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密集颗粒体系的颗粒运动及结构测量技术

力学进展 2018年第1期48卷 541-590页

作者：杨晖张国华王宇杰孙其诚上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 北京科技大学物理系北京100083 上海交通大学物理与天文学院上海200240 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

颗粒材料由大量粗颗粒堆积形成,是复杂的多体相互作用体系,呈现出颗粒尺度的结构不均匀和动力学不均匀性的基本特征,这决定了颗粒材料具有很多独特的宏观性质.借鉴学科历史的发展途径,基于统计力学,从颗粒结构和动力学开始建立颗粒材料... 详细信息

颗粒材料由大量粗颗粒堆积形成,是复杂的多体相互作用体系,呈现出颗粒尺度的结构不均匀和动力学不均匀性的基本特征,这决定了颗粒材料具有很多独特的宏观性质.借鉴学科历史的发展途径,基于统计力学,从颗粒结构和动力学开始建立颗粒材料体系的宏观连续介质力学理论框架是必然途径.但是,颗粒材料的基本特征决定了从基本理论到实验手段上,表征与建立颗粒材料结构与性能的相关性都极其困难.这是由于现有测试分析手段所描述的颗粒系统组织结构过于简单化,缺乏对颗粒结构和动力学的真正认识,从而制约了颗粒物质研究的发展.因此,开展颗粒体系结构和动力学性质的测量,是理解和认识颗粒材料重要物理和力学问题的基础和依据.笔者来自不同的科研院所,近十年来开展了颗粒体系结构和动力学性质的测量研究,主要集中于以下两个方向:(1)数字图像测速法、散斑能见度光谱法和X射线-CT等非侵入式测量技术在颗粒运动方面的应用;(2)体积响应谱、力学谱(有效质量和内耗等)和声速测量技术等直接或间接测量颗粒接触力和颗粒结构技术.本文综述了这些实验手段的基本原理及其特点、取得的主要成果,以及国际最新进展和困难.最后是对全文的总结,结合笔者开展测量的经验和教训,提出了自己的看法,并试图展望颗粒材料测量技术研究的前景.

关键词：颗粒材料介尺度结构结构不均匀性动力学不均匀性非侵入测量力学响应谱声学谱

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一种基于电涡流的电解质溶液电导率测量方法

仪器仪表学报 2010年第3期31卷 678-681页

作者：苏瑞东浙江大学工业控制技术国家重点实验室杭州310027

本文将常用于金属探伤的对射式涡流传感器应用于电解质溶液的电导率测量,对其信号处理电路进行了改进设计,提出了一种基于高速模拟乘法器的微弱涡流信号提取电路,并在分析系统等效电路和干扰途径的基础上提出了一种抑制干扰的方法。在... 详细信息

本文将常用于金属探伤的对射式涡流传感器应用于电解质溶液的电导率测量,对其信号处理电路进行了改进设计,提出了一种基于高速模拟乘法器的微弱涡流信号提取电路,并在分析系统等效电路和干扰途径的基础上提出了一种抑制干扰的方法。在此基础上,构建了一套电解质溶液电导率的非接触非侵入式测量系统。该系统结构简单,测量有效,其测量误差不超过1.5%(FS)。

关键词：电解质溶液电导率电涡流非接触测量非侵入测量

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粉料气力输送状态在线监测装置研究

仪器仪表学报 2007年第11期28卷 1999-2002页

作者：张博王陶徐立军闫勇北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083 Department of Electronics University of Kent

本文描述了一种基于静电感应原理的非侵入式监测装置,可实现粉料输送管道内输送状态的在线监测。该装置通过內嵌于管道内壁的环状静电感应传感器拾取管道中粉料感应的静电信号,经过放大、滤波、整流、逻辑判断,最后分别指示正常输送、... 详细信息

本文描述了一种基于静电感应原理的非侵入式监测装置,可实现粉料输送管道内输送状态的在线监测。该装置通过內嵌于管道内壁的环状静电感应传感器拾取管道中粉料感应的静电信号,经过放大、滤波、整流、逻辑判断,最后分别指示正常输送、有风无粉、管道完全阻塞三种输送状态。

关键词：粉料气力输送在线监测静电感应非侵入测量

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用近红外光谱技术定位诊断脑梗塞

Chinese Medical Journal 2002年第1期115卷 84-86页

作者：陈卫国卢广等华中理工大学生命科学与技术学院生物物理与生物化学研究所武汉430074 中国科学院武汉分院磁共振原子、分子物理国家重点实验室武汉430074

目的：用大量大脑中动脉梗塞模型评价血红蛋白近红外光谱（NIRS）变化特征，实现对大脑梗塞灶的定位诊断。方法：计算并搭建了双波长（850nm和760nm）NIRS拓扑系统。用20只SD大鼠建立大脑中动脉梗塞模型，并对梗塞灶成像；然后用磁共振... 详细信息

目的：用大量大脑中动脉梗塞模型评价血红蛋白近红外光谱（NIRS）变化特征，实现对大脑梗塞灶的定位诊断。方法：计算并搭建了双波长（850nm和760nm）NIRS拓扑系统。用20只SD大鼠建立大脑中动脉梗塞模型，并对梗塞灶成像；然后用磁共振（MRI）和化学染色方法对同一只大鼠梗塞灶成像，并比较不同技术显示的梗塞灶位置和面积。结果：重建的NIRS拓扑图显示大鼠大脑左侧皮层有一低的光密度区，平均梗塞面积为19.50mm^2(19.50±0.35mm^2，n=20)；染色的解剖样品显示平均梗塞面积为18.46mm^2(18.46±0.38mm^2，n=20)；MRI显示平均梗塞面积为20.71mm^2(20.71±0.27mm^2，n=20)，三种技术显示的平均梗塞面积无显著性差异（F(2，57)=2.47，P>0.05）。NIRS与MRI、解剖样品之间相关系数分别为（r=0.82，P<0.05）、（r=0.89，P<0.01）。同时，NIRS拓扑图显示的梗塞灶的位置和几何形状也为同一只大鼠的MRI、解剖样品所证实。结论：研究结果提示，NIRS可以实时跟踪各种因素引起的大脑皮层血流变化。

关键词：脑梗塞近红外光谱拓扑图大脑中动脉梗塞非侵入测量

基于数字图像投影技术的三维液膜流动测量研究

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实验流体力学 2021年第5期35卷 106-114页

作者：宋华振兆环宇朱程香王正之田伟李海星朱春玲南京航空航天大学航空学院南京210016 上海交通大学航空航天学院上海200240 上海飞机设计研究院上海201210

流体薄膜流动定量测量是分析结冰相变传热过程的必要手段。基于图像处理的数字图像投影技术(DIP)可实现对流体薄膜的非侵入式定量测量。对DIP技术的基本原理、图像互相关算法和标定方法进行了介绍,设计并搭建了DIP测量系统和平板水膜流... 详细信息

流体薄膜流动定量测量是分析结冰相变传热过程的必要手段。基于图像处理的数字图像投影技术(DIP)可实现对流体薄膜的非侵入式定量测量。对DIP技术的基本原理、图像互相关算法和标定方法进行了介绍,设计并搭建了DIP测量系统和平板水膜流动实验台。DIP测量系统的整体误差在5%以内,证明了系统的可靠性与准确性。在平板水膜流动实验台上开展了一系列水膜流动实验,采用DIP测量系统复原了平板水膜流动的三维全貌。通过测量结果拟合得出平均水膜高度、无量纲水膜高度与水膜雷诺数之间的关系,并与理论推导和文献实验结果进行对比,整体趋势一致。

关键词：飞机结冰水膜非侵入测量数字图像投影技术两相流

基于电涡流法的电解质溶液电导率测量系统研制

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基于电涡流法的电解质溶液电导率测量系统研制

作者：苏瑞东浙江大学

学位级别：硕士

工程电导检测技术具有可测范围宽、灵敏度高、成本低、安全性好、便于实现连续测量等优点而被逐步应用到土壤盐度分析、水环境监测、工业流程控制、多相流参数检测、化学分析等领域中。这些领域中的检测对象多数以电解质溶液的形式存在... 详细信息

工程电导检测技术具有可测范围宽、灵敏度高、成本低、安全性好、便于实现连续测量等优点而被逐步应用到土壤盐度分析、水环境监测、工业流程控制、多相流参数检测、化学分析等领域中。这些领域中的检测对象多数以电解质溶液的形式存在,工程电导检测多数是电解质溶液的电导率检测。电解质溶液的电导率检测目前多数为电极接触式检测方法,此方法存在电极极化、腐蚀等问题。近年来出现了一些基于电磁感应原理的非接触测量方法,解决了电极接触式测量的缺点,但仍存在一些问题:有些传感器需要改变原有管道的结构形状或改变流体的流动形态,属侵入测量;传感器复杂,加工精度要求高;测量精度一般低于电极接触式测量方法。本文针对电磁感应式电导率测量方法存在的问题进行了研究,对传感器结构进行改进优化,对信号调理电路进行改进设计和抗干扰设计,研制了一套基于电磁感应的电解质溶液电导率在线测量系统。本文的主要工作如下:(1)本文把通常用于测量金属、合金等良导体的对射式涡流传感器应用于测量电导率较小的电解质溶液,提出了一种双线圈管道贴附式溶液电导率在线测量结构,简化了三线圈、四线圈等溶液电导率测量传感器的结构,研制了一套电解质溶液电导率的非接触、非侵入、在线测量系统。(2)针对溶液电导率小、涡流强度弱的特点,本文提出了用较高频率的正弦波激励的方案,并将高速高精度模拟乘法器应用于微弱涡流信号提取,并取得了较好的效果。同时,在分析双线圈贴附式涡流传感器结构的等效电路和干扰途径的基础上,采取了差动放大的思路把干扰变为共模信号加以抑制,得到了很好的抗噪效果,同时提高了测量系统的线性度,为在线测量提供了可能。(3)初步实验结果表明,本测量系统在较宽的测量范围内,测量灵敏度及精度较好,测量方法有效,达到了预期的设计目的。

关键词：电解质溶液电涡流电导率测量非接触测量非侵入测量

海水淡化中空纤维膜的制备及性能测试方法的改进

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海水淡化中空纤维膜的制备及性能测试方法的改进

作者：郭欣华南理工大学

学位级别：硕士

随着生产生活的需要,现有淡水量与人类的需求量之间的矛盾日益加剧,海水淡化能够在一定程度上缓解这一矛盾。膜蒸馏海水淡化(MD)是近年来迅速发展的技术,是热驱动的膜式海水淡化技术,与传统的海水淡化相比,膜蒸馏可以利用低品位能源、... 详细信息

随着生产生活的需要,现有淡水量与人类的需求量之间的矛盾日益加剧,海水淡化能够在一定程度上缓解这一矛盾。膜蒸馏海水淡化(MD)是近年来迅速发展的技术,是热驱动的膜式海水淡化技术,与传统的海水淡化相比,膜蒸馏可以利用低品位能源、能有效降低操作温度和操作压力,得到了学者的广泛关注。在海水淡化运行的过程中,海水中的污染物会使得膜材料本身的性能下降导致渗透通量降低,还会因为运行过程中膜材料出现破损,导致组件需要维护甚至停用。因此膜本身的性能是制约膜蒸馏式海水淡化高效稳定运行的关键因素。中空纤维膜相较于平板膜具有较大的装填密度且能够自支撑,但目前的膜材料存在机械性能差、接触角小、管径调控范围小等缺陷。虽现阶段很多学者针对机械性能差和接触角小进行了改性,但大多数改性是借助外界手段并未针对基膜;且对管径调控范围提高较少,限制了中空纤维膜的应用,因此改变基膜结构和性能、提高管径的调控范围是很有必要的。渗透通量是衡量膜蒸馏海水淡化性能的重要参数,但现有的测量方法精度较差,因此对现有测试方法进行优化来提高测试精度是很有必要的。本文的主要工作从以下几个方面展开:(1)制备了一种用于海水淡化的超薄中空纤维膜。该膜的膜厚在0.07 mm左右,在很大程度上降低了膜蒸馏过程中的传质阻力,使得中空纤维膜有比较大的渗透通量,在此基础上还保持了比较好的机械强度。详细地阐述了在制备过程中铸膜液参数以及操作参数对中空纤维膜结构及性能的影响,为中纤维膜材料的制备提供了指导。将自制膜与市场上商用的中空纤维膜在机械性能、接触角、渗透通量等方面做了对比。除此之外,通过调节芯液和膜液的比例,搭配转轮速度制备出了管径为4.2 mm的中空纤维膜,提高了管径的调控范围,增加了中空纤维膜组件的应用范围。(2)渗透通量是表征系统海水淡化性能的主要参数之一,其测量方法至关最重要。而目前测量渗透通量有两种常用方法:冷凝渗透侧物质、利用进出口湿度差来计算,而这两种传统的方法均有一定程度缺陷,如无法反映系统的局部渗透通量,在膜面积较小或流量不稳定时无法测得比较准确的渗透通量。因此基于能量守恒提出了一种新的非侵入型膜蒸馏渗透通量的测量方法,此方法能够实现非侵入实时测量,利用能量中的潜热来反映渗透通量,且能够反映组件中局部渗透通量,在流量小的情况下也能保持比较高的准确度,并对此方法的测量装置和原理进行了详细阐述。(3)建立了单管中空纤维膜模型,对模型中的传热传质机理进行了详细分析。对其中的传热传质过程进行了计算流体力学(CFD)模拟,与新提出的渗透通量测试方法进行了对比,得到的模拟与实验值比较吻合,出口温度模拟与实验之间的最大误差为0.61%,渗透通量模拟与实验之间的最大误差为9%。(4)利用所建立的CFD模型,揭示了膜蒸馏过程中更多的物理细节,提出了新的测试方法的适用条件为空气侧的雷诺数小于250,在大于250时,应该对实验进行优化以提高测试的准确性。进一步实验探究,得出了新的测试方法下进料温度和进料流量对膜蒸馏的影响趋势。

关键词：高性能中空纤维膜海水淡化非侵入测量 CFD模拟

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基于近端电场积分法的耦合误差分析研究

宁夏电力 2023年第5期 32-38页

作者：孙尚鹏马飞越柯锟陈磊白涛杨庆国网宁夏电力有限公司电力科学研究院宁夏银川750011 重庆大学输变电装备技术全国重点实验室重庆400044 国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司宁夏石嘴山753000

近年来,非侵入式电压测量因具备安全性高、便于安装和维护等优势而受到国内外电力工作者们的青睐,但以电场为中间量反演电压的过程中,电场存在串扰问题。为此,对一种新的电场反演方法进行电场耦合误差分析。首先,通过探究10 kV架空线路... 详细信息

近年来,非侵入式电压测量因具备安全性高、便于安装和维护等优势而受到国内外电力工作者们的青睐,但以电场为中间量反演电压的过程中,电场存在串扰问题。为此,对一种新的电场反演方法进行电场耦合误差分析。首先,通过探究10 kV架空线路空间电场分布情况,提出近端电场积分方法;其次,利用三相电场耦合计算模型,对10 kV架空线路三相电场之间的串扰进行误差分析;最后,通过Comsol有限元软件搭建10 kV三相输电线路仿真模型,获取其电场分布并进行验证。结果表明:三相导体下方电场强度均主要来自待测相,传感器距离待测导体0.03 m、0.05 m和0.07 m时,其他相的耦合分量非常小,其占比小于1.5%,基本可忽略不计。仿真结果与理论计算结果相一致,两者之间的误差控制在0.2%以下,因此,通过调整传感器的安装部署位置,近端电场积分法对不同电压等级均有适用性。本文的研究成果可为非侵入式电压在线监测装置的研发提供理论指导。

关键词：非侵入测量近端电场积分耦合误差三相输电线路

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非侵入式电解质溶液电导率测量的研究

电子设计工程 2024年第9期32卷 80-84页

作者：袁恺涵朱武上海电力大学电子与信息工程学院上海201306

针对电解质溶液这种低电导率物质测量,传统的侵入式电极类传感器具有容易污染被测溶液,电极污损以及电极表面极化等缺点。为了改进以上不足,该文利用电涡流效应的原理设计了一款基于FPGA芯片的非侵入式电解质溶液电导率测量系统。改进... 详细信息

针对电解质溶液这种低电导率物质测量,传统的侵入式电极类传感器具有容易污染被测溶液,电极污损以及电极表面极化等缺点。为了改进以上不足,该文利用电涡流效应的原理设计了一款基于FPGA芯片的非侵入式电解质溶液电导率测量系统。改进了传统的信号处理电路,通过信号频率的变化来显示电导率的大小。实验结果证明该测量系统具有较高的灵敏度,约为44.5 Hz/(S/m)。

关键词：电导率测量电涡流检测非侵入测量 FPGA