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基于叠栅条纹投影成像的差动式光栅位移测量系统

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光学学报 2024年第14期44卷 135-143页

作者：姚云飞高旭长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

为突破传统光栅位移测量系统依赖四裂相正弦波光电信号测量的局限,提出了一种基于叠栅条纹投影成像的差动式光栅位移测量方法。根据光栅偏振光干涉原理,利用图像处理方法和叠栅条纹的位移放大特性,规避了当前光栅的加工水平对高精度位... 详细信息

为突破传统光栅位移测量系统依赖四裂相正弦波光电信号测量的局限,提出了一种基于叠栅条纹投影成像的差动式光栅位移测量方法。根据光栅偏振光干涉原理,利用图像处理方法和叠栅条纹的位移放大特性,规避了当前光栅的加工水平对高精度位移测量的限制,设计了叠栅条纹投影成像的高分辨率单光栅位移光学感知系统,实现了4倍光学细分位移信号的获取,并利用CMOS图像探测器完成了位移信号的图像式转换。推导了图像式位移感知信号的数学模型,从叠栅成像的光学机理出发,对光栅这一核心元件的刻划误差、平整度误差、装调误差等进行了具体的解算,并对系统进行了仿真模拟和设计性能的分析,进一步阐述了系统动态工作的最大允许速度与帧率之间的关系,在0.048 mm/s的最大允许速度下,该系统的基础分辨率可达2.075μm,细分后分辨率可达纳米/亚纳米量级。

关键词：物理光学光栅位移测量系统叠栅条纹投影成像相移

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激光诱导击穿光谱技术对水稻产地识别研究

光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1553-1558页

作者：宋少忠符少燕刘园园齐春艳李景鹏高勋吉林工程技术师范学院数据科学与人工智能学院吉林长春130052 长春理工大学物理学院吉林长春130022 吉林省农业科学院水稻研究所吉林长春130033 中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102

水稻是中国主要粮食作物,而水稻品质与其生长的外部环境如土壤特性、气候、日照时间和灌溉水等环境息息相关,高品质水稻的产地区域面积有一定地域限制,因此水稻可看成为是一个明显的地理标志物。市场常出现一些假冒或者贴牌的知名优质... 详细信息

水稻是中国主要粮食作物,而水稻品质与其生长的外部环境如土壤特性、气候、日照时间和灌溉水等环境息息相关,高品质水稻的产地区域面积有一定地域限制,因此水稻可看成为是一个明显的地理标志物。市场常出现一些假冒或者贴牌的知名优质水稻出售,损害了水稻品牌,降低了消费者的水稻品质保障,并且扰乱了市场稳定性,因此对于水稻产地快速识别技术的需求十分迫切。利用LIBS结合机器学习算法,对吉林省5个产地(大安、公主岭、前郭、松原、洮儿河)的水稻进行产地识别,建立了主成分分析(PCA)算法分别结合Bagged Trees、Weighted KNN、Quadratic SVM和Coarse Gaussian SVM共四种机器学习算法的水稻产地识别模型。实验选取了5个水稻产地共450组在200~900 nm的LIBS数据,对水稻LIBS光谱数据采用卷积平滑(S-G平滑)进行降噪和特征谱线归一化预处理,对水稻LIBS光谱数据进行主成分分析,实现了水稻产地具有较好的聚类空间集群分布,但部分水稻产地存在空间重叠。采用5倍交叉验证,采用PCA-Bagged Trees、PCA-Weighted KNN、PCA-Quadratic SVM和PCA-Coarse Gaussian SVM共四种机器学习模型,水稻产地的识别精度均达到91.8%以上,并且PCA-Quadratic SVM模型的识别精度高达97.3%。结果表明结合LIBS技术和机器学习算法能够高精度和高效率实现水稻产地的识别。

关键词：激光诱导击穿光谱机器学习算法水稻产地识别识别精度

基于密度泛函理论的灭蝇胺分子的表面增强拉曼光谱特性

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1566-1570页

作者：李长明顾一凡张红臣宋少忠高勋长春光华学院工程技术研发中心吉林长春130022 长春理工大学物理学院吉林长春130022 吉林工程技术师范学院信息工程学院吉林长春130052

灭蝇胺是一种白色结晶粉末状的应用于各种瓜果类、茄果类、豆类及多种叶菜类农业生产中的昆虫杀虫剂,广泛应用农业生产等领域。灭蝇胺的大量使用对生态环境有极强的破坏性,危害人类身体健康。因此,对蔬菜农业生产过程中的灭蝇胺农药残... 详细信息

灭蝇胺是一种白色结晶粉末状的应用于各种瓜果类、茄果类、豆类及多种叶菜类农业生产中的昆虫杀虫剂,广泛应用农业生产等领域。灭蝇胺的大量使用对生态环境有极强的破坏性,危害人类身体健康。因此,对蔬菜农业生产过程中的灭蝇胺农药残留的快速检测技术的需求十分迫切。表面增强拉曼光谱技术(SERS)具有高灵敏度、高准确度以及样品准备简单等优点,已经成为农药残留检测领域的热点研究技术;密度泛函理论(DFT)可用于分子结构与性质的理论模拟及拉曼光谱的计算。基于密度泛函理论对引入金纳米团簇基底灭蝇胺分子的表面增强拉曼光谱进行计算,采用Multiwfn软件结合VMD软件探究了灭蝇胺分子表面静电势分布,基于B3LYP/6-31++G(d,p)基组对结合4个Au原子团簇形成的灭蝇胺—金纳米团簇复合物采用B3LYP方法,对灭蝇胺分子中与Au纳米团簇可能配位的原子使用6-31++G(d,p)基组,Au原子团簇使用LANL2DZ赝式基组,进行灭蝇胺—金纳米团簇复合物的结构优化与表面增强拉曼光谱计算,获得灭蝇胺分子的拉曼散射光谱和灭蝇胺分子与Au 4聚体吸附的表面增强拉曼光谱,并进行特征峰指认和比较。由分子静电势分布可知,Au纳米团簇可能与灭蝇胺分子中的N_(1)、N_(3)和N 5原子位置处形成配位,与C_(6)H_(10)N_(6)分子形成C_(6)H_(10)N_(6)-4Au纳米团簇化合物。计算对比分析了N_(1)、N_(3)和N_(5)原子配位形成的C_(6)H_(10)N_(6)-4Au的拉曼光谱,由于Au原子团簇的侵入,Au原子团簇与N 1、N 3和N 5配位形成的C_(6)H_(10)N_(6)-4Au分子Raman光谱特征峰最大增强分别达到4.0倍、1.4倍和3.2倍,且Raman谱峰出现了选择增强,并且谱峰位置发生一定程度的红移或者蓝移。研究结果为SERS技术用于蔬菜表面农药残留的快速检测奠定了理论基础。

关键词：表面增强拉曼光谱密度泛函理论光谱增强因子灭蝇胺分子

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微腔效应影响有机发光器件调制带宽特性研究

发光学报 2024年第3期45卷 468-475页

作者：李镔刘士浩张乐天谢文法吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区吉林长春130012

可见光通信(VLC)技术巧妙地融合了通信和照明或显示功能,为通信提供了高效便捷的方案。有机电致发光器件(OLED)作为最接近自然阳光的人造光源,在可见光通信系统的发射端展现出巨大的应用潜力。然而,受制于有机发光染料激子辐射复合速率... 详细信息

可见光通信(VLC)技术巧妙地融合了通信和照明或显示功能,为通信提供了高效便捷的方案。有机电致发光器件(OLED)作为最接近自然阳光的人造光源,在可见光通信系统的发射端展现出巨大的应用潜力。然而,受制于有机发光染料激子辐射复合速率较慢的限制,OLED在高频信号激励时响应速度较慢。为了克服这一限制,我们提出利用微腔结构,旨在通过微腔效应增强有机发光分子的自发辐射速率,从而改善器件的频率响应。研究结果表明,特定腔长的光学微腔引发的Purcell效应能够提升特定波长的光子态密度,从而加速其自发辐射速率。这种增强效应成功地将调制带宽从4 kHz提高到7 kHz,拓展了近75%的响应频率范围。

关键词：有机电致发光器件微腔结构自发辐射速率可见光通信调制带宽

航拍多光谱田间秸秆覆盖量反演模型的建立与优化

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光学精密工程 2024年第11期32卷 1773-1787页

作者：刘媛媛孙宇高雪冰王利斌王跃勇刘梦琪崔舒然吉林农业大学信息技术学院(智慧农业研究院) 吉林长春130118 吉林农业大学工程技术学院吉林长春130118 长春市农业机械研究院吉林长春130052 吉林省农业机械研究院吉林长春130022

保护性耕作是农业耕地可持续性发展的重要方法,已被世界多地采用,秸秆覆盖量实现从“有无”到“多少”的进一步判定,是秸秆还田检测的重要指标。通过无人机搭载多光谱相机航拍研究区内春秋两季遥感数据,并同步测定玉米秸秆覆盖量。首先... 详细信息

保护性耕作是农业耕地可持续性发展的重要方法,已被世界多地采用,秸秆覆盖量实现从“有无”到“多少”的进一步判定,是秸秆还田检测的重要指标。通过无人机搭载多光谱相机航拍研究区内春秋两季遥感数据,并同步测定玉米秸秆覆盖量。首先,通过遥感数据提取光谱反射率并构建光谱指数,采用相关系数法筛选出对秸秆覆盖量敏感的波段变量和光谱变量,作为模型输入变量;然后,采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林(Random Forest,RF)、BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)和极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)4种机器学习算法,建立玉米秸秆覆盖量的反演模型,比较不同时期和不同研究区域的模型精度;最后,为解决预测性能受其模型参数影响较大问题,引入遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO),并提出遗传-粒子群混合算法(Genetic-Particle Swarm Optimization,GA-PSO),利用它们的互补性提高模型的性能,完成区域内秸秆覆盖量的估算。实验结果表明,基于GA-PSO优化的RF算法玉米秸秆覆盖量反演模型取得了最佳的反演效果,其中R^(2)达到了0.74。同时,对比分析不同数据的反演结果,均较为真实地反映了区域内秸秆覆盖量,估测准确率达到91.36%,说明可以通过优化模型实现结果估算。研究为保护性耕作秸秆还田量检测提供科学参考,亦为其他作物秸秆覆盖量估测提供了可靠的模型反演方法。

关键词：多光谱图像机器学习秸秆覆盖量无人机遗传算法粒子群算法

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VEGF对小鼠卵巢类固醇合成相关基因表达的影响及其机制

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解放军医学杂志 2024年第6期49卷 679-685页

作者：张智慧高鸿霞王国庆侯巍邹畅芦小单吉林省人民医院精准分子医学中心吉林长春130000 北华大学医学技术学院吉林省吉林市132000

目的探讨血管内皮生长因子(VEGF)对小鼠卵巢类固醇合成相关基因表达的影响及其机制。方法利用四环素可逆调节VEGF表达的转基因小鼠模型,采用聚合酶链反应(PCR)法鉴定小鼠基因型,通过喂食强力霉素将20只小鼠分为VEGF表达正常组(Dox+)与V... 详细信息

目的探讨血管内皮生长因子(VEGF)对小鼠卵巢类固醇合成相关基因表达的影响及其机制。方法利用四环素可逆调节VEGF表达的转基因小鼠模型,采用聚合酶链反应(PCR)法鉴定小鼠基因型,通过喂食强力霉素将20只小鼠分为VEGF表达正常组(Dox+)与VEGF表达抑制组(Dox-)(n=10)。采用Western blotting检测卵巢组织中VEGF蛋白的表达情况;荧光定量PCR检测VEGF、VEGF受体2(KDR)及已知在卵泡发育中发挥作用的基因卵泡刺激素(FSH)、抑制素B(INHBB)mRNA的表达情况。HE染色观察卵巢组织的变化。取小鼠卵巢组织提取总RNA进行转录组测序,并通过FPKM、log2FC值分析相关差异基因。结果与Dox+组比较,Dox-组VEGF mRNA和蛋白水平明显降低,KDR mRNA水平明显降低(P<0.05)。HE染色结果显示,与Dox+组比较,Dox-组卵泡发育障碍,并出现闭锁卵泡。根据测序结果分析筛选出两组小鼠的卵泡发育相关基因、类固醇合成相关基因具有明显差异(P<0.05);富集分析发现小鼠卵巢中VEGF主要参与调控卵巢类固醇生成等通路。荧光定量PCR结果显示,与Dox+组相比,Dox-组小鼠卵巢组织中卵泡发育相关基因(INHBB、FSHR)明显上调(P<0.05),类固醇合成的关键基因(StAR、CYP11A1、3β-HSD)明显下调(P<0.05),定量结果与测序结果基本一致。结论VEGF抑制可使小鼠卵泡发育障碍,其可能的机制是通过下调卵巢类固醇合成相关基因FSH、INHBB的表达从而阻碍胆固醇代谢来实现的。

关键词：血管内皮生长因子卵泡发育性类固醇激素转录组测序

考虑输出约束及外部干扰的柔性航天器振动控制

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北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1560-1567页

作者：刘姝阳杨洪磊张振国李元春长春工业大学电气与电子工程学院长春130012

针对具有输出约束及外部干扰的柔性航天器系统,提出一种直接关节力矩输入的振动控制方法。利用哈密顿原理,系统动力学特性由偏微分方程(PDE)和常微分方程(ODE)耦合组成的分布参数模型来描述。设计了非线性干扰观测器补偿外界干扰,并基... 详细信息

针对具有输出约束及外部干扰的柔性航天器系统,提出一种直接关节力矩输入的振动控制方法。利用哈密顿原理,系统动力学特性由偏微分方程(PDE)和常微分方程(ODE)耦合组成的分布参数模型来描述。设计了非线性干扰观测器补偿外界干扰,并基于正切型障碍李雅普诺夫函数解决了航天器姿态角度误差和振动误差的多输出约束问题。利用扩展的拉塞尔不变集原理和半群理论证明了系统的渐近稳定性。不仅实现了姿态角的位置控制,还抑制了柔性航天器的弹性振动。通过对比仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：输出约束干扰观测器直接关节力矩输入分布参数模型障碍李雅普诺夫函数

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高功率大芯径环形光斑可调信号合束器的研究

中国激光 2024年第8期51卷 23-31页

作者：万志强杨瑷碧杨光华于珊胡紫晔唐吉龙魏志鹏长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室吉林长春130022 长春理工大学中山研究院广东中山528437 深圳市杰普特光电股份有限公司广东深圳518110

针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题,设计了一种光斑可调的信号合束器,首次以50μm/70μm/600μm/620μm/660μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤,基于光束非相干合成技术,通过RSoft软件对合束器进... 详细信息

针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题,设计了一种光斑可调的信号合束器,首次以50μm/70μm/600μm/620μm/660μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤,基于光束非相干合成技术,通过RSoft软件对合束器进行了模拟仿真,分析了其模场变化情况,设计的合束器满足绝热拉锥以及亮度守恒两个原则,调控拉锥比(TR)使其可以实现中心和外环独立工作。采用套管法将7根25μm/250μm光纤耦合到一起形成熔锥光纤束,再将其与输出光纤进行熔接,制成了高功率大芯径环形光斑可调信号合束器。此光纤合束器的传输效率≥98%,中心光束质量因子(M2)仅为1.76,此时中心端口输出功率为3.036 kW。而后对合束器进行了耐环境测试,合束器在低温与高温下表现出的传输特性良好。将该光斑可调的环形光斑信号合束器应用到激光器中,通过调节中心和外环激光功率,可以在任何温度环境下实现超高速焊接,为激光复合焊接提供了一种新途径。

关键词：激光器光纤合束器熔锥光纤束(TFB) 传输效率光束质量环境可靠性

核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗研究

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电机与控制学报 2024年第4期28卷 72-80页

作者：辛鹏戈宝军陶大军吉林化工学院信息与控制工程学院吉林吉林132022 哈尔滨理工大学大型电机电气与传热技术国家地方联合工程研究中心黑龙江哈尔滨150080

为研究核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗特性,推导了核电半速汽轮发电机空载运行时励磁绕组匝间短路故障下,定子分数次谐波环流产生的合成磁动势表达式,分析合成磁动势相对于转子的转速,揭示了转子表面产生涡流的原因... 详细信息

为研究核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗特性,推导了核电半速汽轮发电机空载运行时励磁绕组匝间短路故障下,定子分数次谐波环流产生的合成磁动势表达式,分析合成磁动势相对于转子的转速,揭示了转子表面产生涡流的原因以及涡流的频率特性。结合涡流损耗计算方法,以一台核电半速汽轮发电机为例进行了仿真验证。在此基础上,对核电半速汽轮发电机励磁绕组不同位置发生相同程度匝间短路,以及励磁绕组发生不同程度匝间短路过程进行了仿真,计算了转子各阻尼条及槽楔中的涡流及涡流损耗,揭示了励磁绕组匝间短路时影响转子阻尼条及槽楔中涡流和涡流损耗的因素。为核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障时,分析转子发热的影响因素提供了理论基础。

关键词：核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路涡流损耗