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气溶胶光学特性对宽谱差分吸收激光雷达NO_(2)质量浓度反演结果的影响

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光学学报 2024年第6期44卷 175-187页

作者：成远余纪恒宫振峰梅亮大连理工大学光电工程与仪器科学学院辽宁大连116024

针对宽谱连续波差分吸收激光雷达(DIAL)的特点,通过仿真不同大气条件下的激光雷达信号,计算分析宽谱DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的二氧化氮(NO_(2))质量浓度反演误差。研究结果表明:当大气气溶胶均匀分布时,NO_(2)质量浓度反演误... 详细信息

针对宽谱连续波差分吸收激光雷达(DIAL)的特点,通过仿真不同大气条件下的激光雷达信号,计算分析宽谱DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的二氧化氮(NO_(2))质量浓度反演误差。研究结果表明:当大气气溶胶均匀分布时,NO_(2)质量浓度反演误差主要取决于气溶胶消光效应,而后向散射效应引起的NO_(2)质量浓度反演误差一般可忽略不计;当大气气溶胶非均匀分布时,气溶胶后向散射效应引起的NO_(2)质量浓度反演误差依赖于气溶胶非均匀分布程度,且与波长指数成反比。此外,适当增大分段拟合距离可有效降低气溶胶后向散射效应引起的NO_(2)质量浓度反演误差。利用光谱近似得到宽谱NO_(2)-DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的NO_(2)质量浓度反演误差的近似模型,通过对比模拟计算的结果,验证了近似模型评估NO_(2)质量浓度反演误差的可行性。

关键词：大气光学宽谱差分吸收激光雷达沙氏成像原理二氧化氮气溶胶光学特性

基于第一性原理高价元素Mo稳定层状富锂锰基材料的氧框架机制

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高等学校化学学报 2024年第5期45卷 110-119页

作者：张硕赵刘洋黄昊吴爱民李爱魁大连理工大学材料科学与工程学院大连116024 大连理工大学电气工程学院大连116024

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算探究了高价元素Mo取代Mn稳定层状富锂锰基材料氧离子框架机制.Mo掺杂将体积变化率从‒2.95%降至‒0.53%,改善了锂化前后的晶格畸变.空位形成能及巴德电荷分析结果表明,7种氧空位形成能均明显提升,且... 详细信息

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算探究了高价元素Mo取代Mn稳定层状富锂锰基材料氧离子框架机制.Mo掺杂将体积变化率从‒2.95%降至‒0.53%,改善了锂化前后的晶格畸变.空位形成能及巴德电荷分析结果表明,7种氧空位形成能均明显提升,且第一配位氧平均巴德电荷从1.13 e升至1.18 e,抑制了不稳定氧析出;锂化前后氧原子巴德电荷改变量从0.51 e降至0.11 e,表明循环前后的体系均具有良好的氧框架稳定性.通过差分电荷密度计算,发现Mo能够在Li去除后提供电荷补偿,而且Mo掺杂后锂离子迁移速率得到了提升,最低势垒从0.55 eV降至0.42 eV.为高价元素掺杂锂离子电池正极材料奠定了坚实的理论依据.

关键词：锂离子电池富锂正极材料电子性质晶格氧密度泛函理论

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水下多针电极微秒脉冲流光放电特性

物理学报 2024年第7期73卷 271-280页

作者：杨双越温小琼杨元天李霄大连理工大学物理学院大连116024

多针电极结构是实现大体积水下放电的基础性电极结构,研究其放电基本特性对其他大体积水下放电电极结构的设计具有重要参考意义.本文构建了一个可安装21根针的多针电极,利用四分幅超高速相机研究了单个脉冲放电过程中可能放电的针电极... 详细信息

多针电极结构是实现大体积水下放电的基础性电极结构,研究其放电基本特性对其他大体积水下放电电极结构的设计具有重要参考意义.本文构建了一个可安装21根针的多针电极,利用四分幅超高速相机研究了单个脉冲放电过程中可能放电的针电极数目以及电极阵列边缘和内侧针电极放电形态的差异;采用COMSOL软件模拟计算了多针电极结构的电场分布,讨论了电场分布对多针电极放电的影响,研究了多针电极结构的放电能量效率.结果发现:在单个脉冲放电过程中,21根针电极不是同时发生放电的,最大放电针电极数目随电压和针针间距的增大而增加.在同一个脉冲放电过程中,位于电极阵列边缘的针电极相比于位于阵列内侧的针电极产生的流光丝较长且偏离针电极轴线的偏角相对较大,这主要是针电极之间电场相互叠加干扰引起的.针针间距越小,针电极之间电场的相互叠加干扰越大,阵列边缘与内侧电极放电形态的差异越大,放电能量效率越低.

关键词：水下流光放电多针电极结构电场分布

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等离子体光纤光栅超痕量汞离子传感器

光学学报 2024年第9期44卷 266-274页

作者：王芳廉岚淇卢梦迪张扬太原理工大学电子信息与光学工程学院大连理工大学物理学院

为实现特异性、超痕量、原位的重金属汞离子检测，提出一种基于适配体和磁性纳米粒子增强倾斜光纤布拉格光栅-表面等离激元共振（TFBG-SPR）汞离子传感器。首先，在倾斜光纤布拉格光栅包层区域溅射厚度合适的金膜以激发表面等离激元共... 详细信息

为实现特异性、超痕量、原位的重金属汞离子检测，提出一种基于适配体和磁性纳米粒子增强倾斜光纤布拉格光栅-表面等离激元共振（TFBG-SPR）汞离子传感器。首先，在倾斜光纤布拉格光栅包层区域溅射厚度合适的金膜以激发表面等离激元共振，在探针末端镀金从而形成反射式传感结构。然后，采用具有胸腺嘧啶（T）碱基失配的适配体修饰TFBG-SPR栅区，进行特异性汞离子识别。最后，选择链霉亲和素包被的磁性纳米粒子作为信号放大标签，以提高离子检测性能。汞离子与T碱基作用激活适配体序列，连接磁性纳米粒子，传感器表面折射率发生变化，TFBG-SPR包层模式的振幅产生响应。结果表明：采用差分幅度解调，传感器对汞离子的检测极限为0.5 pmol/L，检测范围为1 pmol/L～10μmol/L，所提传感器具备良好的特异性以及再生性，同时通过测量临床样品的回收率，可以证实其在即时、快速检测领域中的应用前景。

关键词：传感器光纤传感器光纤布拉格光栅表面等离激元痕量离子检测

一种基于新非比例因子的多轴低周疲劳寿命预测模型研究

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中国造船 2024年第1期65卷 40-51页

作者：陈景杰董拉加黄一刘刚大连理工大学船舶工程学院大连116024

非比例附加强化效应对多轴低周疲劳寿命有着显著影响,其中加载路径引起的非比例度和材料自身的非比例特性是描述非比例附加强化效应的关键因素。论文结合相位角和应变比引起的非比例度提出了简单直观的新路径非比例度;引入了材料静态强... 详细信息

非比例附加强化效应对多轴低周疲劳寿命有着显著影响,其中加载路径引起的非比例度和材料自身的非比例特性是描述非比例附加强化效应的关键因素。论文结合相位角和应变比引起的非比例度提出了简单直观的新路径非比例度;引入了材料静态强化系数代替诸多临界平面模型中的非比例附加强化系数,避免了复杂的试验过程和数据拟合引入的误差,反映了无明显附加强化效应材料自身的非比例特性;综合路径和材料因素的影响提出了新的非比例因子,结合临界平面法建立多轴低周疲劳寿命预测模型,预测了13种材料的多轴低周疲劳寿命。通过与试验数据比较表明,基于新非比例因子建立的多轴低周疲劳寿命预测模型具有较高的预测精度和材料适用性。

关键词：多轴低周疲劳临界平面法非比例附加强化效应路径非比例度静态强化系数寿命预测

碎冰环境下通气航行体出水流场演化及载荷特性研究

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中国造船 2024年第2期65卷 155-166页

作者：张松林威孙铁志段金雄大连理工大学船舶工程学院大连116081

为探究碎冰对水下航行体出水过程的影响,基于计算流体动力学方法,结合重叠网格技术和接触耦合算法,建立了水下航行体与冰-水混合物相互作用的数值模型。考虑航行体与海冰的碰撞作用,对航行体穿越冰-水混合物的出水过程开展数值模拟,并... 详细信息

为探究碎冰对水下航行体出水过程的影响,基于计算流体动力学方法,结合重叠网格技术和接触耦合算法,建立了水下航行体与冰-水混合物相互作用的数值模型。考虑航行体与海冰的碰撞作用,对航行体穿越冰-水混合物的出水过程开展数值模拟,并与已有的试验数据进行对比,验证了该方法的合理性。基于建立的数值计算方法,开展了有碎冰和无碎冰工况下航行体出水过程中的运动特性和流场演化研究。研究表明,碎冰的存在使流场演化更加剧烈,改变了通气空泡的演化过程和溃灭形式,航行体的运动特性和表面载荷演化与碎冰的关联较为密切。

关键词：航行体出水碎冰环境流场演化载荷特性

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基于非牛顿微液滴的粒子封装及检测

力学学报 2024年第5期56卷 1307-1316页

作者：梁定新吕鑫钰覃开蓉薛春东大连理工大学光电工程与仪器科学学院辽宁大连116024 大连理工大学医学部生物医学工程学院辽宁大连116024

微流控液滴封装技术可将单个或者多个颗粒物封装到微尺度液滴,具有细胞培养、药物可控释放和微量成分分析等重要生物医学应用,而这些应用往往涉及多相混合的复杂非牛顿流体.目前制备尺寸均匀的非牛顿微液滴并实现高效率单粒子封装仍较... 详细信息

微流控液滴封装技术可将单个或者多个颗粒物封装到微尺度液滴,具有细胞培养、药物可控释放和微量成分分析等重要生物医学应用,而这些应用往往涉及多相混合的复杂非牛顿流体.目前制备尺寸均匀的非牛顿微液滴并实现高效率单粒子封装仍较难实现.针对该问题,首先基于流动聚焦微通道和聚合物溶液开展非牛顿液滴生成实验,系统探究不同非牛顿性质对液滴生成模态的影响,指出兼具剪切稀化与弹性效应的聚合物溶液可在射流模态下实现高单分散性液滴的稳定生成.在此基础上,结合惯性-黏弹性粒子排序,实现了封装率超过58%的单粒子封装,突破了传统单粒子封装的泊松限制.最后,进一步构建了粒子封装率自动检测模型,验证了其在单液滴与多液滴场景下粒子封装率高精度检测的有效性.综上,研究结果不仅一定程度上拓展对于液滴微流控基础理论的认识,还充分验证了射流模态下非牛顿液滴稳定生成用于单粒子封装策略的可行性和优越性,可为优化基于非牛顿微液滴的粒子封装技术及开发一体化装置提供一定参考.

关键词：非牛顿微液滴粒子封装流动聚焦微通道液滴生成模态高精度检测

基于现场可编程门阵列和大功率LED阵列光源的小型化水下无线光通信系统的研究与实现

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光学学报 2024年第6期44卷 218-228页

作者：黄安殷洪玺季秀阳梁彦军文浩王建英沈众卫大连理工大学信息与通信工程学院辽宁大连116024

针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求,本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列(FPGA)和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列,基于FPGA实现高阶调制... 详细信息

针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求,本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列(FPGA)和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列,基于FPGA实现高阶调制与编码,并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角,大幅度延长了传输距离。在光接收端,设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管(APD)的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机,降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps开关键控(OOK)信号和正交幅度调制(QAM)信号(16QAM信号)的12 m水下信道实时传输,二者的误码率(BER)分别为2.467×10^(-4)和3.467×10^(-3)。此外,该系统还实现了22 Mbps的非归零(NRZ)-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输(总长度为42 m),BER为3.619×10^(-4)。最后,实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收,提高了系统的鲁棒性。

关键词：水下无线光通信现场可编程门阵列 LED阵列高阶调制小型化光端机

一种低复杂度和便于硬件移植的非线性均衡算法及其UWOC实时补偿实验演示

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光学学报 2024年第6期44卷 238-247页

作者：肖胡浩殷洪玺王建英黄安季秀阳大连理工大学信息与通信工程学院辽宁大连116024

提出一种低复杂度、低功耗且便于硬件移植、可应用于水下无线光通信(UWOC)系统的基于链表和线性表的稀疏Volterra(3l-sVolterra)算法,它通过结合链表与线性表的新数据结构来存储Volterra算法中的所有参数,有效降低了Volterra算法更新参... 详细信息

提出一种低复杂度、低功耗且便于硬件移植、可应用于水下无线光通信(UWOC)系统的基于链表和线性表的稀疏Volterra(3l-sVolterra)算法,它通过结合链表与线性表的新数据结构来存储Volterra算法中的所有参数,有效降低了Volterra算法更新参数所需的片上资源消耗,同时能对参与运算的非线性项进行稀疏处理,便于移植到小型硬件系统中。随后,在C6748芯片上实现了所提出的算法,并搭建了基于绿光LED的UWOC系统,对设计的数字信号处理(DSP)系统和UWOC系统进行了性能测试。结果表明,与无稀疏操作的Volterra算法相比,所提算法能在保留相近非线性补偿能力的同时,将资源消耗降低30%,在5 m长水箱信道UWOC系统中实现了20 Mbit/s的通信速率。

关键词：光通信非线性均衡算法数字信号处理链表与线性表非线性项稀疏处理