• 斯坦福/伯克利第三期暑期学术课程

  • 工程导论:李培根院士

  • 科学思维与研究方法: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:时间:2018-09-26点击数:编辑:刘艳红

 

综述

夏逝秋至,天气转凉。一夜的秋风吹醒了昨日的草,一个季节再次华丽谢幕,而留在背后的,只有长达两月半的刻痕般脚印。这段时光里,我们华科同学渐渐在各自的项目中找到了自己应有的位置,或软或硬,或测试或编程,总之,忙起来了。“忙点好”,经常听人这么说道。若说起步时我们在仰望天上的星;那繁忙时,则只余下眼前的路。负重前行,或步履轻轻;惹蜂戏蝶,或目不斜视,但当小憩于亭,蓦然回首时,总会在绵密的世界线上添上一缕丝:“时间过的真快”。不久,我们将踏上归程,回到我们故乡的大地上,竟莫名生出些许感慨:“思归,亦或惧归”?今日中秋,阴而无月,但闻汽笛鸣响。


文 | 张中洋

跌宕起伏而收获满满的一周。

本周伊始,在和张岭学长仔细讨论并规划了PCB电路板优化布局的方案之后,我开始了向深度强化学习的进一步迈进。针对JimZurab教授提出的一些新的优化问题,我有针对性的编写了数份代码。但好景不长,由于这些代码有很多公共部分,而这些公共部分的代码需要不断地迭代更新,这无疑会造成巨大的麻烦以及潜在的错误可能。为了应对这个问题,我利用了Python类这个魔法棒将这些工程代码神奇的合为一体,每次只需在config表中改变一个参数即可。我和学长都对这个项目充满了期待,甚至觉得这是一个学科中里程碑式的进步。

同时,之前经过多周研讨的通过深度学习对Linux系统中受到干扰端口的特定项目终于拉开了帷幕。在Pommerenke教授的指导下,我和刘晓瑞学长迅速对数据的类型和协议达成了共识,迈出了项目的第一步。次日早上,学长将处理好的数据交付于我后,经过一天的奋力战斗,在天黑之前完成了整个代码框架的搭建。经过简单的几轮训练后,训练集和测试集上的准确率竟然都达到了惊人的100%。虽然再经过了之前贝贝组的“100%大乌龙事件后我已经不敢轻易相信如此高的准确率,但是经过了仔细的分析后还是确认了这次的结果有很大可能性是真正的100%。首先是训练集和测试集表现一致,另外是与巨大的数据量相对的只有3类的分类数目,和学长对大量数据进行了优质的打标。这次成功我认为很大程度上得益于之前的不懈积累,因为绝大部分代码都直接源于之前辛苦构建的深度学习模板代码,而它们的高质量和稳定性也使我可以更加集中注意力于数据的处理和模型的构建而不必分心于其他功能性代码,模板代码提供的诸多方便的功能也使得开发进度大大加快。

项目网络图

更加令人兴奋不已的是,正在参加会议的Pommerenke教授将我的成果分享给了Google的相关部门研究人员之后,他们表示十分感兴趣并且希望将同样的方法应用到Android系统的电子噪音干扰的特定上,以加强其稳定性。Pommerenke教授也提出了一些新的要求,十分期待该项目的后续进展。

但几乎与此同时,在对PCB电路板优化布局项目的进一步思考中,我发现了一个令人无比沮丧的问题:我们的目标和方法存在着不可调和的冲突。深度强化学习虽然不需要预处理好的数据输入,但是每次计算reward时都需要调用相关仿真代码来判定这次的步骤对最终的阻抗是否产生了正向的影响,而这个过程需要耗费巨量的时间。从某种意义上来讲,这也是对数据的需求。而优化布局这个问题的目标则是用最少的仿真数来获得全局的最优值。为了训练好一个接受高维input的网络,我们需要对每个点都进行多次的训练,而当网络训练好的时候,我们早已找到了全局最优值,并且是以远高于之前方法的代价找到的。此时,神经网络已经没有意义了。

我当即和张岭学长进行了商讨,虽然很不甘心,但是还是决定放弃了使用深度强化学习来解决PCB电路板优化布局问题的念头,并把问题向Zurab教授做了如实的汇报。希望下周能够想出更好的解决办法。

另外就是论文了。本周终于在张岭和孙泽两位学长的指导下完成了初步的论文的修改工作。本周主要加入了孙泽学长负责的粒子仿真部分的介绍和公式推导,并且使用了Zotero这个软件成功的完成了文献的收集到引用一条龙的工作,掌握了公式的编号等问题的解决方法,总体来说还是收获颇丰的。

下周就要考GRE了,尽力准备吧!(´ ω)

 


文 | 李姜帅

本周忙于参加周五的组会,要整理前面的所有内容,整合之后要理清思路制作PPT,基本上一个星期的时间全部花在这上面了。BSS项目进展搁置了一周,不过本来这个项目已经进入了再验证阶段,收尾工作应该会在一个星期内结束。

一开始整理这份PPT 时,发现自己已经做了好多好多东西,不仅是算法的论证,各种setup的搭建,还有制作各种各样的小模块,编写VNA流程的codescope流程的code,各种仪器的熟练掌握,以及无数的measurement。那么问题就来了:怎样才能把这些繁杂的内容整合到一起,并且不会给人一种很乱的感觉呢?我制作的第一版PPT,一共45页,每一页都写满了内容,公式,measurement图片,流程图,等等,可以说是一个庞然尤物。初版发给远卓学姐之后,反正不是她的孩子不知道疼,跟我砍了一大刀,最后第二版只留下来了30页。她觉得我们应该注重于我们的思路,我们的算法的流程,已经我们论证的步骤,我受益匪浅。之后自己又在她的建议基础之上,对PPT 的内容进行了细改,包括语言论述,着重点,图片之间的关系,等等。又经过一天的修改,第三版PPT正式问世,第二版的寿命也不过一天。第三版,继承了我和学姐的心血。然后已经是周三半夜了,准备在周四的时候自己试讲几遍,这样周五就会稳一点。但是,事情总是出人意料的。

周四,我正在理清自己的思路,整理语言的时候,Victor走了过来,他问我time domain有没有什么样的结果,我说我正忙于组会的东西,没有在BSS 项目上push了。他笑了一下,说了声OK,扬长离去。我内心的城府里上演了宫心计:Victor肯定希望我更加注重与现在的项目,而不是去做与现在项目无关的东西,虽然现在已经到了收尾的阶段,我觉得他还是希望我像以前一样每天都能够推进这个项目,保持以前的速度。所以我还是腾出了周四白天的全部时间,去做time domain的东西。让我没有意料到的是,time domain出奇的艰难,拿数据这一方面来说:做一次scan measurement需要从scope上面存入3.65GB的数据量,然后需要用MATLAB重组这些数据,原本是一组扫50个点得到50scope数据,一共六组;现在要将每一个scope数据复制扩大50倍,并且重新分配到50新的数组中,然后每一个新数据又要补零扩大512倍然后做等点的FFT运算,这意味着需要对接近200GB的数据做扩大512倍的FFT运算,运算时间可想而知。经过我简单的初步计算,处理一次的时间大概是:1.5*50*1503小时。这还不算最关键的,关键的是,你处理完一次数据之后,对数据再做BSSresolving method算法处理之后,发现结果不对,这是最坑爹的了。结果不对意味这什么,意味着你之前的步骤不对,这样你就需要再来一遍,没错,再让你的电脑跑3个小时去处理一个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个小时,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个小时没有成功,然后你的mentor就会跑过来问你,你为什么花了这么长的时间去做与组会PPT 无关的事情,把你狠狠地diss一遍,那难受,可想而知,算了,我只好认怂,愚蠢的人只能低头。

接下来已经是半夜了,我在处理数据的间隙也练了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,我有个坏毛病,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,我吧啦吧啦地讲了起来。在讲的期间,进来了神雕瞎侣夫妇,和东哥,他们也在旁边听,之后也给了我很多建议。最后学姐和我对PPT做了最后的处理,第四版PPT终于在周五凌晨三点半问世了,那为什么不是最终版,而是第四版呢?这就要到周五才能解释了。

周五上午,马老板把我的头剃成了呆子,嗯,没错,不是秃子,而是呆子,我无fuck说。周五300pm开组会,2.40pm,正在我紧张而又刺激的准备最后的演讲的时候,Victor来了,他说要我去他的办公室,他想看一下我的PPT,并且帮我改一下。我当时就蒙*了。但是,boss的呼唤你不得不去。好,我硬着呆子头皮带着我的第四版PPT走向他的办公室,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,又替换了几个词,最终版PPT 256pm最终出炉,反正面目全非我都不知道怎么讲。戏剧性的一幕发生了,他没有保存最终版PPT,他也没有发现自己没保存我就把装着第四版PPTU盘拔了出来,第四版成功续命,最终版不过活在了我和Victor的记忆里,不超过10秒,罢了,呵呵,当然我也不会怀念它,Victor也不会知道它走的无声无息。

组会嘛,也就那样,正常发挥,但是没让我预料到的是,最后问问题环节,正当我被别人刁难的时候,Victor进来了,他一人就像一头雄壮的巨兽一样,铿锵有力,字字珠玑,毛子独有的嘲讽和蔑视全开,解决了所有人的问题,那一刻,我发现,空气中弥漫着一股暧昧的气息,或许,这就是父爱吧。

自己学到了很多,也认识到了自己的不足,那就老套路来结束吧,下周继续加油。

 


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个点位的电流值实在是太敏感了。最后一个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个较大变化。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。

于是我将目光重新投向了模型本身,希望能够进一步完善计算的模型,将对实测数据精度的要求进一步降低,增加对于数据误差的容忍度。

之前的模型中,                 的求解是取的特殊点,即cable harness的末端最后一个位置。这个点的测量受到的干扰很大。

为了充分利用更多的点,我们改变了求解                 的方法。

然后,在最小二乘法的准则下,尽可能的利用更多的数据点,得到估算误差最小的解。如图:

具体的证明过程篇幅较多,此处就不再赘述了。该方法大大提高了对于数据误差的容忍度。趁着周末,赶紧多测几组数据,来验证一下新的方法是不是能够帮助我们得到更好的数据处理结果。

 


文 | 彭年

本周依旧是做测试,做汇报工作。周二向EE的导师汇报了上周的工作后,总结出了一些问题。项目也快收尾了,老师让我做slides进行presentation。下周组会时给老师和其他同学讲讲state estimation

另外,周四和google的组会。我们在检测了各种放射源以及PRBS之后,才能开始我们的测量工作。之前是使用SG产生信号,使用一根天线在不同的plane 做网格测量,结果如下:

由于要使用两个放射源,需要使用PRBS产生同相或者反向的信号,这是测量PRBS的波形图:

在测试了信号发生源,发射天线,接收天线之后,搭建好了实验装置。由于信号强度不稳定,比较弱,在接收端增加了放大器放大信号。得到了如图所示的测量结果:

好了,接下来就需要用这些测量结果去建立模型。使用磁偶极子和电偶极子去分析信号源周围的场环境。

实验平台

 


文 | 张秀珍

这周我主要完成了两个测试,第一个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,发射天线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。由此可以保证整个实验的set up是正确的,如此才能进行下一步的实验。接下来的实验则是利用PRBS Generator来产生随机信号,可以设定信号的频率和高低波形的个数以及幅值,这一信号在频谱分析仪中呈现sinc函数的波形,我们挑选了处于中间的较高强度的频率值来获得宽带信号。与上一步相同的是,我们依旧需要测量不同的垂直高度下,需要获得in-phaseout-phase情况的波形和强度,如此我们需要两个发射天线来实现这一功能。PRBS Generator可以产生两个香味相反的波形,通过测量三种情况:发射天线1发射波形1,发射天线2发现波形2,发射天线12分别发射波形1和波形2,波形1和波形2则是PRBS产生的反相的波形,由此可以得到out-phase的情况。但是仍然存在部分问题,因为PRBS和天线之间相连的cable必须控制长度来保证长度是相同的,否则由天线发出来的波形可能不是反相的。

中秋节也马上到了,尽管不在国内,但是我和年打算一起去中国超市购买原料来学做月饼,做给大家吃。

 


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。在一个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个架构,下周即可开始测量。

虽然很想抱怨,但是我们的这个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个Setup中最关键的一根长2m的支撑管给拆了下来,所幸替代支撑的小木桌还是很给力的,支撑到了我把支撑管改好的那一刻。

在进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个圆勾导向,用一个小重物挂在两个圆勾中间,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)。另外就是这一周更加熟悉matlabArduino的操作了。

加上马达的setup

生活上还是很单调地在住的地方和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个尽可能完善的se

tup吧。忙里偷闲在麦当劳前享受着凉爽的秋风和美景。



秋天的云


文 | 徐扬

1.1 Automatic tribo-charging test system

机械臂下周二到(API公司“成功”地又拖延了一周o(╥﹏╥)o),小帕教授交给我们个任务做个抽屉,没错,真的是抽屉╮(─▽─)╭。考虑到机械臂的运动范围是一个扇形的圆环,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个值得细酌的问题。于是小帕教授指出可以做个抽屉,每一层放置不同的DUTiPad和不同壳的组合),这个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屉并取出里面放置的DUT,取出之后再关上抽屉,这样就可以省下放置多个DUT的装置的空间了,还是很可观的(小帕教授总有些新奇的想法~)。

虽然抽屉的结构并不复杂,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厚的铝板,确定每块铝板的尺寸后到学校里的加工间去切(lab里的工具不能胜任此等厚度铝板的快速、精确切割)。螺丝、滑轨尺寸选择、购买等问题主要向Kinney请教,Kinney原是大学教师,退休后到lab来发挥余热,岁数不小了,但很有活力,帮助维护lab里大大小小的工具,经常帮大家搭建setup。买小零件之类的比较麻烦,得填个表(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型轨道就去Lowe’s跑了两趟。在组装的过程中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,先用打孔器敲个点,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个很大的实验平台,得把climate chamber拆面墙才能把它搬进去,估计还需要扩建,趁chamber还完好,拍个照纪念一下(看得出来,这货也是DIY的)。

 

1.2 Common mode choke

上周在采用ADS电路仿真以再现100 MHz附近的谐振过程中,仅得到很微弱的谐振,或者得到的谐振点偏离目标点太远而不可取。于是对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)等参数进行调参,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), 顺利得到了100 MHz附近的谐振,并发现增大leakage inductance,



                            


EPC, L0都会减小谐振频率。

 

 


电感磁环u值是近阶段的主要攻坚对象,通过测量其阻抗值来提取这两个参数。

 

在内环和外环涂上了银漆,这样可以杜绝测量面与磁环表面的空气对测量的影响。在提取的过程中,分两步,首先在CST模型中尝试通过仿真以探讨各参数对磁环阻抗的影响。在CST模型中,先仅采用frequency dependent 𝜺运用1st order Debye model来观察影响,再采用frequency dependent u并观察其对磁环阻抗的影响。在这两步中采用低频部分采用RC模型,高频采用RL模型,协助分别调整𝜺u的值。之后结合frequency dependent 𝜺 and u并与测量结果对比,结果显示提取的𝜺值比较接近,但u值仍需改进。

 


文 | 杨光

还有三周要回国了,更加想念国内的日子。这周的工作进展非常大,做了一套完整的GUI展示三维场强,完成了大部分victor对于我整个三个月的任务,可以算是基本上提前完成任务。周五看了李姜帅的presentation,感觉下周要轮到我了,有点紧张。下周的任务是配置好vnamatlab的链接保证数据的稳定收发。途中,victor提出了两个问题,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个点计算出电磁场分布,计算分布本来就慢,然后还算了300次,算完后还要计算傅里叶变换和反变换,结果就超级慢。不够清晰是因为当rtabmap扫描时,对于太近的物体扫描会变成黑色,自动删除,于是无法展示。如图,最后的项目如图。

 


文 | 王晓纤

这周我的工作主要是阅读铝电解质电容性质的论文,重新测量铝电解质电容和初步学习Q3D

论文没提到怎么提取等效电路的参数,但是有讲铝电解质电容的组成和基本性质。由于电解质溶液随温度变化明显,电容的阻值会随温度和频率变化明显。之前铝电解质电容的impedance测量数据在100k频率附近呈现平坦的趋势。在这方面我询问了睿杰学长,他让我重新测量,并在我校准后帮我检查setup。他也做了一些高级操作,比如开四个视图,直接impedancephaserealimag一起观察。再次测量还是有平坦的趋势,他提出了一种可能的等效电路,但tune参数后也不理想。在周三晚和sponsor开会时,Dr Kim也提到是因为ESRR太大,所以曲线被拉地平坦。因为在100k附近的谐振,并不是由电容本身造成的,所以我们想测量100k以下的情况,但EMC lab并没有满足要求的仪器。所以在周五下午,纯宇带我去campusToomey Hall的实验室测量,但由于下午三点开组会,而且Toomey Hall实在是太大了,时间匆忙而没有测成。纯宇指出dut中几个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串联电路等效。

因为已经完成了cmc建模的工作,纯宇建议我学习Q3D来提取trace的寄生电容。车畅是电科的实习生,他之前一直在做Q3D提取寄生参数的工作,于是我就请教车畅同学。他建议我先看懂整块电路板,找出我要负责的那一部分。在ansys中打开电路板文件后,裁剪出我的部分后,导出到Q3D

在周六,我去了圣路易斯的动物园。与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,与动物的距离很近。整个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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