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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

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

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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

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基于密度聚类的商用车编队策略

吉林大学学报（工学版） 2024年第5期54卷 1459-1468页

作者：刘迪孙耀胡云峰陈虹吉林大学汽车底盘集成与仿生全国重点实验室长春130022 吉林大学通信工程学院长春130022 同济大学电子与信息工程学院上海201804

编队过程增加的油耗小于队列运行降低的油耗时车辆编队行驶总油耗才会降低。为了形成具有节油潜力的商用车队,提出了基于密度聚类的商用车编队策略。首先,使用Trucksim中的商用车模型采集油耗数据,通过拟合建立等效油耗模型并转化到距... 详细信息

编队过程增加的油耗小于队列运行降低的油耗时车辆编队行驶总油耗才会降低。为了形成具有节油潜力的商用车队,提出了基于密度聚类的商用车编队策略。首先,使用Trucksim中的商用车模型采集油耗数据,通过拟合建立等效油耗模型并转化到距离域内进行了简化;其次,利用两车编队优化问题获得具有节油潜力的编队标准;然后,在密度聚类中使用该标准将分散的商用车聚类为子车队簇,定义等效油耗最优函数确定最终整体队列形式。最后,通过联合仿真验证了本文提出的编队策略在编队节油方面的有效性与优越性。

关键词：商用车油耗编队标准密度聚类

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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

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基于拉曼光谱技术的不同年份玉米成分分析

光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2166-2173页

作者：黄纪翀宋少忠刘春宇徐立君陈安亮鹿鸣郭雯静苗壮李长明谭勇刘哲长春理工大学物理学院吉林省光谱探测科学与技术重点实验室吉林长春130022 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 吉林大学生物与农业工程学院吉林长春130015

以松原粮食集团提供不同年份的玉米储备粮为实验样品,采用三级显微拉曼光谱检测仪对不同状态下的玉米单籽粒进行光谱采集,并结合密度泛函理论(DFT)得到分子光谱,研究其内部成分随时间变化的规律。通过DFT理论优化分子结构和分析,将求得... 详细信息

以松原粮食集团提供不同年份的玉米储备粮为实验样品,采用三级显微拉曼光谱检测仪对不同状态下的玉米单籽粒进行光谱采集,并结合密度泛函理论(DFT)得到分子光谱,研究其内部成分随时间变化的规律。通过DFT理论优化分子结构和分析,将求得分子中每个键对应的振动频率与实际测得的玉米籽粒拉曼光谱进行对比,完成部分峰位指认;对不同储存年份的玉米籽粒外表面拉曼光谱进行了测量,对原始光谱进行预处理后分别在476、1006、1156、1459、1519、1597和1633 cm^(-1)这几处发现了较强的拉曼峰,表征着玉米淀粉、叶黄素、木质素的存在;对不同年份玉米籽粒纵切面的拉曼光谱进行测量,将此部分光谱归一化处理后得到了对应峰位的相对峰强与相对峰面积。通过比较发现除在表面得到的拉曼峰外,在850~1450 cm^(-1)附近处还发现了新的拉曼峰。其中位于475、863、944、1260、1338和1378 cm^(-1)几处表征淀粉含量的拉曼峰峰强、峰面积、半高宽(FWHM)值随储存年份的增加产生了或增加或减少的现象,表明其物质组成、成分含量、分子结构均发生了不同改变,基本与玉米淀粉老化的机理一致。其中在1080和1130 cm^(-1)拉曼峰在三个不同年份玉米纵切面拉曼光谱中的变化差距较大:1080 cm^(-1)的拉曼峰只存在于2018年、2019年储存的玉米光谱中,1192 cm^(-1)处的拉曼峰只存在于2020年份的玉米光谱中,且峰强、Full Width at the half of the maximum(FWHM)值有不同程度的变化,可能表示淀粉内某种糖类物质之间的相互转换,可作为鉴定不同年份玉米样品的特征峰。对叶黄素含量相关峰位的物理参数进行了比较,并将其中的峰强、峰面积值与年份做线型拟合分析,拟合程度较好,相关系数均达到了0.9以上,表明叶黄素含量随储存时间延长呈线性下降的趋势。通过与理论计算得到的叶黄素光谱对比分析,发现叶黄素的流失对化学键振动均有不同程度的影响,其中对C═C双键的伸缩振动影响最大。该研究使用密度泛函理论的计算与实验比对结果,探讨玉米的拉曼光谱随时间推移的变化规律,通过分析不同年份玉米的内部成分变化,为使用拉曼光谱鉴别玉米年份提供了一定的依据,拓展了光谱在农产品质量检测分析上的应用。

关键词：拉曼光谱密度泛函理论玉米储备粮成分分析

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