激光共焦倒置显微拉曼光谱仪光路设计

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作者 黄保坤 宋欣泽 +6 位作者 程婧 李雨萌 黄天云子 沈天阳 孔心斓 陶莎 张韫宏 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第11期3254-3261,共8页

采用共焦设计的显微拉曼光谱仪,因激发光能量利用效率高,拉曼散射信号收集和传输效率高,所以具有高灵敏度,高光谱分辨率和高空间分辨率等优点。从而成为实验室的主要分析工具之一。而倒置显微镜因将显微镜的出光孔转向显微镜上方,因而... 采用共焦设计的显微拉曼光谱仪,因激发光能量利用效率高,拉曼散射信号收集和传输效率高,所以具有高灵敏度,高光谱分辨率和高空间分辨率等优点。从而成为实验室的主要分析工具之一。而倒置显微镜因将显微镜的出光孔转向显微镜上方,因而具有样品体积受限小,样品更换速度快,光束向上传输适用于培养皿等容器中样品检测等优点,在生物材料,光镊拉曼等领域具有较好的应用前景。通过自主设计光路,包括激光光路系统,倒置显微镜,拉曼信号光路系统,光谱仪,并预留接口与购置的激光器和光电耦合装置(charge coupled device,CCD)结合,研制成激光共焦倒置显微拉曼光谱仪,结构稳定,杂散光水平低,安装环境要求低,维护方便。根据拉曼光谱仪通用规范(GB_T 40219—2021),对激光共焦倒置显微拉曼光谱仪的灵敏度和光谱分辨率进行测试,结果显示:当光谱仪的入光狭缝分别是50和20μm宽度时,氖灯的1710 cm^(-1)的光谱分辨率分别为2.5和1.5 cm^(-1),符合通用规范中“光谱分辨率”的Ⅱ级指标;以波长为532 nm,输出功率为50 mW的激光器作为激发光源,曝光时间300 s,分别采用开放电极式和背散射式CCD时,单晶硅的三阶拉曼特征峰的信噪比分别达到11∶1和20∶1,并能观察到四阶峰,符合通用规范中“信噪比”的Ⅰ级指标。并通过瑞利判据计算激光聚焦的光斑直径,在使用放大倍率50,数值孔径0.75,焦距0.5 mm的徕卡物镜时,激光经过物镜聚焦后的光斑大小约为0.433μm。通过光学成像放大倍率公式计算得到拉曼信号光路系统放大倍率为200,到达狭缝的光斑直径约为86.6μm,光谱仪的放大倍率为1,到达CCD的光斑直径约为86.6μm,CCD的像素大小为16×16μm,光斑直径占据的像素数约为5.4像素,狭缝宽度50μm时,狭缝经光谱仪成像占据的CCD的像素数约为3.1像素,通过实际测量光斑大小对计算结果进行了验证。对仪器设计的细节,例如激光扩束器的设计理念和光机械设计方法,长通滤光片的使用和光路设计,光谱仪和狭缝前透镜的数值孔径的匹配,光谱仪的结构及准直镜,聚焦镜的选择,光栅衍射的入射角度选择等进行了讨论。 展开更多

关键词 共焦设计 倒置显微镜 灵敏度 光谱分辨率 拉曼光谱

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时变载荷四旋翼无人机姿态预设性能容错控制

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作者 刘玮钰 张丹丹 李云玲 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第9期120-124,共5页

针对执行器失效场景下搭载时变负载的四旋翼无人机姿态系统,提出一种确保预设性能的容错渐近跟踪控制算法。首先考虑执行器部分失效,时变负载和外部干扰的影响,建立四旋翼无人机姿态动力学模型,并将其转化为面向控制设计模型,然后结合... 针对执行器失效场景下搭载时变负载的四旋翼无人机姿态系统,提出一种确保预设性能的容错渐近跟踪控制算法。首先考虑执行器部分失效,时变负载和外部干扰的影响,建立四旋翼无人机姿态动力学模型,并将其转化为面向控制设计模型,然后结合预设性能控制技术,变量冻结法进行算法设计。接着基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统所有信号一致最终有界,无人机姿态信号能够渐近跟踪参考指令且跟踪误差满足预设的暂稳态性能约束条件。最后,通过仿真实验证实了所提方法的可行性。 展开更多

关键词 预设性能 执行器故障 时变载荷 渐近跟踪 变量冻结法

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基于映射的模板光滑探测子的三阶WENO格式

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作者 王亚辉 郭城 杜玉龙 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第3期394-411,共18页

加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)格式能否具有低耗散特性及高分辨率特性,关键在于光滑探测子的构造.该文针对三阶WENO格式的光滑探测子进行修正,通过最光滑的探测子,构造出了一个关于子模板光滑探测子的映... 加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)格式能否具有低耗散特性及高分辨率特性,关键在于光滑探测子的构造.该文针对三阶WENO格式的光滑探测子进行修正,通过最光滑的探测子,构造出了一个关于子模板光滑探测子的映射函数.在该函数作用下,减小了欠光滑模板的光滑探测子,进而增大了欠光滑模板的非线性权重.这明显地降低了格式的数值耗散,提高了格式的分辨率.一系列数值测试表明,基于映射的模板光滑探测子的三阶WENO格式比传统的三阶WENO-JS3和WENO-Z3格式具有更高的分辨率. 展开更多

关键词 双曲守恒律 WENO 映射 光滑探测子 非线性权

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激光送丝熔覆高锰钢涂层的显微组织及超声滚压硬化机理 被引量：2

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作者 杨海峰 孙昕辉 +3 位作者 袁冬青 赵恩兰 刘送永 彭玉兴 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2043-2053,2081,共12页

为了维持高锰钢部件优异的形变硬化能力,提出了高锰钢涂层的激光送丝熔覆技术。使用激光送丝熔覆技术在Mn13钢板上制备了高锰钢涂层,并通过超声滚压技术对熔覆层表面进行形变硬化处理。分析了超声滚压前后高锰钢熔覆层的显微组织、相组... 为了维持高锰钢部件优异的形变硬化能力,提出了高锰钢涂层的激光送丝熔覆技术。使用激光送丝熔覆技术在Mn13钢板上制备了高锰钢涂层,并通过超声滚压技术对熔覆层表面进行形变硬化处理。分析了超声滚压前后高锰钢熔覆层的显微组织、相组成和力学性能,揭示了高锰钢熔覆层的超声滚压硬化机理。研究结果表明,激光送丝熔覆高锰钢涂层的显微组织为枝晶结构,且在枝晶间存在Mn、C元素的成分偏析;超声滚压过程中未出现相变,超声滚压后涂层的硬度、耐磨性均大幅提高;初始高锰钢涂层内部存在的C、Mn的枝晶偏析、位错和孪晶在超声滚压过程中严重阻碍了位错的运动,从而增大了位错的密度;由于高锰钢的孪晶诱导塑性变形效应,超声滚压后涂层内部会产生大量的形变孪晶,形变孪晶之间的相互作用进一步增强了高锰钢熔覆层的形变硬化能力。激光送丝熔覆为大型高锰钢部件表面的高性能修复提供了技术基础。 展开更多

关键词 激光送丝熔覆 高锰钢 显微组织 超声滚压 形变硬化机理

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面向利润优化的软实时云服务调度与多服务器系统配置方法研究 被引量：2

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作者 王添 沈伟 +3 位作者 张功萱 徐林丽 王震 郁云 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第S01期842-851,共10页

在云计算中,由于多核技术的不断革新,近年来有许多工作研究了基于多核处理器的多服务器系统。云服务提供商通过建立多服务器系统给用户提供云服务并优化云服务利润是目前云计算领域的一个热点问题,对这些问题的研究推动着云计算技术的... 在云计算中,由于多核技术的不断革新,近年来有许多工作研究了基于多核处理器的多服务器系统。云服务提供商通过建立多服务器系统给用户提供云服务并优化云服务利润是目前云计算领域的一个热点问题,对这些问题的研究推动着云计算技术的不断发展。然而,现有的关于多服务器系统的研究要么局限于通过对多服务器计算资源的配置来优化云服务利润而忽视了云服务请求本身的可调度性,要么局限于开发服务请求调度策略来提升云服务利润而忽视了多服务器系统的动态扩展性。但若使用云服务请求调度与多服务器配置协同优化来提升云服务利润,则会使问题规模的复杂性呈指数增长。因此,为云服务提供商设计一个面向软实时云服务请求的云服务调度与多服务器配置方法是十分必要的。此外,现有的研究在配置多服务器系统时大多忽略了处理云服务请求会遭受瞬时故障的情况。而许多研究表明,软实时任务在遭受瞬时故障时会影响服务请求的执行结果从而影响云服务利润。本研究面向软实时云服务请求,针对云环境中普遍存在的计算性能异构的服务器资源,开发了一个基于深度搜索的灰狼算法来协同优化云服务请求调度和多服务器配置以最大化云服务利润。最后,为了验证所提方法的有效性,进行了大量实验,实证结果表明,与现有的基准方法相比,所提方法得到的云服务利润平均增加了6.83%。 展开更多

关键词 云计算 多服务器系统配置 云服务请求调度 云服务利润最大化 软错误可靠性

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拉曼积分球原位检测燃油发动机尾气成分 被引量：3

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作者 黄保坤 赵倩男 +4 位作者 刘叶繁 朱琳 张鸿 张韫宏 刘艳 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3310-3313,共4页

燃油发动机的尾气成分检测对于发动机的状态判断、环境污染监测等具有重要参考价值。选择以95号汽油为燃料的除草机的发动机作为实验样机,将发动机排出的尾气直接吹向拉曼积分球光谱仪信号采集焦点,利用拉曼积分球光谱仪较高的气体检测... 燃油发动机的尾气成分检测对于发动机的状态判断、环境污染监测等具有重要参考价值。选择以95号汽油为燃料的除草机的发动机作为实验样机,将发动机排出的尾气直接吹向拉曼积分球光谱仪信号采集焦点,利用拉曼积分球光谱仪较高的气体检测限和定性、定量检测所有分子类气体的特点,对尾气中的气体分子成分进行检测。探测到尾气的气体成分主要包括N_(2)、O_(2)、CO_(2)、CO、未燃烧的汽油等。以氮气振动(2331 cm^(-1))的拉曼特征峰强度作为标准,对O_(2)(1553 cm^(-1))、CO_(2)(1285和1388 cm^(-1))、CO(2144 cm^(-1))、未燃烧的汽油(2894 cm^(-1))的拉曼光谱强度进行归一化处理,获得其相对拉曼特征峰强度。对比发现,空气和汽油挥发混合气的光谱中均未出现CO的特征峰,汽油挥发混合气中的O_(2)、CO_(2)含量与空气相比也没有明显变化,而CO_(2)费米共振峰1388和1285 cm^(-1)拉曼特征峰的相对强度比发生变化。除草机工作状态分为怠速、一档和二档,处于工作状态时,尾气成分中的O_(2)含量均比空气中含量低,可以定量分析发动机工作过程中消耗的O_(2)量。而燃油发动机从怠速加速到一档和二档的过程中,尾气中O_(2)含量相对增加。这是由于发动机档位的提升伴随着空气的进气量增大,则参与发动机燃烧的氧气比例相对减少。与此同时,尾气中CO_(2)含量相比于空气中的含量急剧增加,说明燃油发动机工作过程会产生大量的CO_(2),且随着档位的提升,发动机的动力增加,尾气中CO_(2)比例也逐渐增高。CO_(2)作为导致温室效应的主要原因,化石燃料的使用也是其主要来源之一。数据显示尾气中CO的含量与尾气中汽油的含量成正相关,说明燃烧不充分的时候,汽油剩余较多,CO作为不充分燃烧的产物,其含量也会增加。随着发动机档位的增加,N_(2)特征峰的绝对强度降低,这是因为发动机尾气温度升高,造成氮气的斯托克斯散射强度降低。利用拉曼积分球光谱仪对不同状态下发动机尾气成分的变化进行分析,并初步建立发动机状态与气体浓度变化的关系。对拉曼积分球技术应用于燃油发动机尾气检测进行了初步探索并验证了其可行性。 展开更多

关键词 发动机尾气 拉曼积分球 光谱仪 原位检测

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具有进化效应的SIR模型的稳定性和Hopf分支分析 被引量：2

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作者 杨洪 马秋敏 +2 位作者 盛江林 仲兆满 赵琛森 《高校应用数学学报（A辑）》 北大核心 2023年第1期27-36,共10页

主要研究一类具有进化效应的SIR模型的动力学行为.首先,建立数学模型,并证明系统解的存在性,正性,有界性等基本性质.其次,分析系统正平衡点的稳定性,并给出健康个体的防御成本和已感染个体的感染能力引起健康个体和已感染个体数量振荡... 主要研究一类具有进化效应的SIR模型的动力学行为.首先,建立数学模型,并证明系统解的存在性,正性,有界性等基本性质.其次,分析系统正平衡点的稳定性,并给出健康个体的防御成本和已感染个体的感染能力引起健康个体和已感染个体数量振荡的充分条件.然后,利用中心流形定理,讨论Hopf分支的性质.最后,利用合适的参数值,对系统进行数值模拟. 展开更多

关键词 SIR模型 进化效应 稳定性 HOPF分支

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拉曼积分球定量分析宽浓度范围水中溶解物

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作者 黄保坤 赵倩男 +1 位作者 朱琳 张鸿 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期155-156,共2页

拉曼积分球通过光学设计,提高了激发光功率的使用效率和拉曼散射信号的收集效率,进而提高了检测限,大部分水中溶解物的检测限优于5 mg·L^(-1)。对宽浓度范围的硫酸钠、硝酸钠、白砂糖、甲醇进行检测,引入水扣除系数将其水溶液的拉... 拉曼积分球通过光学设计,提高了激发光功率的使用效率和拉曼散射信号的收集效率,进而提高了检测限,大部分水中溶解物的检测限优于5 mg·L^(-1)。对宽浓度范围的硫酸钠、硝酸钠、白砂糖、甲醇进行检测,引入水扣除系数将其水溶液的拉曼光谱扣除水的特征光谱,进而得到不同浓度的溶质的拉曼特征光谱。通过曲线拟合获得其峰强度,并用水扣除系数对强度进行修正,获得修正后的峰强度与其浓度成良好的线性关系,在测量范围内线性度优于99%,为水溶液中溶质的宽浓度范围定量分析提供了一种可靠的分析方法。 展开更多

关键词 拉曼积分球 定量分析 水中溶解物 宽浓度范围

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单位球Hardy空间上加权复合算子的交换子

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作者 徐宁 周泽华 丁颖 《数学物理学报（A辑）》 CSCD 北大核心 2021年第6期1606-1615,共10页

该文研究了单位球Hardy空间上非自同构线性分式加权复合算子的交换子.首先给出加权复合算子的交换子公式.然后根据线性分式映射的三种类型刻画交换子的紧性.最后得到当线性分式映射为抛物型时,交换子是紧的.

关键词 HARDY空间 加权复合算子 交换子

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姿态与舰船感应磁性间关系的建模分析

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作者 刘会峰 孙翠娟 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第5期132-135,共4页

姿态变化与舰船异常感应磁信号的分布具有紧密相关性,为保障舰船行驶安全,研究姿态与舰船感应磁性间关系的建模分析方法。分别构建地磁坐标系、舰船坐标系与地理坐标系,分析3个坐标系间的转换关系;构建单椭球体和磁偶极子阵列混合模型... 姿态变化与舰船异常感应磁信号的分布具有紧密相关性,为保障舰船行驶安全,研究姿态与舰船感应磁性间关系的建模分析方法。分别构建地磁坐标系、舰船坐标系与地理坐标系,分析3个坐标系间的转换关系;构建单椭球体和磁偶极子阵列混合模型仿真舰船感应磁场,利用磁传感器确定舰船在磁传感器区域的感应磁场值;根据舰船在地理坐标系下的感应磁强度与感应磁强度变化率分析舰船姿态。实验结果表明,该方法能够准确分析坐标系不同轴上的感应磁性数据,舰船姿态分析过程中俯仰角与磁航向角误差分别控制在±0.8°和±0.5°范围内。 展开更多

关键词 舰船姿态 感应磁性 建模分析 坐标系 单椭球体 磁传感器

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基于虚拟介质方法数值模拟应力波穿透水舱

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作者 史汝超 孙晓旺 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期117-123,共7页

将虚拟介质方法推广到应力波与流固界面的相互作用,基于修正虚拟流体方法(MGFM)思想提出一种适用于流固界面应力波折射问题的界面状态计算法则。以此为基础,用Zwas格式和WENO格式分别离散固体和流体控制方程,数值模拟应力波穿透水舱。... 将虚拟介质方法推广到应力波与流固界面的相互作用,基于修正虚拟流体方法(MGFM)思想提出一种适用于流固界面应力波折射问题的界面状态计算法则。以此为基础,用Zwas格式和WENO格式分别离散固体和流体控制方程,数值模拟应力波穿透水舱。数值测试表明:虚拟介质方法推广到模拟流固界面上的应力波时,数值误差具有很好的收敛性;该研究提出的计算法则具有一阶精度。一维数值结果与理论解析解能很好地吻合,验证了用虚拟介质方法模拟应力波在流固界面处反射与透射的可行性。应力波穿透水舱的数值结果表明:虚拟介质方法与任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法得到的数值结果相近;水舱加压后,透射波的强度也相应的增加;不同的水舱压力下,应力波在流固界面处的折射规律相近。该结论对舰船的防护设计有实际意义。 展开更多

关键词 应力波 有限差分法 可压缩流动 流固耦合

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光伏温室水产育苗系统设计

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作者 张苏南 相凡 +1 位作者 曹纪钧 王斌斌 《江西水产科技》 2022年第5期3-5,13,共4页

近年来,随着光伏发电技术的快速发展,利用光伏发电来发展农业蔬菜大棚的技术已经相当成熟。本文主要讨论光伏发电系统在水产育苗中的潜在应用。本文拟在连云港地区设计一个水产育苗温室,以南美对虾为例,利用光伏发电的电能带动热泵,控... 近年来,随着光伏发电技术的快速发展,利用光伏发电来发展农业蔬菜大棚的技术已经相当成熟。本文主要讨论光伏发电系统在水产育苗中的潜在应用。本文拟在连云港地区设计一个水产育苗温室,以南美对虾为例,利用光伏发电的电能带动热泵,控制水塘的温度,达到延长育苗时间和提高养殖收益的目的。在非育苗季,光伏发电并入电网也可产生收益。计算鱼塘在各个月的热损失量,通过求出的热损失量选取合适的热泵。最后根据计算出的数据讨论本次设计的成本和获利情况,对太阳能温室水产育苗系统进行了效益和可行性的评估。 展开更多

关键词 光伏发电 水产育苗 节能减排

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具有季节性影响的营养盐-浮游植物模型的稳定性分析

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作者 李成宇 杨洪 杨宇翔 《高校应用数学学报(A辑)》 2025年第3期305-314,共10页

该文研究具有季节周期性影响的营养盐-浮游植物生态系统的最终有界性、强持续生存性和稳定性.首先,考虑季节性影响的连续化,证明了非自治系统解的正性和最终有界性.其次,给出非自治系统解的一致强持续生存性和全局稳定性的充分条件.最后... 该文研究具有季节周期性影响的营养盐-浮游植物生态系统的最终有界性、强持续生存性和稳定性.首先,考虑季节性影响的连续化,证明了非自治系统解的正性和最终有界性.其次,给出非自治系统解的一致强持续生存性和全局稳定性的充分条件.最后,对该系统参数选取合适的数值,仿真一致强持续生存性和全局稳定性,并分析了季节性强度控制常数和浮游植物释放毒素毒性振幅控制常数对营养盐-浮游植物系统的影响. 展开更多

关键词 富养化 浮游生物模型 非自治系统 全局稳定性

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