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多色温度计光谱聚焦耦合系统的设计与仿真

多色温度计光谱聚焦耦合系统的设计与仿真

作者：解志华中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

学位级别：硕士

温度高于绝对零度的物体都以电磁波的形式向外辐射能量，其中向外辐射的红外光有很强的温度效应，因此可以通过测定辐射光的光强来判定物体的温度,该方法称为辐射测温法。传统的辐射测温法分为单色测温法，比色测温法和多色测温法。多... 详细信息

温度高于绝对零度的物体都以电磁波的形式向外辐射能量，其中向外辐射的红外光有很强的温度效应，因此可以通过测定辐射光的光强来判定物体的温度,该方法称为辐射测温法。传统的辐射测温法分为单色测温法，比色测温法和多色测温法。多色测温方法理论上可以设计出更为精确的温度计。多色温度计一般使用滤波片，棱镜和光栅作为分光元件。基于滤波片的温度计光路复杂，难于维护，滤波片也存在易老化的问题。基于棱镜的温度计对材料要求比较高，需要慎重选择棱镜材料，要满足多波长的光都有比较高的透过率。而基于光栅分光的多色温度计不存在以上两种分光元件中存在的问题。采用光栅作分光元件的光谱仪一般使用光纤实现辐射的输入和输出。但光纤的芯径会限制提取辐射的能量，从而影响系统的灵敏度和整体性能，因此采用有效手段，大幅提高光栅光谱仪的光能提取效率，将会极大地改善多色温度计的灵敏度和整体探测的性能。为了解决以上问题，本文提出采用微透镜-光纤耦合的方法，使更多的光谱能量经微透镜聚焦，耦合进入光纤实现光能的高效提取。本文在对辐射法测温原理、辐射光分光方法、光谱仪的工作原理、以及光纤耦合的基本原理做了详细陈述的基础上，研究了将微透镜阵列和光纤阵列应用于对光谱仪光能的聚焦和提取的方案，采用Zemax软件仿真光栅光谱仪的成像系统，设计微透镜阵列，使用非序列仿真光纤和光线追迹的原理计算该系统的耦合效率。计算结果显示使用微透镜阵列-光纤阵列的耦合方法后，使系统的光能利用率提高了30%以上。本论文的主要内容安排如下：第一章介绍了辐射法测温原理，对复色辐射谱的分光分析方法及其优缺点做了简要介绍和对比。详述本课题的研究内容和意义。第二章介绍了辐射温度计的分光系统，并着重介绍了光栅光谱仪的理论基础和工作原理，对光栅光谱仪的几种典型结构，光栅元件等基础内容做了详尽表述。第三章首先介绍了新型的多色温度计系统和光谱聚焦耦合系统，然后根据多色温度计光谱接收的特点，提出利用微透镜-光纤耦合系统来提高其接受效率，对关键元件微透镜、光纤等的分类及选择原则进行了分析。第四章采用商用光学软件Zemax首先对光谱仪成像系统进行仿真，然后设计出最优的微透镜阵列和多模光纤阵列耦合系统，对其接受效率及影响因素进行了详细的评估和分析。第五章对整个论文所做的工作进行了总结，并对目前存在的问题进行了分析，最后对本课题应该进行的后续工作指明了方向。

关键词：多色温度计光栅光谱仪微透镜阵列光纤耦合 Zemax设计

基于Grüneisen弛豫非线性光声效应的单波长浓度解析方法

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光学学报 2023年第23期43卷 216-224页

作者：王夏天吕圣苗解志华陈敬钦龚小竞董立泉北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究中心深圳市分子影像学重点实验室广东省生物医学光学影像技术重点实验室中国科学院健康信息学重点实验室广东深圳518055 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314019

光声分子影像技术在生物医学中具有广泛的应用。实现分子探针浓度的准确解析,对于相关疾病的研究具有重要意义。然而,活体探测时,来源于生物组织的信号与探针的信号混叠,增加了准确解析的难度。当前改善的方法:或需要使用多波长进行探测... 详细信息

光声分子影像技术在生物医学中具有广泛的应用。实现分子探针浓度的准确解析,对于相关疾病的研究具有重要意义。然而,活体探测时,来源于生物组织的信号与探针的信号混叠,增加了准确解析的难度。当前改善的方法:或需要使用多波长进行探测,导致解析速度慢而且过程复杂;或使用单波长的方法,但需要依托于一类特殊探针的开关功能,导致普适性不足。鉴于此,提出了一种基于Grüneisen弛豫非线性光声效应的单波长浓度解析方法,并分别对色素染料与罗丹明6G探针两类样品开展了解析实验。结果表明,本文提出的方法获得的解析结果比线性单波长方法的解析结果误差更小,并且具有较好的普适性,为光声分子影像的浓度解析方法提供了新的思路。

关键词：生物技术光声效应 Grüneisen弛豫浓度解析分子影像

基于ZYNQ的轻量级卷积神经网络加速方法研究

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基于ZYNQ的轻量级卷积神经网络加速方法研究

作者：解志清黑龙江大学

学位级别：硕士

近年来,随着计算机技术的快速发展,卷积神经网络被广泛应用于图像识别等任务中。然而,随着卷积神经网络在各种数据集上的推理精度越来越高,其网络结构和计算过程也逐渐复杂,不利于在资源受限的边缘端或嵌入式设备上进行实际应用。针对... 详细信息

近年来,随着计算机技术的快速发展,卷积神经网络被广泛应用于图像识别等任务中。然而,随着卷积神经网络在各种数据集上的推理精度越来越高,其网络结构和计算过程也逐渐复杂,不利于在资源受限的边缘端或嵌入式设备上进行实际应用。针对上述问题,本文以Mobile Net V2为目标网络模型,开展基于ZYNQ的轻量级卷积神经网络加速方法研究。本文的主要研究内容如下:(1)为了降低网络模型在嵌入式平台上实现的硬件复杂度,本文提出了一系列模型压缩与参数优化方法。首先,进行算子合并,将批归一化与卷积操作合并。其次,在模型训练时采用Adam算法进行参数优化。然后,采用块平衡稀疏剪枝技术对Mobile Net V2进行针对性剪枝。最后,提出缩放因子选择算法,优化动态量化过程。实验结果表明,上述方法使模型占用内存减少了29.12%,推理时间缩短了83.30%,TOP5准确率达到了93.10%。(2)为了充分利用嵌入式平台的硬件资源,本文提出了轻量化模型硬件部署的整体架构设计方案。首先,对PS端和PL端之间的数据传输协议和端口进行设计。其次,运用加法树、并行化、流水线、权重固定等方法进行电路设计。然后,根据Roofline模型合理分配硬件资源,以最大限度提高系统吞吐量。最后,选择#pragma HLS编译指令进行具体的RTL电路设计。(3)为了将整体设计应用到实际场景中,本文采用软硬件结合的设计方法,在Xilinx ZYNQ7Z100平台上进行Mobile Net V2压缩模型的硬件部署并使用ILSVRC-2012数据集进行性能测试。实验结果表明,当系统运行主频为200MHz时,每张图像的处理时间在10.84ms左右,准确率达到93.08%,取得了良好的硬件加速效果。

关键词： ZYNQ 轻量化卷积神经网络模型压缩硬件加速

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沼生栎种子失水过程中水分时空迁移规律

林业科学 2024年第6期60卷 44-49页

作者：袁鸣朱铭玮解志军康真李淑娴南京林业大学南方现代林业协同创新中心南京210037 南京市六合区人民政府横梁街道农业服务中心南京211515 襄阳市林业科学技术推广站襄阳441022

【目的】探究沼生栎种子失水过程中水分的动态迁移规律,为其安全运输、贮藏提供理论依据。【方法】采用自然干燥法降低种子的含水量,利用核磁共振成像技术分析失水过程中种子内部水分的迁移路径,并结合信噪比定量分析失水过程中种子各... 详细信息

【目的】探究沼生栎种子失水过程中水分的动态迁移规律,为其安全运输、贮藏提供理论依据。【方法】采用自然干燥法降低种子的含水量,利用核磁共振成像技术分析失水过程中种子内部水分的迁移路径,并结合信噪比定量分析失水过程中种子各部位水分的散失情况。【结果】1)高场核磁共振成像及信噪比结果表明:新鲜种子中胚根区域、子叶中心部位水分含量较高,子叶外围区域水分相对较少;不同组织、不同部位子叶及不同部位种皮的信噪比均有差异。2)含水量降至30.0%时,胚根区域水分大幅下降,且胚根尖端失水速率最快,子叶外围水分也有所减少,而子叶中心部位水分变化不明显,失水最慢;种皮各部位水分散失速率也不同;含水量继续降至25.0%时,种子发芽率开始显著下降,此时胚根区域的水分已近乎不见,信噪比再次大幅下降,胚根下方很大一部分子叶开始变暗,3个种皮部位的信噪比均降至很低,其中合点端信噪比降幅最大,且该部位由于失水而出现皱缩现象;含水量降至10.0%时,子叶皱缩明显,只有子叶中心部位及其下方一小部分区域还存在少量水分。【结论】沼生栎种子的重要储水部位为胚根区域和子叶中心位置,失水过程中胚根尖端水分下降最快,子叶中心部位失水最慢,胚根区域水分的流失是影响种子质量下降的重要原因。

关键词：沼生栎顽拗型种子失水核磁共振成像技术水分迁移

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碳基复合吸波材料

化学进展 2024年第4期36卷 556-574页

作者：陆水清刘轶昌解志鹏张达杨斌梁风昆明理工大学云南省有色金属真空冶金重点实验室昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明理工大学冶金与能源工程学院

随着无线电波和电子信息技术飞速发展，电磁辐射污染问题日益突出，在全球范围内引起广泛关注。为了解决电磁污染问题，人们致力于研究与开发质量轻、厚度薄、频带宽和吸收强的电磁波吸收材料。与传统吸波材料相比，碳基复合吸波材料具... 详细信息

随着无线电波和电子信息技术飞速发展，电磁辐射污染问题日益突出，在全球范围内引起广泛关注。为了解决电磁污染问题，人们致力于研究与开发质量轻、厚度薄、频带宽和吸收强的电磁波吸收材料。与传统吸波材料相比，碳基复合吸波材料具有优异的介电性能、特殊的微观结构、良好的阻抗匹配以及高效的吸波性能，且可有效降低复合材料质量，在吸波材料领域拥有巨大的发展潜力，已逐渐成为研究热点。本文从阻抗匹配、损耗机制等方面概述了电磁波基本吸收原理，综述了碳-碳、碳-金属/金属氧化物、碳-陶瓷等不同种类碳基复合吸波材料的研究进展。同时，综述了上述碳基复合吸波材料的合成方法、吸波性能和衰减机制。最后，论述了碳基复合吸波材料在电磁波吸收方面存在的不足并提出了可能的解决方案，展望了碳基复合吸波材料未来的发展方向。

关键词：电磁波吸收碳基复合材料结构特征吸波机理

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单壁碳纳米角的制备及电化学应用进展

材料导报 2024年第6期38卷 36-48页

作者：苏咸凯解志鹏张达侯圣平杨斌梁风昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明650093 昆明理工大学云南省有色金属真空冶金重点实验室昆明650093 昆明理工大学冶金与能源工程学院昆明650093

单壁碳纳米角(Single-wall carbon nanohorns, SWCNHs)是由单层石墨烯卷曲而成的中空锥状碳纳米材料,通常状态下无法单独存在,一般为以数千根SWCNHs聚集成的球型聚集体,因优异的导电和导热性能、低的密度和大的比表面积而被视为一种极... 详细信息

单壁碳纳米角(Single-wall carbon nanohorns, SWCNHs)是由单层石墨烯卷曲而成的中空锥状碳纳米材料,通常状态下无法单独存在,一般为以数千根SWCNHs聚集成的球型聚集体,因优异的导电和导热性能、低的密度和大的比表面积而被视为一种极具电化学应用前景的碳纳米材料。SWCNHs通常采用激光烧蚀法、电弧放电法和焦耳热法制备,且三种方法的制备过程均未涉及金属催化剂,避免了杂质污染,从而拓宽了其应用领域。在过去20年里,SWCNHs被广泛应用于超级电容器、电化学传感器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池和金属-CO_(2)电池中。众多研究表明,SWCNHs基电化学器件具有高效、稳定、安全的优势,推动SWCNHs的工业化量产和在电化学领域的规模化应用对国家新能源和高端制造业的发展具有重要意义。本文概述了SWCNHs的结构、特性和制备方法,回顾了SWCNHs在电化学领域的研究进展,并对SWCNHs未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

关键词：单壁碳纳米角结构特性电化学纳米材料

基于有限差分的部分饱和双重孔隙介质弹性波模拟与分析

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物理学报 2024年第10期73卷 20-29页

作者：石志奇何晓刘琳陈德华中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 北京市海洋深部钻探测量工程技术研究中心北京100190

双重孔隙介质模型考虑了岩石非均质性诱发的介观流对弹性波频散和衰减的影响,在非均质储层地震资料定量解释中取得良好的应用效果.基于双重孔隙介质理论模型,利用数值算法开展弹性波模拟工作不仅可以直观显示波的传播特征,同时也为后期... 详细信息

双重孔隙介质模型考虑了岩石非均质性诱发的介观流对弹性波频散和衰减的影响,在非均质储层地震资料定量解释中取得良好的应用效果.基于双重孔隙介质理论模型,利用数值算法开展弹性波模拟工作不仅可以直观显示波的传播特征,同时也为后期地震反演成像工作奠定基础.本文基于Santos-Rayleigh部分饱和双重孔隙介质模型,利用交错网格有限差分算法模拟并分析了双重孔隙介质中的波场快照和波形曲线.采用Zener黏弹性模型近似表征介观流机制,结果表明Zener模型能够较好地反映快纵波传播特征,却无法表征慢纵波P3波在低频段的衰减特征.利用时间分裂法解决波动方程的刚性问题,提高计算效率.利用解析解验证了有限差分算法正确性的基础上,模拟了均匀介质和分层介质中的波场快照和波形曲线,清晰直观地反映了快纵波在地震频段的强衰减特征,与双重孔隙理论模型预测结果一致.模拟结果有助于进一步理解非均匀部分饱和孔隙介质中的弹性波传播特征.

关键词：双重孔隙介质有限差分频散与衰减

孔挤压强化对7050铝合金孔结构疲劳性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 709-717页

作者：刘飞苏宏华徐九华梁勇楠葛恩德凡志磊南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 中国商飞上海飞机制造有限公司上海200436

为了探究不同相对挤压量的开缝芯棒孔挤压强化对7050铝合金疲劳性能的影响,建立了开缝芯棒孔挤压强化有限元模型,开展了开缝芯棒孔挤压强化试验,分析了孔挤压强化试样孔壁残余应力和受载试样孔壁应力分布规律,探究了相对挤压量、残余应... 详细信息

为了探究不同相对挤压量的开缝芯棒孔挤压强化对7050铝合金疲劳性能的影响,建立了开缝芯棒孔挤压强化有限元模型,开展了开缝芯棒孔挤压强化试验,分析了孔挤压强化试样孔壁残余应力和受载试样孔壁应力分布规律,探究了相对挤压量、残余应力和疲劳寿命之间的关系,揭示了开缝芯棒孔挤压强化工艺的抗疲劳增益效果。结果表明:试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁的最大残余压应力为246.8、338.6和367.7MPa,相对挤压量与孔壁最大残余压应力呈正相关;受载试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁最大应力为451.2、368.7和321.6MPa,相对挤压量与孔壁最大应力呈负相关;相对挤压量为2%、3%和4%的试样中值疲劳寿命是相对挤压量为0%的1.17、1.52和1.71倍。

关键词： 7050铝合金开缝芯棒孔挤压强化相对挤压量疲劳性能

阻抗匹配策略提升氮掺杂单壁碳纳米角吸波性能

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无机盐工业 2024年

作者：刘轶昌解志鹏刘云峰张达梁风昆明理工大学真空冶金国家工程研究中心昆明理工大学冶金与能源工程学院陆军装备部驻重庆地区军事代表局

单壁碳纳米角(single-walled carbon nanohorns， CNHs)是一种有潜力的轻质电磁波吸收材料。其“大丽花”型结构有益于电磁波的多重散射耗散。针对CNHs因为阻抗失配所导致的X波段吸波性能不佳的问题，本工作使用氧气和氮气介质阻挡放电(... 详细信息

单壁碳纳米角(single-walled carbon nanohorns， CNHs)是一种有潜力的轻质电磁波吸收材料。其“大丽花”型结构有益于电磁波的多重散射耗散。针对CNHs因为阻抗失配所导致的X波段吸波性能不佳的问题，本工作使用氧气和氮气介质阻挡放电(dielectric barrier discharge， DBD)等离子体对“大丽花”状结构的氮掺杂单壁碳纳米角(nitrogen doped single-walled carbon nanohorns， NCNHs)进行阻抗匹配优化。得益于对表面含氧基团的含量调控，NCNHs在X波段的吸波性能得到了提升。经过氧气DBD处理，在2.6 mm厚度时O-NCNHs的反射损失峰值(minimum of reflection loss， RLmin)可达-42.93 dB，在1.6 mm厚度时有效吸收频宽(effective absorption bandwidth， EAB)为4.14 GHz；氮气DBD处理之后，在2.8 mm厚度时，N-NCNHs的RLmin为-47.88 dB，在1.8mm厚度时的EAB为3.72 GHz。吸波性能的提升归因于DBD处理实现的阻抗匹配和衰减能力的平衡。具体来说，通过DBD处理调控NCNHs的含氧基团含量，以提高阻抗匹配。该研究为高性能吸波剂的阻抗匹配优化提供了一种新的思路。

关键词：氮掺杂单壁碳纳米角介质阻挡放电等离子体电磁波吸收阻抗匹配