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基于智能优化算法和Bi-LSTM神经网络的盾构隧道刀盘扭矩智能预测方法

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中国科学:技术科学 2025年第1期55卷 171-186页

作者：孔凡超刘懿晗刘士吉路德春杜修力华北电力大学水利与水电工程学院北京102206 北京工业大学岩土与地下工程研究所北京100124

智能预测合理的刀盘扭矩可有效降低盾构隧道开挖对地层的扰动并减小刀盘磨损,对于盾构安全高效施工具有重要意义.本文基于智能优化算法和深度学习神经网络,提出了盾构隧道刀盘扭矩时序智能预测方法.采用Bi-LSTM神经网络作为深度学习预... 详细信息

智能预测合理的刀盘扭矩可有效降低盾构隧道开挖对地层的扰动并减小刀盘磨损,对于盾构安全高效施工具有重要意义.本文基于智能优化算法和深度学习神经网络,提出了盾构隧道刀盘扭矩时序智能预测方法.采用Bi-LSTM神经网络作为深度学习预测模型,分别联合粒子群优化算法(PSO)、遗传优化算法(GA)、饥饿游戏搜索算法(HGS)和麻雀搜索算法(SSA)智能确定Bi-LSTM神经网络的3个超参数,即学习率、神经元数量和丢弃率,进而获得了盾构隧道刀盘扭矩智能预测方法.智能模型预测值与实测值的均方根误差作为4种优化算法的适应度函数,数据预处理采用归一化方法降低不同参数间的量级差异影响.智能预测模型的输入考虑了15个参数对刀盘扭矩的影响,包括1个隧道几何参数、6个地质力学参数和8个盾构掘进参数.结合盾构隧道现场实测数据,从精度、效率和稳定性3个角度评价4种优化算法寻优Bi-LSTM神经网络超参数的性能,结果表明相比于其他3种优化算法,HGS方法具有较好的稳定性、较快的效率和较高的计算精度,是确定Bi-LSTM超参数的适用性方法.

关键词： Bi-LSTM神经网络超参数启发式智能优化算法刀盘扭矩性能分析

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342W全光纤结构窄线宽连续掺铥光纤激光器

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物理学报 2016年第19期65卷 128-132页

作者：刘江刘晨师红星王璞北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心北京100124

报道了一个全光纤主振荡功率放大结构的窄线宽连续掺铥光纤激光器,该激光器由窄线宽连续掺铥光纤激光种子源和两级包层抽运掺铥光纤放大器组成.自制的窄线宽掺铥光纤激光种子源经过两级高功率包层抽运掺铥光纤放大器之后,最高平均输出... 详细信息

报道了一个全光纤主振荡功率放大结构的窄线宽连续掺铥光纤激光器,该激光器由窄线宽连续掺铥光纤激光种子源和两级包层抽运掺铥光纤放大器组成.自制的窄线宽掺铥光纤激光种子源经过两级高功率包层抽运掺铥光纤放大器之后,最高平均输出功率为342 W,掺铥光纤功率放大器的斜率效率为56%,输出激光的中心波长为2000.3 nm,3 d B光谱带宽仅为90 pm.在放大过程中,功率放大器的反向监测端没有观察到受激布里渊散射效应,输出功率仅受限于当前可用的793 nm半导体抽运源的功率.据我们所知,该结果为目前国际上2μm波段全光纤结构窄线宽激光器所产生的最高输出功率.

关键词：光纤激光器光纤放大器窄线宽激光器

瓦级输出全光纤结构2.0μm掺铥皮秒脉冲光纤激光器

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中国激光 2012年第8期39卷 17-20页

作者：刘江王璞北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心北京100124

研制了高功率全光纤结构2μm波段掺铥皮秒脉冲光纤激光器。该激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,种子源采用790nm的多模半导体激光器作为抽运源、双包层掺铥光纤作为激光增益介质、半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模器件,从而... 详细信息

研制了高功率全光纤结构2μm波段掺铥皮秒脉冲光纤激光器。该激光器采用了主振荡功率放大(MOPA)结构设计,种子源采用790nm的多模半导体激光器作为抽运源、双包层掺铥光纤作为激光增益介质、半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模器件,从而实现了重复频率为10.4MHz的皮秒激光脉冲输出,其最大平均输出功率为15mW。种子源经过一级掺铥光纤放大器后,获得了1.1W高平均功率输出,相应的单脉冲能量高达105nJ,激光脉冲宽度为9ps,峰值功率为11.6kW。此时测得激光脉冲的中心波长为1963nm,3dB光谱带宽为0.5nm。

关键词：激光器光纤激光器光纤放大器超快激光掺铥光纤被动锁模

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用于产生中红外超连续谱的硫系玻璃色散研究

红外与激光工程 2014年第10期43卷 3368-3372页

作者：高静于峰葛廷武王智勇北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心北京100124

硫系材料由于具有较长波长的红外透光截止波段,且具有较高的线性折射率和高非线性系数,是产生中红外超连续谱激光的理想非线性介质材料。由于泵浦非线性介质一般多采用波长2μm以下的激光源,所以研究材料的色散很有意义。利用4种不同形... 详细信息

硫系材料由于具有较长波长的红外透光截止波段,且具有较高的线性折射率和高非线性系数,是产生中红外超连续谱激光的理想非线性介质材料。由于泵浦非线性介质一般多采用波长2μm以下的激光源,所以研究材料的色散很有意义。利用4种不同形式的方程拟合了3种硫系玻璃材料As2S3、As2Se3、Ge33As12Se55的折射率随波长的变化曲线,并计算了材料色散曲线,得到了较为理想的结果,3种材料的零色散波长分别为4.8μm、7.2μm、6.1μm。同时证明了对于硫系玻璃材料,不能只利用短波长下的折射率值拟合计算长波长下的折射率。

关键词：硫系玻璃线性折射率色散中红外超连续谱

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28W高功率超连续谱光纤激光光源

红外与激光工程 2014年第9期43卷 2840-2843页

作者：高静于峰匡鸿深葛廷武王智勇北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心北京100124

报道了一个全光纤结构的高功率超连续谱激光光源。利用自行搭建的环形腔掺镱脉冲光纤激光器作为种子源，采用三级MOPA功率放大，得到了平均功率为62 W，中心波长为1065 nm，3 dB谱宽15 nm，重复频率为118 MHz的皮秒锁模脉冲输出，将其... 详细信息

报道了一个全光纤结构的高功率超连续谱激光光源。利用自行搭建的环形腔掺镱脉冲光纤激光器作为种子源，采用三级MOPA功率放大，得到了平均功率为62 W，中心波长为1065 nm，3 dB谱宽15 nm，重复频率为118 MHz的皮秒锁模脉冲输出，将其耦合进零色散波长为1040 nm的光子晶体（PCF），最终得到平均功率为28 W，谱宽覆盖范围为600~1700 nm的超连续谱激光输出，超连续谱的光-光转换效率为45%。实验解决了高功率下大芯径掺杂光纤与PCF的耦合效率低的问题。

关键词： PCF 超连续谱脉冲光纤激光器

酞菁铁/MXene复合阴极的制备及电芬顿降解磺胺间二甲氧嘧啶

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无机材料学报 2025年第1期40卷 61-69,I0006,I0007页

作者：刘会来李志豪孔德峰陈星合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230009 合肥工业大学工业与装备技术研究院合肥230009

研发具有高活性和高稳定的电极材料,是实现电芬顿体系高效降解磺胺类抗生素污染物的关键。本工作以MXene材料作为载体负载酞菁铁(Fe Pc),制备了Fe Pc/MXene纳米复合材料,并利用其作为阴极催化剂构建的电芬顿体系对磺胺间二甲氧嘧啶(SDM... 详细信息

研发具有高活性和高稳定的电极材料,是实现电芬顿体系高效降解磺胺类抗生素污染物的关键。本工作以MXene材料作为载体负载酞菁铁(Fe Pc),制备了Fe Pc/MXene纳米复合材料,并利用其作为阴极催化剂构建的电芬顿体系对磺胺间二甲氧嘧啶(SDM)进行降解。负载Fe Pc后,纳米复合材料依然保持手风琴状的片层结构,并且表面略粗糙,层间间距变小;Fe Pc/MXene中Fe Nx的配位数约为4,且Fe Pc与MXene之间的相互作用促进了电极表面的电子转移。在构建的电芬顿体系中,Fe Pc/MXene电极在50 min内对SDM的降解率达到97.2%,且在较宽的p H范围内表现出优异的催化性能和稳定性。降解性能显著提高主要归因于复合材料中引入Fe N4增强了O_(2)电催化还原为H_(2)O_(2)的活性。电芬顿体系主要通过自由基(·OH和·O_(2)^(–))与非自由基(1O_(2))共同降解SDM。利用前沿轨道理论和Fukui函数阐明了SDM被不同活性物种攻击的位点,降解途径主要有苯环的羟基化、苯环上氨基的氧化、C–S和S–N键断裂。此外,循环和离子浸出实验证明所制备的阴极催化剂具有优异的稳定性。

关键词：电芬顿 FePc/MXene 磺胺间二甲氧嘧啶活性氧物种降解路径

高光束质量大功率半导体激光阵列的微通道热沉

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中国激光 2009年第9期36卷 2286-2289页

作者：尧舜丁鹏刘江曹银花王智勇北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心北京100022

针对现有高光束质量大功率半导体激光阵列内部发光单元条宽、填充因子不断减小,腔长不断增加的发展趋势所带来的热源分布及长度变化影响器件热阻的问题,利用分离热源边界条件结合商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT进行数值计算,获得微通... 详细信息

针对现有高光束质量大功率半导体激光阵列内部发光单元条宽、填充因子不断减小,腔长不断增加的发展趋势所带来的热源分布及长度变化影响器件热阻的问题,利用分离热源边界条件结合商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT进行数值计算,获得微通道热沉热阻随阵列器件发光单元条宽、空间位置变化关系以及不同阵列腔长对应的微通道优化长度。根据优化参数制备获得无氧铜微通道热沉,并对宽1 cm,腔长1mm,条宽100μm,填充因子为25%的半导体激光阵列进行散热能力测试,冷却器外形尺寸27 mm×11mm×1.5 mm。微通道热沉热阻0.34 K/W,能够满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求。

关键词：激光器半导体激光阵列微通道热沉热阻高光束质量

CaO-Al2O3-MgO-SiO2-CaF2精炼渣系对高锰钢脱硫的影响

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中国冶金 2025年

作者：颜世豪王志通王伟健张学伟北方工业大学机械与材料工程学院凌源钢铁股份有限公司技术中心

为了研究CaO-Al2O3-MgO-SiO2-CaF2精炼渣在炉外精炼过程中针对高锰钢的脱硫行为，对1 873 K下CaO-Al2O3-5%MgO-5%SiO2-10%CaF2（质量分数）精炼渣钙铝比(CaO/Al2O3质量比)对ZGMn13高锰钢脱硫效率的影响及脱硫过程的限制性环节进行了理... 详细信息

为了研究CaO-Al2O3-MgO-SiO2-CaF2精炼渣在炉外精炼过程中针对高锰钢的脱硫行为，对1 873 K下CaO-Al2O3-5%MgO-5%SiO2-10%CaF2（质量分数）精炼渣钙铝比(CaO/Al2O3质量比)对ZGMn13高锰钢脱硫效率的影响及脱硫过程的限制性环节进行了理论分析与试验。结果表明，渣中CaO/Al2O3质量比为1.8时脱硫效率最高，为97.9%，CaO/Al2O3质量比为0.2时的固/液两相精炼渣的脱硫效果最差。硫在渣中的传质系数ks为1.38×10-7～1.99×10-6m/s之间，硫在高锰钢中的传质系数km为7.85×10-5m/s。此外，研究表明硫在高锰钢中总传质系数ko随渣中CaO/Al2O3质量比的升高而升高并逐渐趋于平缓。渣中CaO/Al2O3质量比在1.2～1.8之间硫在高锰钢中总传质系数ko变化不大(变化量为8.7×10-6m/s)，说明在渣中CaO/Al2O3质量比低于1.2时脱硫限制条件为硫在渣中的传质，而CaO/Al2O3质量比介于1.2～1.8之间时脱硫反应的限制性环节为硫在钢中的传质。由于钢中较高含量的Mn元素降低了硫在钢中的扩散，与低合金钢相比，文献中报道的低锰钢中硫的总传质系数ko约为高锰钢的4倍。

关键词： ZGMn13高锰钢硫容量脱硫热力学脱硫动力学传质系数

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高功率线偏振皮秒脉冲掺镱全光纤激光器

中国激光 2013年第11期40卷 41-45页

作者：李燕苹刘江师红星孙若愚王璞北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心北京100124

高功率线偏振皮秒脉冲激光光源在工业加工、相干光束合成和非线性光学等领域有广泛的应用。报道了基于半导体可饱和吸收镜锁模的高功率线偏振皮秒脉冲掺镱全光纤激光器。激光器采用两级主振荡功率放大(MOPA)结构。种子源采用环形腔结构... 详细信息

高功率线偏振皮秒脉冲激光光源在工业加工、相干光束合成和非线性光学等领域有广泛的应用。报道了基于半导体可饱和吸收镜锁模的高功率线偏振皮秒脉冲掺镱全光纤激光器。激光器采用两级主振荡功率放大(MOPA)结构。种子源采用环形腔结构,在抽运功率为200mW时,获得了重复频率为40MHz、脉冲宽度为20ps的锁模脉冲输出,平均输出功率为12mW,中心波长为1038.2nm,光谱宽度为1.7nm,光谱明显的陡沿结构表明在全正色散光纤激光器中形成了耗散孤子。经过两级双包层保偏掺镱光纤放大器,获得了平均功率为5 W的输出,相应的单脉冲能量和峰值功率分别为125nJ和6.25kW。在最大输出功率时,没有出现受激拉曼散射等非线性现象,此时激光脉冲光谱宽度为3.1nm,脉冲宽度为20ps,偏振消光比为20dB。

关键词：激光器光纤激光器被动锁模超短脉冲线偏振