,當然我也不會懷念它,Victor也不會知道它走的無聲無息。

組會嘛,也就那樣,正常發揮,但是沒讓我預料到的是,最後問問題環節,正當我被別人刁難的時候,Victor進來了,他一人就像一頭雄壯的巨獸一樣,铿锵有力,字字珠玑,毛子獨有的嘲諷和蔑視全開,解決了所有人的問題,那一刻,我發現,空氣中彌漫著一股暧昧的氣息,或許,這就是父愛吧。

自己學到了很多,也認識到了自己的不足,那就老套路來結束吧,下周繼續加油。

 


文 | 马富为

测量实在是一种玄学,根本不知道自己测得的数据好不好,能不能从中得出较为理想的结果。之前建立的模型对于最后一個点位的电流值实在是太敏感了。最后一個位置的测量值稍微的波动,譬如频率分析仪上功率的零点几dBm的变化,都会导致所得源端电压幅值和阻抗的一個较大变化。在尝试了好几次测量之后,都没有得到令人十分满意的结果。

于是我將目光重新投向了模型本身,希望能夠進一步完善計算的模型,將對實測數據精度的要求進一步降低,增加對于數據誤差的容忍度。

之前的模型中,                 的求解是取的特殊點,即cable harness的末端最后一個位置。这個点的测量受到的干扰很大。

爲了充分利用更多的點,我們改變了求解                 的方法。

然後,在最小二乘法的准則下,盡可能的利用更多的數據點,得到估算誤差最小的解。如圖:

具體的證明過程篇幅較多,此處就不再贅述了。該方法大大提高了對于數據誤差的容忍度。趁著周末,趕緊多測幾組數據,來驗證一下新的方法是不是能夠幫助我們得到更好的數據處理結果。

 


文 | 彭年

本周依舊是做測試,做彙報工作。周二向EE的導師彙報了上周的工作後,總結出了一些問題。項目也快收尾了,老師讓我做slides進行presentation。下周組會時給老師和其他同學講講state estimation

另外,周四和google的組會。我們在檢測了各種放射源以及PRBS之後,才能開始我們的測量工作。之前是使用SG産生信號,使用一根天線在不同的plane 做網格測量,結果如下:

由于要使用两個放射源,需要使用PRBS産生同相或者反向的信號,這是測量PRBS的波形圖:

在測試了信號發生源,發射天線,接收天線之後,搭建好了實驗裝置。由于信號強度不穩定,比較弱,在接收端增加了放大器放大信號。得到了如圖所示的測量結果:

好了,接下來就需要用這些測量結果去建立模型。使用磁偶極子和電偶極子去分析信號源周圍的場環境。

實驗平台

 


文 | 张秀珍

这周我主要完成了两個测试,第一個测试使用不同的天线分别作为发射天线和接收天线,测量在发射天线和接收天线的不同垂直距离下,發射天線的工作波形的扩散范围和强度,通过此实验验证了猜想,在距离越远时,强度越小,且符合波形的衰减规律,并且波形的扩散范围越大。由此可以保证整個实验的set up是正确的,如此才能進行下一步的实验。接下来的实验則是利用PRBS Generator来产生随机信号,可以设定信号的频率和高低波形的個数以及幅值,这一信号在频谱分析仪中呈现sinc函數的波形,我們挑選了處于中間的較高強度的頻率值來獲得寬帶信號。與上一步相同的是,我們依舊需要測量不同的垂直高度下,需要獲得in-phaseout-phase情况的波形和强度,如此我们需要两個发射天线来实现这一功能。PRBS Generator可以产生两個香味相反的波形,通过测量三种情况:发射天线1發射波形1,發射天線2發現波形2,發射天線12分别發射波形1和波形2,波形1和波形2則是PRBS産生的反相的波形,由此可以得到out-phase的情況。但是仍然存在部分問題,因爲PRBS和天線之間相連的cable必須控制長度來保證長度是相同的,否則由天線發出來的波形可能不是反相的。

中秋節也馬上到了,盡管不在國內,但是我和年打算一起去中國超市購買原料來學做月餅,做給大家吃。

 


文 | 彭哲坤

时间过得飞快,这一周我们主要做的就是整体调试和细节改造。在一個大型机械架构上要做的调整有很多,主要影响我们的就是线的走向和时间问题,本周主要任务就是完成这個架构,下周即可开始测量。

虽然很想抱怨,但是我们的这個项目确实十分地艰难,其本身最主要的难点就是机械结构,同时还有很多未知的东西需要我们整理(光信号传输等)。本周最大的收获就是彻彻底底当了一次木匠,做了很多直角器和延伸器,钻了很多孔。周三十分大胆地把整個Setup中最關鍵的一根長2m的支撐管給拆了下來,所幸替代支撐的小木桌還是很給力的,支撐到了我把支撐管改好的那一刻。

在進行马达来回测试的时候发现马达轮的走线在松开时很容易走偏,我们最后的想法是用两個圆勾导向,用一個小重物挂在两個圆勾中间,这样在松的时候线就会沿着重物方向松,紧的时候小重物也不会影响到线的走向(用的是Ferrite)。另外就是這一周更加熟悉matlabArduino的操作了。

加上馬達的setup

生活上還是很單調地在住的地方和lab来回跑,主要还是希望能够尽快完成任务,另外因为小帕这一周出差,希望在他回来之前给他一個尽可能完善的se

tup吧。忙裏偷閑在麥當勞前享受著涼爽的秋風和美景。



秋天的雲


文 | 徐扬

1.1 Automatic tribo-charging test system

機械臂下周二到(API公司“成功”地又拖延了一周o(╥﹏╥)o),小帕教授交给我们個任务做個抽屜,没错,真的是抽屜╮(─▽─)╭。考虑到机械臂的运动范围是一個扇形的圆环,其运动范围有限,而实验设备及DUT等要占用很大的地儿,所以如何利用有限的空间是個值得细酌的问题。于是小帕教授指出可以做個抽屜,每一层放置不同的DUTiPad和不同壳的组合),这個装置整体放在机械臂运动范围外,每次取DUT时让机械臂拉开一层抽屜并取出里面放置的DUT,取出之后再关上抽屜,这样就可以省下放置多個DUT的裝置的空間了,還是很可觀的(小帕教授總有些新奇的想法~)。

虽然抽屜的结构并不复杂,但从无到有的过程总有不少小困难。主要组件有:铝板,滑轮轨道。买的是1m*2m3mm厚的鋁板,確定每塊鋁板的尺寸後到學校裏的加工間去切(lab裏的工具不能勝任此等厚度鋁板的快速、精確切割)。螺絲、滑軌尺寸選擇、購買等問題主要向Kinney請教,Kinney原是大學教師,退休後到lab來發揮余熱,歲數不小了,但很有活力,幫助維護lab裏大大小小的工具,經常幫大家搭建setup。买小零件之类的比较麻烦,得填個表(要把所有买的东西的编号填上,还得教授签字确认),为了买螺丝和L型軌道就去Lowe’s跑了兩趟。在組裝的過程中Kinney教给我们很多小技巧,比如打孔定位(打孔是最费时间又需要很精确的工作,先用打孔器敲個点,那么钻孔时就不会跑偏了)。有时不同层的板子长度有些差别,导致拉开屉底板的力度不一,有的很难拉开,挺伤的,后来用垫片适当调整宽度才勉强解决了。这小东西挺考验耐心的 ̄▽ ̄。

 





                       


随机械臂运来的还有個很大的實驗平台,得把climate chamber拆面牆才能把它搬進去,估計還需要擴建,趁chamber还完好,拍個照纪念一下(看得出来,这货也是DIY的)。

 

1.2 Common mode choke

上周在采用ADS電路仿真以再現100 MHz附近的諧振過程中,僅得到很微弱的諧振,或者得到的諧振點偏離目標點太遠而不可取。于是對Leakage inductance (equivalent inductance for flux not penetrating the core), EPR (inductive loss equivalent as parallel resistance), EPC (parallel capacitance of single coil), CW (capacitance between two coils), L0 (coil inductance)等参数進行调参,不仅仅是器件值需要调整,元件位置对其谐振也有很大的影响。通过加入leakage inductance (L6), 順利得到了100 MHz附近的諧振,並發現增大leakage inductance,



                            


EPC, L0都會減小諧振頻率。

 

 


電感磁環u值是近阶段的主要攻坚对象,通过测量其阻抗值來提取这两個参数。

 

在內環和外環塗上了銀漆,這樣可以杜絕測量面與磁環表面的空氣對測量的影響。在提取的過程中,分兩步,首先在CST模型中嘗試通過仿真以探討各參數對磁環阻抗的影響。在CST模型中,先僅采用frequency dependent ?運用1st order Debye model來觀察影響,再采用frequency dependent u並觀察其對磁環阻抗的影響。在這兩步中采用低頻部分采用RC模型,高頻采用RL模型,協助分別調整?u的值。之後結合frequency dependent ? and u並與測量結果對比,結果顯示提取的?值比較接近,但u值仍需改進。

 


文 | 杨光

還有三周要回國了,更加想念國內的日子。這周的工作進展非常大,做了一套完整的GUI展示三維場強,完成了大部分victor对于我整個三個月的任务,可以算是基本上提前完成任务。周五看了李姜帅的presentation,感覺下周要輪到我了,有點緊張。下周的任務是配置好vnamatlab的鏈接保證數據的穩定收發。途中,victor提出了两個问题,第一是太慢,第二是不够清晰。太慢是因为代码是随机采样了300個点计算出电磁场分布,计算分布本来就慢,然后还算了300次,算完後還要計算傅裏葉變換和反變換,結果就超級慢。不夠清晰是因爲當rtabmap掃描時,對于太近的物體掃描會變成黑色,自動刪除,于是無法展示。如圖,最後的項目如圖。

 


文 | 王晓纤

這周我的工作主要是閱讀鋁電解質電容性質的論文,重新測量鋁電解質電容和初步學習Q3D

論文沒提到怎麽提取等效電路的參數,但是有講鋁電解質電容的組成和基本性質。由于電解質溶液隨溫度變化明顯,電容的阻值會隨溫度和頻率變化明顯。之前鋁電解質電容的impedance測量數據在100k頻率附近呈現平坦的趨勢。在這方面我詢問了睿傑學長,他讓我重新測量,並在我校准後幫我檢查setup。他也做了一些高级操作,比如开四個视图,直接impedancephaserealimag一起觀察。再次測量還是有平坦的趨勢,他提出了一種可能的等效電路,但tune參數後也不理想。在周三晚和sponsor開會時,Dr Kim也提到是因爲ESRR太大,所以曲線被拉地平坦。因爲在100k附近的諧振,並不是由電容本身造成的,所以我們想測量100k以下的情況,但EMC lab並沒有滿足要求的儀器。所以在周五下午,純宇帶我去campusToomey Hall的实验室测量,但由于下午三点開組會,而且Toomey Hall實在是太大了,時間匆忙而沒有測成。純宇指出dut中几個铝电解质电容都是属于滤波电容,对等效电路的精确度要求并不高,也可以只用简单的RLC串聯電路等效。

因爲已經完成了cmc建模的工作,純宇建議我學習Q3D來提取trace的寄生電容。車暢是電科的實習生,他之前一直在做Q3D提取寄生參數的工作,于是我就請教車暢同學。他建議我先看懂整塊電路板,找出我要負責的那一部分。在ansys中打開電路板文件後,裁剪出我的部分後,導出到Q3D

在周六,我去了圣路易斯的动物园。與国内动物园区别比较大的一点就是,每只动物居住的地盘很大,與动物的距离很近。整個动物园占地面积巨大,全是植被覆盖,所有的园区逛下来大约得三小时。它按地区分类,在非洲区有大象和河马等动物,此外我还看到了火烈鸟,长颈鹿,豹子,狮子,北极熊和企鹅等等。还令人记忆犹新的一点是,所有指示牌都充满创意,非常适合小朋友阅读。

 

 

 

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