近日，機(jī)電工程學(xué)院等離子體放電模式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)踐團(tuán) 依托河海大學(xué)常州校區(qū)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的科研資源，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，充分發(fā)揮青年學(xué)子的積極性和主觀(guān)能動(dòng)性，設(shè)計(jì)出一種基于深度學(xué)習(xí)的等離子體放電模式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。
在實(shí)驗(yàn)室中，為了獲取不同條件下放電模式的圖片，實(shí)踐團(tuán)圍繞放電反應(yīng)器搭建了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。氣泵(80L/min)將空氣泵入實(shí)驗(yàn)裝置中，流量調(diào)節(jié)閥V1用于調(diào)節(jié)氣體流量，流量具體數(shù)值由氣體流量計(jì)測(cè)得。關(guān)于電氣參數(shù)的調(diào)控主要通過(guò)改變高壓電源的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中采用PDM高壓交流電源激勵(lì)反應(yīng)器，該電源可以調(diào)節(jié)輸出頻率和占空比。放電時(shí)反應(yīng)器的供電電壓和供電電流分別由高壓探頭、電流探頭測(cè)量，其數(shù)據(jù)傳輸至示波器，由示波器采集供電電壓電流數(shù)據(jù)。各項(xiàng)參數(shù)調(diào)節(jié)好后，利用攝影工具（iPhone 13）于放電區(qū)域進(jìn)行收集電暈-輝光-火花三種等離子羽圖像，構(gòu)建包含2000張PNG圖片的數(shù)據(jù)集。
為了增強(qiáng)深度學(xué)習(xí)的效果，實(shí)踐團(tuán)采用隨機(jī)旋轉(zhuǎn)和亮度小變化等數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法來(lái)擴(kuò)展圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，最后共得到1887張電弧放電圖像、1668張輝光放電圖像和1576張火花放電圖像。經(jīng)過(guò)以上處理，將原始的數(shù)據(jù)集擴(kuò)展為原來(lái)的3倍，大大增加了樣本的多樣性，減小了樣本過(guò)擬合的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了模型的泛化能力。接著采用基于ResNet18的網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，并導(dǎo)出批量處理數(shù)量Batchsize、學(xué)習(xí)率等超參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理上，實(shí)踐團(tuán)利用ResNet18與其他主流深度學(xué)習(xí)模型在準(zhǔn)確率和函數(shù)損失值等方面進(jìn)行對(duì)比分析。最終得出基于Resnet18的深度學(xué)習(xí)模型在等離子體放電模式識(shí)別方面的優(yōu)勢(shì)。