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基于光纤和柔性传感器的固体火箭发动机结构监测技术研究

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固体火箭技术 2024年

作者：李双江刘向阳章喆张晋尚郭浩然北京理工大学宇航学院西南技术工程研究所

结构监测对于固体火箭发动机的结构可靠性有着重要意义。发动机界面的温度、应变和应力以及内孔表面的应变均是结构监测的重要参数。利用惰性推进剂圆管发动机，通过在衬层/推进剂和绝热层/衬层两个界面布设FBG光纤传感器和内腔粘贴柔... 详细信息

结构监测对于固体火箭发动机的结构可靠性有着重要意义。发动机界面的温度、应变和应力以及内孔表面的应变均是结构监测的重要参数。利用惰性推进剂圆管发动机，通过在衬层/推进剂和绝热层/衬层两个界面布设FBG光纤传感器和内腔粘贴柔性应变传感器实现发动机药柱结构监测，并通过温度循环载荷试验获得界面温度、轴向应变、环向应变和主应力以及内孔环向应变等数据，验证了结构监测技术的有效性和适用性。试验结果表明，两个界面的温度和轴向应变较为一致；绝热层/衬层界面的环向应变一致性明显优于衬层/推进剂界面，其原因在于传感器在前者中更易定位；基于直角应变花方式测得的界面主应力幅值约为0.0074MPa；两个柔性应变传感器测得的内孔环向应变较为一致，幅值分别为13.4%和13.8%，可用于大应变监测。研究结果可为发动机结构监测系统研制和导弹系统的可靠性提供技术参考。

关键词：固体火箭发动机结构监测 FBG传感器柔性应变传感器

面向软体机器人的磁流变弹性体变刚度模型研究

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：于凌涛聂洪帅袁华营马英博杨志勇孙章喆哈尔滨工程大学机电工程学院

软体机器人在柔性抓取时存在着手爪刚度单一不足的情况，而且磁流变弹性体的变刚度范围有限，本文提出了一种变刚度范围大的磁流变弹性体模型。在磁流变效应基础上设计了一种以磁流变弹性体为主体材料的“菱形”变刚度模型，并给出了3D... 详细信息

软体机器人在柔性抓取时存在着手爪刚度单一不足的情况，而且磁流变弹性体的变刚度范围有限，本文提出了一种变刚度范围大的磁流变弹性体模型。在磁流变效应基础上设计了一种以磁流变弹性体为主体材料的“菱形”变刚度模型，并给出了3D打印模型与铸造技术工艺。通过电磁铁产生的磁场，构建了一种磁-力耦合模型，分析了“菱形”变刚度模型主要刚度变化关系，探索了影响模型变刚度的因素。通过建立的实验平台，结果表明：本文提出的“菱形”模型可以大幅提高磁流变弹性体的变刚度范围，并且可以实现控制电流大小来控制模型的刚度大小，含有3个“菱形”结构的模型在磁场下的刚度变化的百分比可以高达约58%，可使磁流变弹性体作为类“皮肤”应用在软体机器人手爪上。

关键词：软体机器人磁流变弹性体磁流变效应变刚度 “菱形”模型刚度刚度控制 3D打印

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集成光学芯片传感器对光系统研究

集成光学芯片传感器对光系统研究

作者：章喆长春理工大学

学位级别：硕士

集成光子芯片作为检测基于折射率改变的温度及生物分子变化的高灵敏度传感器,具有集成度高、灵敏性强、成本较低和体积小等优势。因此目前可进行温度与生物传感的检测,在未来也有较广的发展空间。由于硅在1550nm波长处具有1.84×10K的... 详细信息

集成光子芯片作为检测基于折射率改变的温度及生物分子变化的高灵敏度传感器,具有集成度高、灵敏性强、成本较低和体积小等优势。因此目前可进行温度与生物传感的检测,在未来也有较广的发展空间。由于硅在1550nm波长处具有1.84×10K的正热光系数,因此由硅绝缘体制成的微环谐振腔传感器,可充分利用热光效应进行传感。传感器温度变化会导致微环波导的有效折射率变化,从而改变微环谐振腔的输出功率和光谱,通过这一原理可将微环谐振器作为温度传感器来使用。而目前,在光源光纤与集成光子芯片传感器之间的光束耦合方案上还存在着问题,一种耦合方案是使用端面耦合,将平面波导通光截面直接与光纤截面进行对准耦合,由于其模场分布不同,导致其耦合效率受到限制。现阶段另一种应用较为广泛的是垂直耦合方案,通过紫外固化胶将光纤阵列与集成光子芯片的光栅耦合器端黏贴,将光纤阵列的垂直方向光束与波导中水平方向光束耦合。应用于生物传感时,需丢弃光纤阵列进而增加耗材成本。应用于温度传感时,紫外固化胶在芯片表面覆盖易影响传感区域的观测,同时会使得覆胶部分导热不均从而影响传感效果。基于以上问题,本课题设计空间对光系统,实现空间光路耦合,达到测试光子芯片的目的。激光光源连入光纤准直镜中,准直镜调谐后出射,经分光镜反射90°后过汇聚透镜,作用于集成光子芯片的光栅耦合器,红外光束经微环谐振器温度传感后从另一光栅耦合器出射,由多模裸纤进行接收,并接入功率计连接电脑进行数据处理。同时由入射光束与光栅耦合器之间的一次反射光束,使其透过分光镜由另一光纤准直器进行接收,来判断入射光路是否对准。本课题使用空间对光的方式,对由光源经光学芯片耦合入/出的光束进行收集并进行温度传感测试,从透射光谱数据中可以看出,在1550nm波长附近:空间对光系统接收能量-49.3d Bm、自由光谱范围0.85nm、对比度6.31d B、半高全宽为0.095nm、Q值为16321。温度传感拟合结果显示,温度从21.55°C变化至25.45°C时,光谱波长随温度变化漂移量呈现线性变化,实验测得该传感器灵敏度为127pm/°C。实验证明通过光谱谱线漂移可精确反应温度的变化。通过光谱数据可看出空间对光方式相较传统光纤阵列的对光方式,空间对光方式只在能量强度方面有所差距,在中心波长、自由光谱范围及对比度等方面均差异不大,空间对光易更换芯片、方便调节对光区域等。本系统作用于温度传感时,属于非接触式传感,减少了耗材成本且可避免由紫外胶引起的粘贴不稳定及覆胶部分的温度差异等影响,可有效检测短距离范围内微小的温度变化。本系统未来可选择加入扫描振镜,对传感器阵列进行快速精确扫描。

关键词：集成光子芯片对光系统光栅耦合器光谱扫描温度传感

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微阴极电弧推力器导电薄膜状态实验研究

推进技术 2023年第7期44卷 76-84页

作者：刘向阳赵子靖章喆王宁飞北京理工大学宇航学院北京100081

为填补微阴极电弧推力器(Micro Cathode Arc Thruster,μCAT)导电薄膜状态有效评估手段的缺失,深入研究导电薄膜退化规律,本文基于四探针电阻率测试理论和尺寸效应拟合模型,建立了μCAT推力器导电薄膜状态表征方法,运用该方法探究了不... 详细信息

为填补微阴极电弧推力器(Micro Cathode Arc Thruster,μCAT)导电薄膜状态有效评估手段的缺失,深入研究导电薄膜退化规律,本文基于四探针电阻率测试理论和尺寸效应拟合模型,建立了μCAT推力器导电薄膜状态表征方法,运用该方法探究了不同放电次数下样机薄膜参数的变化规律。研究表明随着放电次数的增加,薄膜电阻率上升,薄膜特征厚度减小,受二者变化的影响,薄膜电阻呈现指数上升趋势,其中厚度变化的影响大于电阻率的影响。对于金属Ti薄膜,块状电阻区和尺寸效应区的分界线在2μm左右,厚度大于5μm时推力器会由于短路失效,厚度处于0.012~2μm时为推力器的稳定放电区,这一区域处于尺寸效应区且电阻持续上升,当厚度小于0.012μm时薄膜电阻超过1000Ω并急剧上升直至推力器断路失效。导电薄膜状态评估方法是将实验测量数据和理论模型相结合计算得到导电薄膜的状态参数,通过实验验证了其有效性,可以为未来通过导电薄膜状态表征来评估μCAT寿命提供技术支持。

关键词：微阴极电弧推力器导电薄膜状态表征尺寸效应电阻率

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酸化-蒸馏-吸收法测定地表水与废水中硫化物的研究

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中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2023年第3期 20-23页

作者：朱英楠章喆上海市崇明区环境监测站上海202150

水中硫化物有着较大的危害,因此其是一项非常重要的水质指标。本实验以HJ 1226-2021《水质硫化物的测定亚甲基蓝分光光度法》为根本依据,使用“酸化-蒸馏-吸收”法对采集的水样进行预处理。其中对不同馏出速度下的样品回收率进行了比... 详细信息

水中硫化物有着较大的危害,因此其是一项非常重要的水质指标。本实验以HJ 1226-2021《水质硫化物的测定亚甲基蓝分光光度法》为根本依据,使用“酸化-蒸馏-吸收”法对采集的水样进行预处理。其中对不同馏出速度下的样品回收率进行了比较,实验结果表明:当馏出速度为2.0mg/L时,该方法的检出限、精密度和正确度都满足标准要求,可以进行推广。

关键词：硫化物 “酸化-蒸馏-吸收”法馏出速度地表水废水

基于DP-16QAM的400Gbit/s集成相干接收机关键技术研究

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基于DP-16QAM的400Gbit/s集成相干接收机关键技术研究

作者：章喆武汉邮电科学研究院

学位级别：硕士

随着光纤通信朝着高速率和长距离传输方向的发展,基于双偏振双载波正交幅度的调制格式进入了人们的视野。作为400Gbit/s相干光通信中的核心器件,4OOGbit/s集成相干接收机能对DP-16QAM光信号进行解调,具有广阔的发展前景和极高的商用价... 详细信息

随着光纤通信朝着高速率和长距离传输方向的发展,基于双偏振双载波正交幅度的调制格式进入了人们的视野。作为400Gbit/s相干光通信中的核心器件,4OOGbit/s集成相干接收机能对DP-16QAM光信号进行解调,具有广阔的发展前景和极高的商用价值。本论文以400Gbit/s DP-16QAM集成相干接收机为主要研究对象,围绕其基本原理、关键部件仿真建模、混合集成方案、重要参数和系统测试等内容展开论述。主要工作和创新点如下： (1)明确相干接收机光学前端三种噪声源,利用Matlab建立接收机仿真模型,分析比较了相对强度噪声、热噪声、CMRR对接收机性能的影响,并得出结论：当PLO较低时,系统性能由热噪声占主导地位。当PLO较高时,系统性能由本振光源相对强度噪声LO-RIN占主导地位,此时提升CMRR,可以显著提升接收机的灵敏度。 (2)提出了一种监测ICR平衡探测性能的新方法。只要已知跨阻放大器型号和激光源功率,分别求出接收机的热噪声和相对强度噪声,就可以仅通过监测最佳LO功率来获得CMRR的值。 (3)设计了一种90°混频器与1×4PD阵列混合集成结构。与此同时,提出了新的无源耦合对准方法,并对集成结构的振动与冲击特性进行了有限元仿真分析。仿真结果表明：在一定的谐振和冲击条件下,波导不会被破坏,证明了这种混合集成方式在耦合过程中具有高度的抗振动、抗冲击特性。 (4)介绍了相干接收机的关键指标,包括S参数、CMRR、THD和skew的测试原理和方法,搭建了测试平台,并将测得的结果与标准定义比较,结果表明：小信号带宽约为20GHz, CMRR约-20dB, THD为0.13%,均符合标准定义。最后搭建了400Gbit/s DP-16QAM相干光传输系统实验平台,对其传输性能进行评估并得出星座图,结果表明,相干接收机传输性能良好。

关键词：相干接收机 DP-16QAM 噪声源仿真混合集成

锆基钝化剂吸附水中磷酸盐及控制地表水体内源磷释放的研究

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锆基钝化剂吸附水中磷酸盐及控制地表水体内源磷释放的研究

作者：章喆上海海洋大学

学位级别：硕士

水体富营养化已经成为了地表水水生生态系统的威胁之一。磷是一种营养元素,浓度过高时可以导致地表水体富营养化。外源输入和内源释放是地表水体中的磷含量增加的两大来源。然而,当外源磷得到控制后,底泥中内源磷的释放将会是修复富营... 详细信息

水体富营养化已经成为了地表水水生生态系统的威胁之一。磷是一种营养元素,浓度过高时可以导致地表水体富营养化。外源输入和内源释放是地表水体中的磷含量增加的两大来源。然而,当外源磷得到控制后,底泥中内源磷的释放将会是修复富营养化地表水的一个障碍。因此,控制内源磷释放对于水体富营养化防治而言非常重要。原位钝化技术是具有应用前景的底泥磷释放控制技术,而成功应用这种技术控制底泥磷释放的关键性问题是寻找合适的磷钝化剂。氧化锆是一种被广泛应用的无毒性,化学性质稳定而且不溶于水的无机材料。锆氧化物或者氢氧化物对水中磷酸盐具有较强的亲和力。多孔性矿物材料,诸如高岭土和天然沸石,成本低廉、来源广泛,并且有较大的比表面积,物理化学性质稳定,以及对环境无污染的特点,较为适合作为金属氧化物或者氢氧化物的载体。如果以纯锆氧化物或氢氧化物作为磷钝化剂控制底泥磷释放,预计成本会相对较高。因此,将锆氧化物或氢氧化物负载到来源广泛,价格低廉且环境友好型的多孔性矿物材料上,所制备得到的锆基吸附剂预计是一种安全、高效且相对经济的底泥磷钝化剂。本研究分别以高岭土和天然沸石作为锆的载体,制备了锆基钝化剂锆改性高岭土和锆改性沸石。除了考察锆基钝化剂对底泥磷释放的控制效果,本研究还探究了锆基钝化剂的吸附机制以及可交换离子、腐殖酸对钝化剂控制底泥磷释放效果的影响,为应用锆基钝化剂控制底泥磷释放提供理论和技术支撑。以无覆盖和高岭土覆盖作为对照,通过底泥磷释放控制模拟实验考察了厌氧条件下锆改性高岭土覆盖对重污染河道底泥与上覆水之间磷迁移转化的影响。结果表明,厌氧条件下,重污染河道底泥会释放出大量的磷进入上覆水中,且所释放出来的磷主要以溶解性磷酸盐为主。高岭土覆盖可以略微降低底泥磷向上覆水迁移的通量,而锆改性高岭土覆盖则可以极大降低底泥磷向上覆水迁移的通量。被高岭土覆盖层所吸附的磷中29%以氧化还原敏感态磷(BD-P)形式存在和63%以残渣态磷(Res-P)形式存在。被锆改性高岭土覆盖层所吸附的磷中绝大部分(90%)以金属氧化物结合态磷(NaOH-P)和Res-P形式存在,厌氧状态下很难被重新释放出来进入上覆水体。与无覆盖相比,厌氧条件下锆改性高岭土覆盖不仅不会促进底泥BD-P的释放,而且还会促进底泥NaOH-P的形成。X射线光电子能谱(XPS)和固相31P核磁共振(NMR)技术分析证实了锆改性高岭土覆盖层吸附水中磷酸盐的主要机制为配位体交换和形成内配合物。上述结果说明锆改性高岭土适合作为一种活性覆盖材料控制重污染河道底泥磷的释放。实验制备了锆改性沸石(ZrMZ)和腐殖酸(HA)负载锆改性沸石(HA-ZrMZ),通过能量色散X射线光谱仪(EDX)、元素分析仪、N2吸附/脱附等温线,在零电荷点的pH值(pHpzc)和X射线光电子能谱(XPS)比较表征获得的锆改性沸石和腐殖酸负载锆改性沸石,本研究采用批处理实验和31P核磁共振(NMR)技术对比研究了锆改性沸石和腐殖酸负载锆改性沸石对磷酸盐的吸附特性和机制。锆改性沸石和腐殖酸负载锆改性沸石吸附磷酸盐的主要机制为固-液界面上内层配合物的形成。腐殖酸的预先负载会降低锆改性沸石对磷酸盐的吸附量,并且腐殖酸的负载量越大,磷酸盐的吸附量越低。锆改性沸石对磷酸盐的吸附量的降低是因为腐殖酸的负载会减少可供吸附磷酸盐的活性吸附位,改变吸附剂表面电荷,减少了ZrMZ的特定表面积和孔容积。实验制备了锆改性沸石(ZrMZ),钠型锆改性沸石(Na-ZrMZ)和钙型锆改性沸石(Ca-ZrMZ),考察了溶液中是否存在铵的情况下,无机盐改性对锆改性沸石吸附水中磷酸盐的影响。结果表明,当水中无铵时,CaCl2处理会增加ZrMZ对磷酸盐的吸附量,而NaCl处理会降低ZrMZ对磷酸盐的吸附量。ZrMZ中Ca含量越多,Na+含量越少时,ZrMZ吸附磷酸盐的能力越大。当水中存在铵的情况下,ZrMZ、Na-ZrMZ和Ca-ZrMZ会通过Na+/NH4+和Ca/NH4+离子交换机制释放Na+和Ca。共存Na+和Ca对ZrMZ吸附磷酸盐的促进作用导致了铵对ZrMZ、Na-ZrMZ和Ca-ZrMZ吸附磷酸盐有促进作用。CaCl2处理会增加ZrMZ对磷酸盐的吸附量,而NaCl处理会降低ZrMZ对磷酸盐的吸附量。ZrMZ中Ca含量越多,Na+含量越少时,ZrMZ吸附磷酸盐的能力越大。无论水中是否存在铵,磷酸盐与羟基的配位体交换是ZrMZ、Na-ZrMZ和Ca-ZrMZ吸附磷酸盐的主要机制以无覆盖和天然沸石覆盖作为对照,通过底泥磷释放控制模拟实验考察了厌氧条件下锆改性沸石覆盖对重污染河道底泥与上覆水之间磷迁移转化的影响。结果表明,与天然沸石覆盖组对比发现,锆改性沸石覆盖控制底泥磷释放的效果更好,极大降低底泥磷向上覆水迁移的通量,有效持续时间较长。锆改性沸石对水中磷酸盐的吸附能力主要取决于锆氧

关键词：锆改性高岭土锆改性沸石底泥磷酸盐腐殖酸钝化

国际4A广告公司在中国大陆的自身营销策略研究

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国际4A广告公司在中国大陆的自身营销策略研究

作者：章喆浙江大学

学位级别：硕士

从1986年5月16日第一家合资广告公司中国电扬广告公司在北京注册成立至今,跨国广告公司在中国的发展已经超过了20年。这20余年间,国际4A广告公司为其国际或者国内的客户塑造了无数知名的品牌,国际4A广告公司自身也随着客户品牌的发展而... 详细信息

从1986年5月16日第一家合资广告公司中国电扬广告公司在北京注册成立至今,跨国广告公司在中国的发展已经超过了20年。这20余年间,国际4A广告公司为其国际或者国内的客户塑造了无数知名的品牌,国际4A广告公司自身也随着客户品牌的发展而在中国立足并日益兴盛。国际4A广告公司在中国的壮大,除了由国际4A公司多年的广告经验带来的成熟操作模式和强大实力之外,其对公司自身的营销策略也是极为重要的因素。在中国大陆之后,各国际4A广告公司采用了哪些策略,在国内获得了广泛的知名度,赢得了学界和行业成员的推崇,成功建立了公司自身品牌,是本研究希望解决的问题。本文通过案例分析和文献分析的方法,选取了包括盛世长城(Saatchi & Saatchi)、奥美(O&M)、智威汤逊广告公司(JWT)、天联广告公司(BBDO)、电通(Dentsu)、李奥贝纳广告公司(Leo Burnett)、阳狮广告(Pulicis)、灵智精实(Euro RSCG)、麦肯·光明(McCann)、博达大桥广告(FCB)等在内的目前在中国排名前10位的国际4A广告公司为典型案例,对其在《现代广告》杂志中的相关文献进行分析,研究得出其在中国大陆后所采取的:为所服务的行业提供参考和指导性意见,在客户中树立专家形象;为广告行业的实践和操作提供方法论指南;创意评判标准的制定和创意方法指导;广告营销理论研究及成果传播;塑造企业形象代言人;与教育界合作、培养广告人才并制定广告人才标准;案例推介,与知名客户共赢等各种策略。在此基础上,笔者应用布莱恩由4P理论发展而来的4E营销理论,对这些策略进行了总结,归纳出国际4A广告公司在中国大陆的“体验——无所不在——价值交换——布道——依托国际背景,实行本土化”自身营销策略模式。最后,本文立足本土,在研究的基础上为本土广告公司提出了自身经营和发展的自身营销策略建议,以期为中国广告业的发展提供一定的借鉴。

关键词： 4A 广告公司中国大陆自身营销策略 4E

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建筑工程经济