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基于JS-VME-DBN和MS-UMAP的行星齿轮箱故障诊断方法

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航空动力学报 2024年第3期39卷 231-243页

作者：戚晓利程主梓崔创创杨艳安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243032

为了解决行星齿轮箱振动信号存在噪声干扰和特征提取困难的问题,提出一种基于水母搜索优化变分模态提取(JS-VME)、深度置信网络(DBN)和监督型马氏距离的均匀流形逼近与投影算法(MSUMAP)的行星齿轮箱故障诊断方法。采集行星齿轮箱的振动... 详细信息

为了解决行星齿轮箱振动信号存在噪声干扰和特征提取困难的问题,提出一种基于水母搜索优化变分模态提取(JS-VME)、深度置信网络(DBN)和监督型马氏距离的均匀流形逼近与投影算法(MSUMAP)的行星齿轮箱故障诊断方法。采集行星齿轮箱的振动信号,利用JS-VME对其进行预处理,获得相关性较强的期望IMF(intrinsic mode function)分量;然后将该IMF分量应用DBN提取特征向量,构建高维故障特征集;采用MS-UMAP进行维数约减,获得低维、敏感的故障特征;将低维故障特征集应用水母搜索优化核极限学习机(JS-KELM)判别故障类型。行星齿轮箱故障诊断实验结果表明:与UMAP、t-SNE、Isomap、LPP、WIsomap、LLE、LTSA和MDS等方法相比,MS-UMAP算法对JS-VME-DBN的特征提取结果有着最佳的降维效果,所提方法对行星齿轮箱的裂纹、磨损和缺齿等故障的识别率达到了100%,具有一定的有效性。

关键词：故障诊断行星齿轮箱变分模态提取(VME) 深度置信网络(DBN) 均匀流行逼近与投影算法(UMAP) 核极限学习机(KELM)

土壤湿度-地表气温耦合对长江中下游地区2022年8月复合型热浪事件的影响

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1709-1720页

作者：崔彩珍余锦华代刊云星娥南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 国家气象中心北京100081

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义... 详细信息

2022年8月长江中下游地区的复合型热浪给社会经济、人类健康、农业生产和自然环境等方面均造成了严重影响.本文利用国家信息中心提供的1979—2022年6—8月逐日最高、最低气温和欧洲中期天气预报中心再分析数据集的土壤湿度等资料,定义了复合型热浪事件强度指数及其相应的土壤湿度-地表气温耦合指数,采用分段线性拟合等方法,探讨此次复合型热浪特征及土壤湿度-地表气温耦合的影响.结果表明:(1)2022年8月长江中下游地区的复合型热浪事件强度为1979年以来最强,伴随最强的土壤湿度-地表气温耦合.空间分布显示,强的热浪发生在四川东部、重庆西部、湖南等地,这些区域的土壤湿度严重偏干,蒸发受限,获得的净辐射主要用于地表向上的感热通量,使土壤湿度-地表气温出现强的正反馈过程,对热浪的维持起重要作用.(2)复合型热浪中土壤湿度-地表气温耦合影响日间和夜间热浪的物理强迫及过程不同:日间,地表净太阳短波向下辐射增强的强迫作用,促使发生强的土壤湿度-地表气温耦合,引起日间热浪.夜间,白天积累在土壤的热量,通过减小大气热量通量辐散,使夜间地表气温下降减慢,形成夜间热浪,这与以往研究单独夜间热浪的过程不同,后者认为夜间热浪主要与大气柱水汽增加引起的大气逆辐射增强有关.

关键词：复合型热浪事件土壤湿度-地表气温耦合长江中下游地区

延迟结冰与抑制结霜铝基超疏水表面的设计与机制研究

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延迟结冰与抑制结霜铝基超疏水表面的设计与机制研究

作者：崔桂媛吉林大学

学位级别：硕士

结冰/霜是自然界中常见的自发现象,会给人们的生产生活带来很多危害。传统的除冰/霜方法具有操作困难、能耗大、效率低等诸多问题,所以被动防冰/霜方法越来越受到更多人的关注。超疏水表面得益于其独特的微纳米结构和低表面能,其可在结... 详细信息

结冰/霜是自然界中常见的自发现象,会给人们的生产生活带来很多危害。传统的除冰/霜方法具有操作困难、能耗大、效率低等诸多问题,所以被动防冰/霜方法越来越受到更多人的关注。超疏水表面得益于其独特的微纳米结构和低表面能,其可在结冰前延迟冻结时间,并且在结冰后降低冰层的粘附力,展现出优异的除冰/霜效果,因而被广泛应用于被动防冰/霜领域。然而,实际结冰多由湿度条件下水汽凝结所引起,因此,结合超疏水表面的防冰/霜作用与吸湿材料的防冻作用能使表面起到更好的防冰/霜效果。本文选用铝金属作为基底,通过化学刻蚀和激光刻蚀以及后续的表面化学改性制备了具有不同粗糙度的超疏水表面SHS-1和SHS-2,对比探究了两者的延迟结冰/霜性能,同时对样品的多种性能和机理进行了研究。并且在SHS-2的基础上设计制备了一种抑制结霜的铝表面,通过引入吸湿性的盐溶液使其达到被动防冰和除霜的效果。1.结合化学刻蚀和激光刻蚀工艺,在铝表面获得两种不同尺度的粗糙表面后,使用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（FDTS）进行改性处理获得了两种超疏水铝表面SHS-1和SHS-2,接触角分别为155°、165°。在这两种样品表面上进行的对比结冰霜测试显示,SHS-2的延迟结冰时长约为SHS-1的4倍,表现出优异的抗冰霜性能。对SHS-2相关的其他应用性能进行了研究,结果表明此表面具备优异的耐腐蚀性能、化学稳定性、耐磨性能和自清洁性能,在室温下具有良好的时间稳定性,在常见的溶液甚至是热水中浸泡前后接触角影响不大。测量该样品滚动角为3.5°,表明该表面具有极低的粘附力。这都表明此样品具有广阔的应用前景。2.在SHS-2表面上通过激光二次烧蚀工艺加工R=50μm的超亲水圆形微坑,然后通过实验探究选用抑制冷凝效果最佳的20 wt%Ca Cl2溶液作为吸湿剂并将其引入到此表面上,得到其抑制冷凝区域大小2δ20 wt%=755μm。利用蒸气压差的原理在SHS-2表面上设计了被动防冰霜的亲水阵列图案,测得此表面的被动防冰率可达到75%。研究了在此表面上霜的生长情况并且采用洗耳球模拟1.06-1.32 m/s的风速进行除霜测试。结果表明霜仅生长于亲水位置处的冰珠顶部,并且形成的霜极为脆弱以至于其在上述微小的风力甚至是自身重力下就能被清除。在此表面上进行长达4 h的结霜实验和25次的结霜、除霜循环实验均表明所制备的样品具有良好的耐久性和可重复耐用性。

关键词：超疏水铝基表面延迟结冰蒸气压差抑制结霜

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基于二次规划的无线电波精细成像研究

煤炭技术 2024年第3期43卷 104-108页

作者：刘海东崔少北邓刘洋康跃明西山煤电(集团)有限责任公司太原000983 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400039 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

目前无线电波透视常用的反演算法是ART,SIRT等层析成像方法,由于无线电波透视控制方程是线性方程组,反演依赖初始值的选择,迭代过程缺少对衰减常数β的约束,反演结果会陷入局部最优解,影响探测的精度。采取二次规划模型描述无线电波透... 详细信息

目前无线电波透视常用的反演算法是ART,SIRT等层析成像方法,由于无线电波透视控制方程是线性方程组,反演依赖初始值的选择,迭代过程缺少对衰减常数β的约束,反演结果会陷入局部最优解,影响探测的精度。采取二次规划模型描述无线电波透视的反演问题,提出利用凸性不等式作为约束条件,利用迭代反演法求全局最优解。设置低阻陷落柱模型进行正演计算,用得到正演数据验证二次规划模型的准确性。使用二次规划模型处理实测资料,对采煤工作面内部构造有良好的识别效果。

关键词：无线电波透视层析成像衰减常数二次规划

青色发光硼硅酸盐玻璃的制备、结构与光学性能研究

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青色发光硼硅酸盐玻璃的制备、结构与光学性能研究

作者：崔久治景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

白光发光二极管（Light Emiting Diodes,LEDs）商品化制作方法是在In Ga N蓝光芯片上涂覆一层钇铝石榴石（Yttrium Aluminium Garnet,YAG）荧光粉,但青色间隙的存在导致色彩还原性差、显色指数低等实际应用问题难以解决。随着紫外光芯... 详细信息

白光发光二极管（Light Emiting Diodes,LEDs）商品化制作方法是在In Ga N蓝光芯片上涂覆一层钇铝石榴石（Yttrium Aluminium Garnet,YAG）荧光粉,但青色间隙的存在导致色彩还原性差、显色指数低等实际应用问题难以解决。随着紫外光芯片技术的成熟,基于紫外光芯片激发获得更多青光的白光LEDs设计更加引人注目。目前,这种设计理念在高性能荧光粉中得到了大量的实践,但在非晶态玻璃中报道却并不多。为了填补紫外激发型白光LED玻璃中青色发光的不足,本文分别制备了Bi离子和Eu离子掺杂硼硅酸盐玻璃,通过结构表征傅里叶变换红外（Fourier Transform Infrared,FT-IR）方法和发射光谱、衰减光谱、透过光谱等研究了硼硅酸盐玻璃的微观结构和光学性能。主要研究内容包括以下部分:1.基于BO-SiO-AlO-YO-KO-BiO-MO（M=Ca,Sr,Ba）体系,采用高温熔融冷却法在空气中制备了Bi掺杂青色发光玻璃,研究了Bi离子的发光性能随碱土金属氧化物的调控关系。结果表明,随着碱土金属原子序数增加,Bi掺杂硼硅酸盐玻璃激发峰位从339 nm（Ca）红移到342 nm（Sr）和346 nm（Ba）,相应的青光发射峰位从482 nm（Ca）红移到492 nm（Sr）和502 nm（Ba）。其中,SrO调控的Bi掺杂硼硅酸盐玻璃呈现出最佳的青光发射性能,对应的CIE坐标为（0.2675,0.3411）,荧光量子效率（Photoluminescence Quantum Yield,PLQY）为35.01%。2.基于BO-SiO-SrO-EuO体系,通过外置碳粉构造还原气氛,采用高温熔融冷却法制备了Eu离子掺杂青色发光玻璃。研究了不同B/Si比例对Eu掺杂硼硅酸盐玻璃(（70-x）BO-x SiO-30SrO-0.1EuO)的发光行为,发现在410 nm激发下,随着x增加,硼硅酸盐玻璃呈现出471到492 nm（蓝色到青色）的发光,在x=25时发射强度最强。同时研究了不同Eu离子掺杂浓度对硼硅酸盐玻璃（45 BO-25SiO-30 SrO-y EuO）发光行为的影响,在410 nm激发下,随着y增加,玻璃样品呈现出471 nm到488 nm（蓝色到青色）的发光,当y值为0.4时,发射强度最强,对应的CIE坐标为（0.2060,0.2988）。3.基于BO-SiO-BaO-EuO-SiN体系,通过同时内置SiN和外置竹炭,并采用二次高温熔融冷却法制备了Eu离子掺杂硼硅酸盐发光玻璃。随着熔融保温时间的延长,在394 nm激发下,Eu掺杂硼硅酸盐玻璃发光峰位从490（0 min）移动到474 nm（150 min）,发射由青光逐渐变为蓝光。当二次熔融时间为90 min时,Eu掺杂硼硅酸盐玻璃表现出最佳的青光发射性能,发射峰位为486 nm,对应的CIE坐标为（0.2343,0.3259）,PLQY为37.97%。通过对Bi和Eu离子掺杂硼硅酸盐玻璃的系统研究,本工作获得了位于CIE青色范围内的发光玻璃,为解决全光谱白光LED中存在青色间隙的问题提供了新思路和新方法。

关键词：青色发光硼硅酸盐玻璃 Bi或Eu掺杂玻璃微观结构

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大兴区PM2.5特征解析及其碳溯源研究

大兴区PM2.5特征解析及其碳溯源研究

作者：崔景文北京石油化工学院

学位级别：硕士

我国经济快速发展的同时,能源使用量不断增加,化石燃料燃烧排放过量的大气污染物和温室气体,使环境和气候问题加剧。本研究在新城地区于2023年1月1日至12月31日对大气污染物及气象因素进行在线观测,分析细颗粒物PM2.5及其组分的浓度变... 详细信息

我国经济快速发展的同时,能源使用量不断增加,化石燃料燃烧排放过量的大气污染物和温室气体,使环境和气候问题加剧。本研究在新城地区于2023年1月1日至12月31日对大气污染物及气象因素进行在线观测,分析细颗粒物PM2.5及其组分的浓度变化特征,对PM2.5进行组分重构分析其组分变化规律,并通过正交矩阵因子分解法（PMF源解析）、OSAM扩散模型模拟探究其行业来源和外部传输占比;通过编制2021年大兴区主要大气污染物排放清单,对相关行业的主要大气污染物排放特征及分担率进行深入分析;对大兴区二氧化碳（CO2）排放量进行核算,从而分析CO2排放量与大气污染物浓度的相关性。（1）观测期间大兴区PM2.5年均浓度为36.85±28.09μg/m3,第一、第四季度浓度较高且波动大,第二、第三季度浓度较低且稳定。水溶性离子是PM2.5主要组成部分,占比41.82%,二次无机离子（SNA）占水溶性离子的92.32%;碳组分对PM2.5贡献占比达15.00%,OC是碳组分的主要组成部分;无机元素对PM2.5贡献仅为8.65%,其中K、Si、Al、Fe、Ca是无机元素的主要组成元素;大兴区受二次污染影响较大,在组分重构分析中,二次无机离子（SNA）、有机物（OM）和地壳元素（GM）三者之和在四个季度中占比均超过80%,这说明大兴区PM2.5主要贡献来源为二次源和扬尘源。（2）经PMF源解析,发现二次源、移动源和扬尘源对PM2.5贡献显著;OSAM模拟分析显示,大兴区PM2.5浓度主要受本地积累影响,占比达58.62%,不同行业贡献中居民源和交通源对PM2.5贡献显著。（3）通过编制2021年大兴区主要大气污染物排放清单,发现大兴区NOx、CO、PM10、CO2、VOCs、PM2.5、SO2、NH3、OC、BC这9种污染物及CO2的排放量分别为30937.28 t、23574.69 t、11294.6 t、8954.98 t、7239.03 t、4295.63 t、2305.33 t、1372.83 t、85.33 t、5.25 t,其中扬尘源、移动源和化石燃料燃烧源是主要贡献来源。（4）结合大兴区能源使用量,对本地CO2排放量进行核算。发现近年来,随着能源结构调整实施,化石能源使用量不断下降,环境友好型能源使用量逐年升高,且CO2排放总量有降低的趋势。（5）经相关性分析,CO2排放量与大气污染物浓度呈正相关,在污染期的相关性比清洁期更显著,且清洁期外部传输对两者相关性的影响更大。将大气污染物排放清单和PMF源解析两种方法中大气污染物浓度和CO2排放量贡献来源占比进行对比,移动源、电力热力源和工艺过程源是主要贡献来源。因此,依据清单核算结果,减少机动车尾气排放,推行绿色低碳出行;控制新城区及周边地区制造业生产活动,尤其是对水泥、玻璃、陶瓷等非金属矿物制造业,从而有效控制大气污染物浓度和CO2排放量,达到协同减排的目的。

关键词： PM2.5 组分特征 PMF源解析排放清单协同减排

溶液微环境调控M-N-C型催化剂电催化还原反应性能的理论研究

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溶液微环境调控M-N-C型催化剂电催化还原反应性能的理论研究

作者：崔雅惠北京化工大学

学位级别：硕士

氧还原反应（ORR）和二氧化碳还原反应（CO2RR）作为清洁能源转换领域的关键反应,对缓解能源危机具有重要意义,但高度依赖催化剂。过渡金属-氮-碳（M-N-C）型催化剂具有较高的原子利用率和较低的成本,是极具潜力的ORR和CO2RR催化剂。然... 详细信息

氧还原反应（ORR）和二氧化碳还原反应（CO2RR）作为清洁能源转换领域的关键反应,对缓解能源危机具有重要意义,但高度依赖催化剂。过渡金属-氮-碳（M-N-C）型催化剂具有较高的原子利用率和较低的成本,是极具潜力的ORR和CO2RR催化剂。然而,不同酸溶液对M-N-C型催化剂ORR性能的影响机制尚不清楚,缺乏有效改进策略,碱金属阳离子环境下M-N-C型催化剂CO2RR的活性起源也缺乏理论研究。基于此,本文采用理论计算方法,提出了能够表征溶液微环境影响的高效模型,揭示了酸和碱金属阳离子溶液对M-N-C型催化剂ORR和CO2RR的影响机制,为溶液微环境调控催化剂性能提供了理论基础和指导原则。主要内容包括:（1）水溶液对M-N-C型催化剂ORR性能的影响及高效溶液模型的确立。基于从头算分子动力学（AIMD）和密度泛函理论（DFT）,构建了M-N4-C（M=Fe,Co）全显式水溶液模型。热力学计算表明,水溶液显著稳定了ORR速率决定步骤中间体*OH。结合电子结构分析,将这种改变归因于过渡金属dz2轨道中反键态升高导致的活性中心亲和性增加。最后,通过ORR关键中间体*OH的吸附能?G*OH随显式水溶液层数的变化关系,证实了单层水溶液足以精确描述溶液影响,提出了高效溶液模型,为后续模拟奠定了基础。（2）酸溶液调控M-N4-C（M=Fe,Co）催化剂ORR性能的研究。基于高效溶液模型,评估了高氯酸、磷酸、甲酸、乙酸和碳酸环境下M-N4-C（M=Fe,Co）催化剂ORR的活性,发现催化剂ORR活性与酸解离常数p Ka存在“火山型”依赖。Fe-N4-C和Co-N4-C在p Ka较小的高氯酸中具有最差的ORR活性;在p Ka适中的磷酸中具有最佳的ORR活性,相较于高氯酸环境,过电势η分别降低了0.32 V和0.24 V。深入分析电子结构,提出了描述符F,将酸溶液对催化活性的影响归结为两点,一是酸诱导活性位点电荷重新分布稳定了*OH中间体,二是酸影响氢键活化了*OH。基于此,利用轴向配体OH和溶液种类分别调控活性位点和氢键,实现了M-N4-C催化剂ORR活性和稳定性的普遍提升,其中OH轴向配体和甲酸/乙酸协同调控Fe-N4-C/Co-N4-C获得了最佳ORR性能,η分别降低0.50 V和0.37 V（相较于高氯酸环境）。（3）碱金属阳离子溶液调控Cu2-N6-C催化剂CO2RR性能的研究。基于Cu2-N6-C催化剂溶液模型,以纯水为对照组,针对碱金属阳离子Li+、Na+、K+、Rb+溶液调控CO2RR生成CO和碳-碳耦合过程进行了探究。结果表明,阳离子普遍促进CO2RR过程,其中Na+环境对CO2RR生成CO过程最为有利,?GmaxCO降低达0.81 e V,Li+环境对碳-碳耦合过程最为有利,?GmaxC-C Coupling降低达1.01 e V（均相较于纯水环境）。结合析氢反应（HER）性能,筛选得到Na+环境为CO2RR的最佳溶液微环境。通过电子结构分析,将阳离子溶液中催化剂CO2RR活性的提升归因于关键中间体*COOH周围弱相互作用的增加,这促进了*COOH的成键,增强了CO2RR的活性。

关键词：溶液微环境调控 M-N-C型催化剂氧还原反应二氧化碳还原反应密度泛函理论

缩尺效应对砂砾石料力学特性及其本构模型的影响

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浙江大学学报（工学版） 2024年第6期58卷 1198-1208页

作者：崔熙灿张凌凯王建祥新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室新疆乌鲁木齐830052 贵州民族大学建筑工程学院贵州贵阳550025

针对三轴仪受颗粒尺寸的限制而存在缩尺效应的问题,以新疆阿尔塔什筑坝料为研究对象,通过大型三轴数值模拟试验,从宏细观角度开展缩尺效应对砂砾石料力学特性及其非线性本构模型影响的研究.结果表明,随着围压的增加,试样偏应力极值增大... 详细信息

针对三轴仪受颗粒尺寸的限制而存在缩尺效应的问题,以新疆阿尔塔什筑坝料为研究对象,通过大型三轴数值模拟试验,从宏细观角度开展缩尺效应对砂砾石料力学特性及其非线性本构模型影响的研究.结果表明,随着围压的增加,试样偏应力极值增大,剪缩程度显著而剪胀特性被抑制;随着试样尺寸的增大,其峰值强度提高,试样由剪缩向剪胀过渡.随着试样尺寸的增大,邓肯模型的内摩擦角分量、弹性模量参数、体积模量参数均明显增大,其他参数的影响可忽略不计.砂砾石料的内摩擦角分量与颗粒粒径呈对数型函数关系,弹性模量参数、体积模量参数与颗粒粒径均呈线性函数关系.随着试样尺寸的增大,变形集中区的范围更广泛,其形式逐渐由“X”型变为“X+x”或“X+x+x”型变形集中区.初始阶段配位数随着试样尺寸的增大而增加;加载过程中配位数增加,试样以剪缩为主,随着试样尺寸的增大其配位数逐渐呈减小趋势,剪缩性被抑制.

关键词：砂砾石料离散元分析三轴试验模拟缩尺效应邓肯模型

宽体探测器CT不同扫描方式对体模图像质量影响的初步研究

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中华放射医学与防护杂志 2024年第7期44卷 622-627页

作者：亓慧崔丁也李伟山东第一医科大学、山东省医学科学院研究生部济南250117 山东第一医科大学第一附属医院、山东省千佛山医院放射科济南250014

目的利用体模探究宽体探测器CT使用不同的扫描模式和探测器宽度时对图像质量和辐射剂量的影响。方法使用320排CT在不同扫描方式下对Catphan500模体的CTP404和CTP486模块进行扫描,并将每个模块置于扫描野的中心位置。轴扫模式时,分别选... 详细信息

目的利用体模探究宽体探测器CT使用不同的扫描模式和探测器宽度时对图像质量和辐射剂量的影响。方法使用320排CT在不同扫描方式下对Catphan500模体的CTP404和CTP486模块进行扫描,并将每个模块置于扫描野的中心位置。轴扫模式时,分别选择80、120、140和160 mm探测器准直宽度;螺旋扫描模式时,选择40和80 mm。两种扫描模式的管电流均选择240和100 mAs。采用基于任务的传递函数(TTF)来衡量空间分辨率,以噪声功率谱(NPS)衡量噪声的imQuest软件进行客观评价,并记录图像的特征数据和CT容积剂量指数(CTDI_(vol))值。结果扫描模式对图像的空间分辨率和噪声有主要影响。对于空间分辨率,轴扫模式的TTF曲线较螺旋扫描模式略右移,表明轴扫模式具有更高的空间分辨率;对于噪声,NPS峰值频率和平均空间频率提示两种扫描模式的噪声纹理相似,但噪声值和NPS曲线下面积一致均提示轴扫模式的噪声更低,轴扫模式较螺旋扫描模式噪声降低14%,曲线下面积减少26%。轴扫模式图像质量优于螺旋扫描模式,辐射剂量降低约13%。虽然探测器准直宽度对高对比度分辨率和噪声无明显影响,但随着探测器宽度的增加,CTDI_(vol)值有所减低,轴扫模式下当探测器准直宽度增加1倍时,CTDI_(vol)减少了9%。结论不同的扫描方式对图像质量和辐射剂量具有一定的影响,尤其是扫描模式。在临床上应该根据扫描部位以及诊断要求选择适合的扫描方式。

关键词：探测器宽度扫描模式空间分辨率噪声