1 三峡大学电气与新能源学院, 湖北 宜昌 443002
2 中国电力科学研究院有限公司, 湖北 武汉 430074
脉冲激光清洗绝缘子表面污秽时, 作用机制主要有振动和烧蚀两种机制, 但不同激光参数下实际的作用机制会有所差异。通过COMSOL建立热-应力耦合有限元模型模拟温度场和应力场, 探究脉冲激光扫描一个周期脉冲功率不同时的振动和烧蚀机制及其清洗效果, 并通过激光清洗试验, 验证仿真结果的可行性。仿真结果表明, 振动与烧蚀机制共同作用的污秽去除阈值约为123 W, 振动量与烧蚀量都随着脉冲功率的增大而增大, 在150 W时清洗深度为污秽厚度的40%, 在200 W时清洗深度达到污秽厚度的92%; 在250 W时清洗机制达到临界状态, 清洗深度达到污秽厚度的100%; 大于250 W后为烧蚀机制主导, 以300 W为例, 绝缘子有明显损坏。试验结果表明, 在设备功率为200 W时, 脉冲激光对绝缘子表面污秽有明显的去除效果, 表面污秽向外喷溅, 并伴随明显烧蚀现象; 绝缘子基底只有少量污秽残留, 未见损伤。
脉冲功率 有限元法 清洗机制 振动机制 烧蚀机制 pulse power finite element method cleaning mechanism vibration mechanism the ablation mechanism
曹涧秋 1,2,3刘爱民 1,2,3陈毛妮 1,2,3田源 1,2,3[ ... ]陈金宝 1,2,3,*
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
中国激光
2023, 50(22): 2216001
1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院原子频标重点实验室，湖北 武汉 430074
2 中国科学院大学物理学院，北京 100049
要实现微型光学原子磁强计需要精确测定气室温度和实现高精度气室温控。提出了一种无温度传感器的气室温控方案。该方案首先探测激光输出功率，采用激光功率伺服控制激光器的注入电流以锁定光功率；然后探测原子吸收光谱，利用同步调制解调技术将其转变成激光频率鉴频信号，采用激光频率伺服控制激光器温度，将激光频率锁定在吸收谱线中心；最后利用原子吸收光谱中心信号幅度来测量气室温度，从而实现气室温控。采用本方案实现了气室温控，温控效果与采用热敏电阻测温所实现的气室温控效果相当，为实现微型光学原子磁强计气室温控提供了一种备选方案。
激光光学 微型光学原子磁强计 气室温控 原子吸收谱线 激光稳频 中国激光
2023, 50(13): 1301003
1 西安交通大学, 金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049
2 上海大学, 材料基因组工程研究院, 上海 200444
材料研发面临着巨大、复杂、高维的搜索空间, 如何从中快速有效选择具有目标性能的新材料是加速材料研发的主要挑战。机器学习可以基于已有的数据, 通过算法建立特征和目标性能之间的映射关系, 对未探索材料的性能进行预测。但是材料的已知数据比较少, 建立的机器学习模型通常预测精度低, 难以实现对实验或计算的有效指导。为了解决上述问题, 引入主动学习的方法, 在传统迭代反馈的基础上, 增加了实验设计的步骤, 选择对目标提升最有帮助、带有更大信息量的实验进行补充, 达到更快的优化材料性能的目的。主要从单目标优化、多目标优化、曲线优化3个方面, 回顾了主动学习辅助材料研发的进展。
材料开发 主动学习 机器学习 不确定性 materials discovery active learning machine learning uncertainty
1 1.中国建材检验认证集团股份有限公司, 北京 100024
2 2.中国建筑材料科学研究总院, 绿色建材国家重点实验室, 北京 100024
3 3.清华大学 材料学院, 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室, 北京 100084
本研究在ZrO2基体表面涂覆一薄层Al2O3涂层, 利用基体与涂层之间热膨胀系数不匹配, 在Al2O3-ZrO2预应力陶瓷(简称ACZS预应力陶瓷)表层引入压应力。采用维氏压痕法评价残余应力对ACZS预应力陶瓷的表层和基体中裂纹扩展阻力的影响。理论分析结合实验结果表明: 表层的压应力使得ACZS预应力陶瓷的裂纹扩展阻力增大, 最终导致强度和损伤容限提高; 且ACZS预应力陶瓷表层的压应力和裂纹扩展阻力随着基体截面积与涂层截面积比值的增加而增大。当ZrO2基体表层的Al2O3涂层厚度为40 μm时, 表层压应力使ACZS预应力陶瓷的弯曲强度达到(1207±20) MPa, 相比于同种工艺下制备的ZrO2陶瓷强度提高了32%, 同时也是Al2O3强度的3倍。此外, ACZS预应力陶瓷也表现出很好的抗热震性能。
Al2O3-ZrO2预应力陶瓷 压应力 弯曲强度 损伤容限 Al2O3-ZrO2 pre-stressed ceramics compressive stress flexural strength damage tolerance
1 国家电网有限公司 信息通信分公司, 北京 100053
2 北京邮电大学 电子工程学院, 北京 100876
现有增强光传输网络安全性的方法多是基于网络层面的, 无法保障光传输设备的安全性。提出在光传输设备的管理控制系统中引入拟态防御技术, 设计了设备的冗余异构多核架构。基于系统相似度构建攻击概率模型, 并进行仿真验证。结果表明: 所提方法明显降低了系统被攻击成功的概率, 大大提高了拟态软件定义光网络传输系统的安全性能。
多核 冗余异构 软件定义光网络 光传输设备 安全增益 multi-core, redundant heterogeneous, software defi
1 湖北省输电线路工程技术研究中心(三峡大学), 湖北 宜昌443002
2 三峡大学电气与新能源学院, 湖北 宜昌 443002
3 中国电力科学研究院有限公司, 湖北 武汉 430074
脉冲激光清洗绝缘子时, 绝缘子表面污秽的分布特性不同, 其整体温度及应力场的分布也不相同。以瓷质绝缘子及其表面污秽为对象, 建立有限元模型, 对瓷质绝缘子表面不均匀分布和均匀分布污秽分别进行温度场与应力场分析, 并以激光试验验证其清洗效果。结果表明, 当能量密度为1.41 J/cm2, 扫描速度为1 000 mm/s时, 激光照射路径上不均匀污秽可被完全清除, 均匀分布污秽的清除率受厚度、焦距位置影响: 厚度大, 离焦距越近时, 温升越高, 所受拉应力越大, 污秽清除率越高; 厚度小, 远离激光焦距时, 污秽清除率低。因此, 清洗均匀分布污秽时, 应适时调节入射距离或激光功率。试验表明, 激光清洗积聚性不均匀污秽效率最高, 表面光滑洁净, 其余两种情况下表面均存在残余污秽。
激光清洗 污秽分布 典型污秽 温度场 应力场 laser cleaning filth distribution typical filth temperature field stress field
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
气溶胶通过吸收和散射效应与太阳辐射相互作用, 对地球辐射收支和气候造成扰乱, 对云凝结核形成和云的光学性质造成间接影响。 利用黑碳仪和积分浊度计于2019年11月5日至12月10日在合肥市分别开展了气溶胶吸收系数(σap)、 散射系数(σsp)的外场观测, 结合气象数据, 分析了气溶胶吸收系数(σap)、 散射系数(σsp)的日变化特征及风依赖性。 结果表明, 合肥市秋季PM2.5, σsp和σap均值分别为(43±25) μg·m-3, (238.70±161.52) Mm-1, (32.04±17.01) Mm-1。 研究期间σsp, σap的时间变化趋势与PM2.5较为一致。 PM2.5, σsp和σap均具有显著的双峰日变化特征, 分别在早8点至10点和晚20点至21点出现峰值, 主要与交通排放和气象条件有关。 合肥市气溶胶光学性质的风依赖性主要体现在PM2.5, σap与σsp的高值大多处在弱风(风速<3 m·s-1)的区域, 低温高湿小风的天气条件有利于污染物的积累和形成, 但较高的风速也易输送周边的污染物, σsp和σap部分高值主要受西北风向的污染气团影响。 同时, 基于HYSPLIT后向轨迹模型, 通过聚类分析不同输送途径的空间特征, 并利用潜在源贡献法(PSCF)和浓度权重轨迹法(CWT), 探讨了研究期内合肥σsp的潜在源区分布及其贡献特性。 结果发现污染气团主要来源于合肥的西北方向, 占比最高的气团1和3来自于内蒙古自治区和新疆维吾尔自治区, 而对散射系数贡献较大的气团2来自于陕西省宝鸡市, 气团6源于内蒙古, 途径山西省、 山东省、 江苏省, 从安徽省的东南方向到达合肥, 携带较多的污染物。 PSCF较大值(>0.5)主要分布在合肥的西北方向和西南方向。 合肥冬季CWT高值主要分布在河南省东北部、 山东省西南部、 安徽省北部地区。 尤其是山东济宁市、 河南商丘市的污染物远距离传输是影响合肥地区秋季空气质量的重要源区。
气溶胶 风依赖 散射系数 合肥 潜在源区 Aerosol Wind dependence Scattering coefficient Hefei Potential source region 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3014
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
由于二氧化氮(NO2)在大气的物理和化学机制进程中有着十分重要的作用, 并且对环境、 气候以及人体健康产生影响, 合理、 有效地监测和控制大气中NO2浓度已成为十分重要的课题。 地基多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪是利用太阳散射光的被动DOAS仪器, 相较于小范围测量的点式仪器、 利用光源和反射装置的主动DOAS仪器, 具有时间分辨率高、 高灵敏度、 测量范围广和不受搭建平台制约等优势特点。 2018年在北京中国气象科学研究院(116.32°E, 39.95°N)开展了基于地基MAX-DOAS的对流层NO2全年连续观测, 采集得到原始吸收光谱并运用光谱处理软件QDOAS进行反演得到NO2斜柱浓度(SCD), 选择较为简单的几何近似方法计算求出大气质量因子(AMF), 从而将NO2SCD转换为垂直柱浓度(VCD), 据此研究分析了北京地区NO2VCD月均值和季节均值变化、 季节的日平均变化以及一周内日平均变化的特征。 结果表明, 北京地区对流层NO2VCD随季节变化较为明显, 呈现冬季最高而夏季最低的趋势, 其中冬季季节均值达到2.94×1016 molec·cm-2, 为夏季的1.6倍, 不同季节的日均变化一般在下午表现出明显的差异, 最大相差为2.17×1016 molec·cm-2。 一周内每日的浓度变化有一定规律性, 周日平均浓度较其他时间降低17%左右, 出现了一定程度的周末效应。 通过将地基MAX-DOAS观测结果和地面国控站点官园监测站(116.339°E, 39.929°N)2018全年数据结果进行对比, 显示出两者变化趋势具有好的一致性, 相关系数r可达0.81。 研究表明, 地基MAX-DOAS不仅可以对区域污染气体如NO2的实时快速监测及变化规律的研究分析提供一种有效手段, 也可以对其他数据来源进行校验。
地基多轴差分吸收光谱 北京 二氧化氮 垂直柱浓度 MAX-DOAS Beijing NO2 Vertical column concentration 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2153
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
3 斯威本科技大学埃米材料转化中心, 澳大利亚 维多利亚 3122
从理论上提出了一种可以实现圆偏振光波非对称传输的器件设计。该器件是由锗、硅以及空气孔洞构成的具有完全光子禁带的二维光子晶体异质结构。本研究通过在光子晶体中引入线缺陷,构成能够实现高正向透射的光波导结构,同时设计可将光波发散的微腔结构并结合全反射原理抑制反向入射光,实现圆偏振光非对称传输,最终实现了圆偏振光在光通信波段(1550 nm)附近的高正向透射率(可达0.726)的非对称传输。圆偏振是具有固定相位差(π/2)的任意正交线偏振光的线性叠加,本研究设计的结构同时可以实现任意线偏振光的非对称传输,因此具有广泛的应用前景,其应用领域包括量子通信、信息处理、集成光学。
集成光学 圆偏振光 完全光子禁带 全反射界面 非对称传输
