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Influence of laser wavelength instability,polarization fading and phase fluctuation on local heterodyne detection wavelength scanning BOTDR

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Optoelectronics Letters 2023年第4期19卷 200-204页

作者： LI Yongqian WANG Lei fan haijun Department of Electronic and Communication Engineering North China Electric Power UniversityBaoding 071003China Hebei Key Laboratory of Power Internet of Things Technology North China Electric Power UniversityBaoding 071003China Baoding Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Optical Communication Technology North China Electric Power UniversityBaoding 071003China

In this paper,the influence of laser wavelength instability,polarization fading and phase fluctuation on local heterodyne detection wavelength scanning Brillouin optical time domain reflectometer(WS-BOTDR)is theoretically analyzed,and a local heterodyne detection WS-BOTDR system is built for experimental verification.The experimental results show that with the increase of sensing distance,the adverse effect of laser wavelength instability,polarization fading and phase fluctuation on local heterodyne detection WS-BOTDR is gradually aggravated,which will lead to the broadening and distortion of the wavelength power spectrum(WPS),resulting in large errors in demodulated Brillouin central wavelength(BCW)and temperature.The average temperature measurement errors at the positions of 1 km,5 km,9 km non-heating section and 9.45 km heating section are 1.76℃,3.42℃,3.89℃and 4.3℃,respectively.

关键词： polarization BOTDR local

Bend-tolerant fiber sensor based on BOTDR system

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Optoelectronics Letters 2022年第6期18卷 343-348页

作者： LI Yongqian fan haijun WANG Lei ZHANG Lixin LIU Ting Department of Electronic and Communication Engineering North China Electric Power UniversityBaoding 071003China Hebei Key Laboratory of Power Internet of Things Technology North China Electric Power UniversityBaoding 071003China Baoding Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Optical Communication Technology North China Electric Power UniversityBaoding 071003China

A simple and inexpensive sensing structure,single mode fiber(SMF)alignment fusion to 62.5μm stepped index-multimode fiber(SI-MMF),combined with Brillouin optical time domain reflectometry(BOTDR)system,is used as a distributed sensor in the field of structural safety and health monitoring(SSHM)of large infrastructures in terms of its prominent bending resistance.The bend loss principle and influencing factors of the fiber are analyzed,and the bending resistances of different fibers are discussed on the basis of theoretical and experimental comparisons.The bend-tolerant capacity and temperature sensing characteristics of the 5 km sensing structure are measured by using the self-developed frequency-shifted local heterodyne BOTDR system.The results show that the proposed sensing structure has excellent bend-tolerant capacity with a minimum bend radius and temperature measurement error of 1.25 mm and 0.69℃,respectively,which indicates that the proposed sensing structure has huge potential in the field of SSHM of large infrastructures.

关键词： fiber BOTDR system

基于PVDF柔性传感器的不同介质中冲击波波源测量与频谱分析

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医用生物力学 2024年第2期39卷 319-325页

作者：牛海军徐连胜沈飞吴琼王立李沣骥樊璠北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191

目的明确体外冲击波系统冲击头在不同介质界面产生的冲击波波源特征。方法采用冲击气压可调的体外冲击波产生与信号采集实验系统,结合聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性传感器,通过实验测量方法研究冲击头在不同介质(仿体组织、水和空气)界面产生... 详细信息

目的明确体外冲击波系统冲击头在不同介质界面产生的冲击波波源特征。方法采用冲击气压可调的体外冲击波产生与信号采集实验系统,结合聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性传感器,通过实验测量方法研究冲击头在不同介质(仿体组织、水和空气)界面产生的冲击波形,分析波源的时域特征和频谱特性。结果在相同气压冲击下,冲击头在仿体界面和水界面产生的冲击波波形相似,二者与空气界面产生的冲击波波形存在较大差异,空气界面的正负压绝对值明显减小;不同介质中产生的冲击波频谱特性相似,都存在3个明显的峰值频率,仿体、水和空气中调制频率分别为12.2、8.5、7.2 kHz,载波频率基本无变化(82~83 kHz)。不同气压冲击下,冲击头在同一介质界面产生的冲击脉冲波波形差异不大,冲击气压仅影响冲击波幅度,不影响峰值频率。随着冲击气压的增大,介质界面正负压绝对值增大,变化基本呈线性。结论PVDF柔性传感器可以有效测量冲击波波源,不同介质界面产生的冲击波在时域和频域都存在一定差异,不能简单以空气或水中的冲击波传播特性代替生物组织中的传播特性。研究结果可以为冲击波设备的评估和临床冲击波治疗方案的制定提供重要信息。

关键词：体外冲击波波源测量 PVDF传感器频谱分析

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考虑扬声器指向性补偿的声场再现方法研究

噪声与振动控制 2024年第2期44卷 8-15页

作者：文新吴海军范祎龙蒋伟康上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室上海200240

在实验室环境下精准再现基于测试或仿真的声环境,对降噪优化设计与声品质评价研究具有重要意义。常用的基于扬声器阵列的声场再现方法能在特定的空间区域内再现原始声场分布,提供更为真实的临场感和沉浸感,但扬声器的指向性特性较差会... 详细信息

在实验室环境下精准再现基于测试或仿真的声环境,对降噪优化设计与声品质评价研究具有重要意义。常用的基于扬声器阵列的声场再现方法能在特定的空间区域内再现原始声场分布,提供更为真实的临场感和沉浸感,但扬声器的指向性特性较差会降低声场再现的精度。本文提出一种考虑扬声器指向性补偿的声场再现方法用于提高声场再现的精度。该方法基于扬声器指向性的声压表达模型,利用坐标变换的方法将空间观测点转换到以扬声器为中心的局部坐标系下,并采用插值的方法实现空间观测点的指向性补偿;最后采用声压匹配的方法求解扬声器驱动权重,实现声场的精准再现。开展基于仿真指向性补偿和实测指向性补偿的声场再现试验,结果表明考虑指向性补偿比不考虑补偿的声场再现精度平均提高了约22.37%,验证了所提声场再现方法的有效性。

关键词：声学声场再现扬声器指向性补偿扬声器阵列插值声压匹配

表达增强型绿色荧光蛋白的C型禽偏肺病毒反向遗传系统的构建及优化

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中国畜牧兽医 2024年第5期51卷 2091-2100页

作者：郭禹程晶左玉柱范京惠姜海军河北农业大学动物医学院保定071001 北京市农林科学院畜牧兽医研究所北京100097

【目的】禽偏肺病毒(Avian metapneumovrus,aMPV)是副黏病毒科偏肺病毒属成员,其所造成的鸡肿头症和产蛋率下降对养殖业造成严重危害。为更好地预防aMPV并研究其发病机制,本研究将增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protei... 详细信息

【目的】禽偏肺病毒(Avian metapneumovrus,aMPV)是副黏病毒科偏肺病毒属成员,其所造成的鸡肿头症和产蛋率下降对养殖业造成严重危害。为更好地预防aMPV并研究其发病机制,本研究将增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)插入C型aMPV(aMPV/C)基因组中,构建表达EGFP的重组aMPV,并使用不同的载体及启动子构建aMPV迷你基因组,来优化aMPV反向遗传操作系统(reverse genetic system,RGS)的构建。【方法】将EGFP插入pBluescript-aMPV RGS的P和M蛋白之间非编码区并进行拯救,观察绿色荧光蛋白的表达情况,同时测定重组病毒滴度及遗传稳定性。为优化RGS的构建,采用含有T7启动子的pBluescript SK(+)和含有T7、CMV启动子的pcDNA3.1两种载体构建aMPV迷你基因组。首先将aMPV/C基因组两端的先导区(leader)和尾随区(trailer)与EGFP的cDNA进行PCR扩增,并切胶回收;其次将各胶回收片段按照leader-EGFP-trailer的顺序进行无缝克隆连接,并测序验证;最后将连接完整的迷你基因组反向插入两个载体中,构建aMPV/C的迷你基因组(pBR-aMPV/C和pc-aMPV/C)。在拯救迷你基因组的试验中,将两个aMPV/C迷你基因组与3个表达N、P和L蛋白的质粒共转染到BHK-21细胞中,观察绿色荧光蛋白的表达情况。【结果】拯救的aMPV-EGFP重组病毒测序结果显示,EGFP已成功插入aMPV基因组中,并在前3代aMPV-EGFP重组病毒中稳定表达。aMPV-EGFP重组病毒滴度在感染96 h后达到105.5 TCID 50/mL。而pBR-aMPV/C和pc-aMPV/C两个重组质粒的测序结果也证明了含有EGFP的aMPV迷你基因组构建完成。将3个重组质粒分别与辅助质粒共转染至BHK-21细胞中,转染24 h后观察到细胞中绿色荧光蛋白表达,证明aMPV-EGFP重组病毒及pBR-aMPV/C和pc-aMPV/C两个aMPV迷你基因均都成功表达了EGFP。【结论】本研究成功构建了两个aMPV迷你基因组并拯救了aMPV-EGFP重组病毒,重组病毒具有良好的遗传稳定性。而CMV和T7作为aMPV/C RGS中的启动子时,二者的拯救效率相同。pBluescript SK(+)和pcDNA3.1均可用于aMPV/C RGS的构建,本研究为aMPV/C RGS的构建提供了多种方法。

关键词： C型禽偏肺病毒迷你基因组反向遗传系统 CMV启动子增强绿色荧光蛋白 T7启动子

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深度学习代理模型的消防传感系统优化方法

火灾科学（中英文） 2024年第1期33卷 50-60页

作者：莫力科张璐范成周海俊赵杨平深圳大学土木与交通工程学院深圳518060 滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室深圳518060

传感器合理布置显著影响消防监测系统的实际效用。为确保火灾预警及特性识别效率,建立了一套基于深度学习代理模型的消防监测传感系统优化方法。通过建立火灾仿真模型获取多场景模拟数据,利用深度学习技术学习火场演绎规律,结合不同数... 详细信息

传感器合理布置显著影响消防监测系统的实际效用。为确保火灾预警及特性识别效率,建立了一套基于深度学习代理模型的消防监测传感系统优化方法。通过建立火灾仿真模型获取多场景模拟数据,利用深度学习技术学习火场演绎规律,结合不同数据设定下的实验量化模型的识别准确率、查准率、查全率和F1-score,从空间布局和采集频率、探测时间角度对整体监测系统进行了优化。结果表明,优化后的传感系统可在满足火灾特征识别准确率的前提下,显著减少传感器数量及数据采集成本。该解决思路可推广应用于不同建筑场景,为消防监测系统设计提供决策支持,研究成果有利于智慧消防和智慧建筑发展。

关键词： FDS 深度学习 LSTM 系统优化智慧消防

超高压容器开孔处裂纹最深点处应力强度因子的计算方法

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机电工程 2024年第6期41卷 1109-1115页

作者：汪志福秦宗川张羽牛铮范海俊戴兴旺合肥通用机械研究院有限公司国家压力容器与管道安全工程技术研究中心安徽合肥230031 河南中原特钢装备制造有限公司河南济源459000

由于超高压容器开孔处的应力梯度变化很大,通常由最小二乘法拟合的三次多项式往往与实际的应力分布之间存在较大偏差。针对这一问题,提出了一种分段插值求解的计算方法。首先,基于应力强度因子及通用权函数的理论,推导出了常数插值、线... 详细信息

由于超高压容器开孔处的应力梯度变化很大,通常由最小二乘法拟合的三次多项式往往与实际的应力分布之间存在较大偏差。针对这一问题,提出了一种分段插值求解的计算方法。首先,基于应力强度因子及通用权函数的理论,推导出了常数插值、线性插值、二次插值求解的计算公式;其次,结合工程实例,基于无裂纹体的弹性应力分析,对比分析了常规最小二乘法与常数插值、线性插值、二次插值的应力分布表征精度及应力强度因子计算结果,确定了线性插值和二次插值方法的可靠性;然后,分析了数据采集量对线性插值和二次插值计算结果的影响,确定了线性插值方法的实用性;最后,对线性插值与有限元分析的计算结果进行了分析验证。研究结果表明:应力分布表征精度为“最小二乘法<常数插值<线性插值<二次插值”,计算结果相对误差约为15%;随着采集数据量的增加,采用线性插值方法的计算结果能较快收敛,更适合于工程计算;线性插值与有限元法的计算结果高度一致,证明了线性插值计算的可靠性。

关键词：超高压容器开孔处应力强度因子通用权函数分段插值求解计算方法裂纹最深点处线性插值计算方法

基于反射式柔性探头及AFE4490的无线脉搏波监测系统

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中国医疗器械杂志 2024年第3期48卷 330-334页

作者：杭岩黄霖刘亚男魏海俊叶继伦张旭刘春生王凡深圳大学医学部生物医学工程学院深圳市518055 深圳市惟拓力医疗电子有限公司深圳市518132 广东省宝莱特医用科技股份有限公司创新研究院珠海市519080

脉搏和血氧是人体重要的生理参数,能够反映生理和病理方面的相关信息。该系统设计了一款基于柔性反射式探头和集成模拟前端AFE4490的无线脉搏波监测系统,适用于监测人体额头部位的脉搏波和血氧水平。该系统主要由反射式柔性探头、集成... 详细信息

脉搏和血氧是人体重要的生理参数,能够反映生理和病理方面的相关信息。该系统设计了一款基于柔性反射式探头和集成模拟前端AFE4490的无线脉搏波监测系统,适用于监测人体额头部位的脉搏波和血氧水平。该系统主要由反射式柔性探头、集成模拟前端AFE4490、电源模块、主控MCU和Wi-Fi模块组成。采集到的脉搏波数据经过下位机处理后,无线传输至智能手机端,并在应用软件上实时显示当前的脉搏波形、脉率和血氧水平。经过相关测试和验证,该系统能够精确检测脉搏波信号,满足可穿戴设备的需求,并具有显著的市场应用潜力。

关键词：血氧模拟前端AFE4490 无线传输无创脉搏波监测反射式柔性探头

非酒精性脂肪性肝病大鼠的血清溶血磷脂酰胆碱和氨基酸代谢轮廓研究

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中国实验动物学报 2024年第4期32卷 477-484页

作者：赵梅玉史欣悦周姝伶李海军樊淑婷熊印华江西科技师范大学药学院南昌330013

目的利用代谢组学手段研究非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)大鼠血清的氨基酸和溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine, LPC)代谢轮廓,寻找可表征NAFLD的生物标志物并推测其发生的可能机制。方法通过... 详细信息

目的利用代谢组学手段研究非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)大鼠血清的氨基酸和溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine, LPC)代谢轮廓,寻找可表征NAFLD的生物标志物并推测其发生的可能机制。方法通过喂养高脂饮食饲料和腹腔注射CCl_4制备NAFLD大鼠,采用液相色谱-质谱联用技术测定对照组和NAFLD组的大鼠血清中15种LPCs和18种氨基酸的含量;采用主成分分析和正交偏最小二乘法-判别分析等方法分析大鼠NAFLD肝损伤后血清中LPC和氨基酸代谢轮廓的变化,运用Pearson相关分析方法分析生物标志物与NAFLD的相关性。结果 NAFLD组的大鼠血清LPC和氨基酸代谢轮廓明显偏离对照组,且能完全区分开;LPC(20∶1)、精氨酸和谷氨酸对NAFLD有显著贡献,这3个代谢物被鉴定为生物标志物;LPC(20∶1)和精氨酸与AST、ALT、LDL、TBIL等血清生化指标显著相关。结论血清溶血磷脂酰胆碱和氨基酸的代谢轮廓与NAFLD密切相关。

关键词：非酒精性脂肪性肝病溶血磷脂酰胆碱氨基酸代谢轮廓