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原子力显微镜观测生物大分子图像的一种处理方法

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物理学报 2011年第9期60卷 788-794页

作者：季超张凌云窦硕星王鹏业中国科学院物理研究所软物质重点实验室北京100190

针对具有复杂结构的生物大分子图像,本文改进了已有的半自动化方法,设计了一种新的算法去消除背景噪声,目的在于能够从生物大分子图像高效准确地提取量化信息.通过利用这种新的处理程序对生物大分子DNA原子力显微镜图像进行了研究,不仅... 详细信息

针对具有复杂结构的生物大分子图像,本文改进了已有的半自动化方法,设计了一种新的算法去消除背景噪声,目的在于能够从生物大分子图像高效准确地提取量化信息.通过利用这种新的处理程序对生物大分子DNA原子力显微镜图像进行了研究,不仅可以对线性构像的DNA图像进行了处理,而且对于具有分支构像复杂DNA图像也能够处理.本文所提出的数字图像处理方法具有普适性,它也可以被应用到其他成像领域.

关键词：原子力显微镜数字图像处理 DNA

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单分子荧光共振能量转移数据处理的优化算法

物理学报 2017年第11期66卷 339-346页

作者：吕袭明李辉尤菁李伟王鹏业李明奚绪光窦硕星中国科学院物理研究所软物质物理重点实验室北京凝聚态物理国家实验室北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 西北农林科技大学生命科学院杨凌712100

单分子荧光共振能量转移(smFRET)技术是当今单分子生物物理研究领域的重要实验手段,该技术通过测量供体、受体荧光光强以及二者间的共振能量转移效率,揭示标记位点间的距离,用于研究DNA、蛋白质等生物大分子的构象变化.然而,当前传统数... 详细信息

单分子荧光共振能量转移(smFRET)技术是当今单分子生物物理研究领域的重要实验手段,该技术通过测量供体、受体荧光光强以及二者间的共振能量转移效率,揭示标记位点间的距离,用于研究DNA、蛋白质等生物大分子的构象变化.然而,当前传统数据处理方法大量依赖人工干预,噪音大,严重影响了实验效率和数据的可靠性.本文提出了一种针对smFRET数据的自动分析算法.该算法主要包括三个部分:基于计算供体与受体荧光光强的相关系数来确定受体与供体对应荧光点的自动匹配算法、甄别错误点的筛选算法以及基于隐马尔可夫模型的全局拟合算法.经改进后的算法大大简化了传统算法中需要人工干预的步骤,而且自动筛除了实验数据中主要的几类噪音.将改进的算法应用于人类端粒重复序列G-四联体(G4)DNA折叠动力学的数据分析,结果显示优化算法比传统算法能够更快地得到更高信噪比的数据,而且该数据结果清晰地表明G4的折叠体现出多态性并受到钾离子浓度的影响.

关键词：单分子荧光共振能量转移数据处理算法 G-四联体DNA 折叠动力学

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一种新型脉冲微束斑X射线源的研究

光电子．激光 2004年第9期15卷 1011-1015页

作者：王凯歌牛憨笨郭保平阔晓梅王鹏业中国科学院物理研究所软物质实验室北京100080 中国科学院西安光学精密机械研究所光电子部陕西西安710068 深圳大学光电子学研究所广东深圳518060

通过控制栅极电压技术,有效地控制LaB6阴极电子枪发射系统电子束发射的通与断,成功实现了新型台式微束斑X射线源的脉冲辐射。该X射线源主要由三部分组成:LaB6单晶阴极电子枪发射系统,静电聚焦系统以及金属靶材系统。通过对该微束斑X射... 详细信息

通过控制栅极电压技术,有效地控制LaB6阴极电子枪发射系统电子束发射的通与断,成功实现了新型台式微束斑X射线源的脉冲辐射。该X射线源主要由三部分组成:LaB6单晶阴极电子枪发射系统,静电聚焦系统以及金属靶材系统。通过对该微束斑X射线源输出的X射线束斑、亮度等特性的初步实验测试,表明这种脉冲式微束斑X射线源具有束斑小、亮度高的特点,其中X射线束焦斑仅为10μm左右。

关键词：发射系统电子枪 X射线源焦斑亮度聚焦系统栅极电压微束分组脉冲

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利用磁镊研究促旋酶与DNA的结合

科学通报 2012年第27期57卷 2269-2275页

作者：张志强刘玉如谢平李伟窦硕星王鹏业中国科学院物理研究所软物质物理重点实验室北京凝聚态物理国家实验室北京100190

促旋酶(gyrase)在原核生物的生命活动中扮演着重要的角色,它是已知拓扑异构酶中,唯一能够向DNA引入负超螺旋的酶.本文中,我们利用磁镊(magnetic tweezers)对促旋酶和DNA的相互作用进行了单分子实时观测.实验发现,在不加入ATP时,促旋酶... 详细信息

促旋酶(gyrase)在原核生物的生命活动中扮演着重要的角色,它是已知拓扑异构酶中,唯一能够向DNA引入负超螺旋的酶.本文中,我们利用磁镊(magnetic tweezers)对促旋酶和DNA的相互作用进行了单分子实时观测.实验发现,在不加入ATP时,促旋酶能够同时与两段DNA(G片段和T片段)结合,但这种结合较弱,施加0.7pN的外力就能逐渐破坏两者的结合;但加入高浓度的诺氟沙星后,促旋酶与DNA的结合明显增强,甚至能够抗衡5.9pN的外力.促旋酶还会影响超螺旋的几何尺度:不加入促旋酶时,DNA超螺旋的几何尺度由DNA所受拉力决定,而加入促旋酶后,超螺旋DNA几何尺度变小,并且主要由DNA与促旋酶的相互作用而不再是所受拉力所决定.而且促旋酶与正负超螺旋的结合能力不同,它更容易与正超螺旋结合.同时,发现促旋酶从DNA上解离的时间符合双指数分布.我们提出的模型能够很好地解释这个分布,并与他人提出的模型的结果进行了比较.

关键词：促旋酶 DNA 超螺旋单分子

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汽车钣金件成型过程仿真技术研究

汽车钣金件成型过程仿真技术研究

作者：王鹏业西安工业大学

学位级别：硕士

在确保安全性的前提下,汽车轻量化的概念是指对车身整体重量的降低。由于车身多采用钣金件,可利用高强度钢强度高重量低的特点降低车身重量。然而,对钣金件进行冲压制造时,由于高强度钢的材料特性,钣金件的成型质量难以保证。因此,可对... 详细信息

在确保安全性的前提下,汽车轻量化的概念是指对车身整体重量的降低。由于车身多采用钣金件,可利用高强度钢强度高重量低的特点降低车身重量。然而,对钣金件进行冲压制造时,由于高强度钢的材料特性,钣金件的成型质量难以保证。因此,可对冲压过程进行全工序仿真并对仿真结果进行分析,给出优化方案,提高高强度钢的成型质量和精度。本文研究的重点是汽车座框边板钣金件的冲压成型过程,通过仿真,预测可能会出现的缺陷,对模具和工艺参数组合进行优化,对回弹进行预测和控制。具体研究内容如下:(1)冲压成型工艺流程设计及仿真。通过研究钣金件的冲压成型技术,对冲压各工序进行合理设计。通过研究座椅框架的边板工艺性和结构特点,从而制定出合理的冲压工艺。通过仿真实验来检验这些工艺的合理性,从而提高生产效率。利用板材成型理论与数值模拟方法,可以模拟出边板材料的冲压加工,并评估其加工质量,以确保符合生产标准。(2)冲压成型质量分析及优化方法。通过对钣金件的冲压成型过程中的质量问题的研究,发现了一些常见的问题。为达到消除开裂减少起皱的目的,需要通过改变材料的形状结构、增加工艺切口、改善冲压模具的设计、添加拉深筋结构来对成型质量进行提高。通过优化,不仅能够有效地消除开裂减少起皱,还能够显著改善产品的总体品质。对相关工艺参数对成型质量的影响作出研究和分析,给定各参数的最大取值范围。(3)冲压回弹规律研究及控制。对边板的回弹进行研究,分析对回弹产生影响的主要因素有材料、结构、料厚、工艺参数等。以最大回弹量最低为目标进行正交试验选取一组最合理的工艺参数组合。利用优化后的模具及最佳工艺参数组合进行样品生产,对样品进行检测,证明仿真结果准确,产品符合生产要求。

关键词：汽车钣金件冲压成型仿真优化设计回弹

开绕组五相电机系统的重构容错及共模电压抑制技术研究

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开绕组五相电机系统的重构容错及共模电压抑制技术研究

作者：王鹏业华中科技大学

学位级别：硕士

开绕组多相电机系统相比于传统三相电机系统,具有易于实现低压大功率,容错能力强,以及转矩脉动水平低等显著优势,近些年来被逐步应用于各类高可靠性、大功率需求电力传动场合。多相电机多采用电压源型逆变器进行供电,由此会产生两个影... 详细信息

开绕组多相电机系统相比于传统三相电机系统,具有易于实现低压大功率,容错能力强,以及转矩脉动水平低等显著优势,近些年来被逐步应用于各类高可靠性、大功率需求电力传动场合。多相电机多采用电压源型逆变器进行供电,由此会产生两个影响系统可靠性的问题。第一,逆变器中的功率开关器件故障率较高,故障后如果没有采取对应容错策略,电机系统将无法正常运行。第二,逆变器输出为脉冲型电压,会给电机系统引入高频共模电压,造成电磁干扰问题。本文以共母线型开绕组五相电机系统为对象,针对上述容错运行问题和共模电压问题展开了研究,具体内容如下:首先,本文建立了五相电机系统数学模型,分析了多相系统对称分量理论在五相电机系统中的具体应用方法,并以此为基础建立了五相电机系统矢量控制策略,为后续重构容错策略以及改进型调制策略的设计打下基础。随后,针对容错运行问题,提出了一种软、硬件结合的重构容错策略。在硬件层面,提出了一种适用于桥臂断相故障的重构拓扑,可实现故障相绕组电流通路的重构。在软件层面,首先,对容错工况下定子电流进行优化,充分发挥绕组的通流能力,提升了系统容错工况下转矩输出能力。同时,通过对桥臂电压调制波进行均衡处理,降低了容错工况下系统直流电压利用率损失。最后,针对共模电压问题,提出了两种改进型载波比较调制策略。对于载波反相调制策略,通过对负端逆变器的载波进行反相处理,实现桥臂开关函数完全对消,达到零共模电压效果。对于载波切换调制策略,通过为各桥臂设置实时切换的锯齿载波,可以实现系统共模电压幅值与跳变频率的有效抑制。此外,对两种调制策略下的死区效应影响、电流谐波特性以及容错工况适用性等问题,本文也进行了详细分析。理论分析及实验结果表明,针对共母线型开绕组五相电机系统,本文所提出的重构容错策略以及改进型载波比较调制算法,可显著提升系统容错性能,降低系统共模噪声水平,从而有效提高了电机系统的可靠性。

关键词：多相电机容错控制共模电压

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多级离心泵内流与流致噪声特性研究

多级离心泵内流与流致噪声特性研究

作者：王鹏业兰州理工大学

学位级别：硕士

随着泵应用领域相关技术的发展,对泵运行稳定性(振动、噪声)提出了越来越高的要求,特别是在国防、军工以及精密仪器等重要领域。流致噪声是泵噪声的重要组成部分,是涉及流体力学、声学、振动等多学科问题。离心泵内流噪声机理研究对提... 详细信息

随着泵应用领域相关技术的发展,对泵运行稳定性(振动、噪声)提出了越来越高的要求,特别是在国防、军工以及精密仪器等重要领域。流致噪声是泵噪声的重要组成部分,是涉及流体力学、声学、振动等多学科问题。离心泵内流噪声机理研究对提升泵运行稳定性至关重要。本文以多级离心泵为研究对象,采用SST k-ω湍流模型进行非定常数值模拟。导出偶极子声源文件,由直接声学边界元进行声学模拟。分析多级离心泵声场特征及其与流场间的耦合关系,主要结论如下:(1)对多级离心泵内的瞬态结果分析发现,由于旋转部件与静止部件的相对运动,在旋转部件与静止部件的交界区域,湍动能等物理量变化最剧烈。在叶轮域内压力呈现梯度变化,而在流体进入静止部件之后,压力分布不均匀。压力脉动最剧烈的地方是在静止部件与旋转部件的交界区域,并且由于静止部件与旋转部件结构的原因,使得两种部件压力脉动的频率峰值不一样,静止部件的压力脉动峰值出现在叶轮叶频及其倍频处,旋转部件的压力脉动峰值出现在导叶叶频及其倍频处。(2)对多级离心泵不同工况的流致噪声进行声学模拟可知,流致噪声主要由离散噪声以及宽频噪声组成。非设计工况下的声压级大于设计工况下的声压级。由声压级频率响应可知,静止偶极子声源场点的特征值主要是叶轮叶频及其倍频处,旋转偶极子声源场点的特征值为轴频及其倍频处。静止偶极子声源场点的声压级频率响应与压力脉动在叶轮叶频以及倍频处耦合现象特别明显,即压力脉动对流致噪声中的离散噪声有明显影响,旋转偶极子声源场点的声压级频率响应与压力脉动耦合现象不明显。

关键词：多级离心泵流致噪声压力脉动 Lighthill声类比理论

利用分子梳方法研究单个DNA-YOYO-1复合体的光漂白性质(英文)

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Chinese Journal of Chemical Physics 2005年第5期18卷 651-653页

作者：刘玉峰王鹏业窦硕星谢平刘玉颖刘全慧中国科学院物理研究所软物质物理实验室湖南大学应用物理系长沙410082 湖南大学应用物理系

利用分子梳方法结合荧光显微术对单个DNA-YOYO-1复合体的光漂白过程进行了研究,发现单个DNA-YOYO-1复合体的光漂白是一个随光照时间指数衰减的过程,并给出了DNA拓扑结构以及光照强度对光漂白过程的影响.

关键词： DNA YOYO 光漂白分子梳

应用分子梳技术对DNA与组蛋白相互作用的研究

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物理学报 2005年第2期54卷 622-627页

作者：刘玉颖窦硕星王鹏业谢平王渭池中国科学院物理研究所软物质物理实验室北京100080

利用分子梳技术对λ DNA和组蛋白的相互作用进行了研究 .通过这种简单有效的方法 ,我们将λ DNA分子拉伸到 2 6— 2 8μm ,相当于其原长 (约 16 2 μm)的 1 6— 1 7倍 .当组蛋白与DNA结合后 ,DNA分子发生凝聚现象 ,复合体的拉伸长度明... 详细信息

利用分子梳技术对λ DNA和组蛋白的相互作用进行了研究 .通过这种简单有效的方法 ,我们将λ DNA分子拉伸到 2 6— 2 8μm ,相当于其原长 (约 16 2 μm)的 1 6— 1 7倍 .当组蛋白与DNA结合后 ,DNA分子发生凝聚现象 ,复合体的拉伸长度明显变短 ,其峰值分布在 10— 14 μm之间 .DNA 组蛋白复合体的拉伸长度与组蛋白的浓度、与碱基对和荧光染料的比例有显著的关系 .

关键词：组蛋白分子梳技术 DNA分子 DNA结合碱基对相互作用复合体荧光染料研究关系