1 中国石油大学（北京）安全与海洋工程学院，北京 102249
2 中海油能源发展股份有限公司清洁能源分公司，天津 300450
随着海上风电的持续发展，风机的安全运维越来越重要。传统的停机检测方法代价较高，基于修正的热弹性应力分析（TSA），提出一种风机叶片热红外检测技术。经典TSA的应用条件是绝热（即高频率循环载荷），但风机叶片等结构承受的循环载荷达不到高频。为了提高热红外在低频率载荷下的检测精度，对经典TSA理论进行修正，并通过疲劳实验对修正模型进行验证。其次，利用BLADED风机仿真软件对叶片的推力进行分析，计算叶片3个方向的推力及推力变化频率。通过修正的TSA模型对低频率载荷下风机叶片的表面温度进行分析，进而通过TSA理论对叶片表面进行应力及损伤检测。
热红外 热弹性应力分析 低频率 修正模型 风机叶片 温度变化 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1512004
1 东华大学化学化工与生物工程学院和生态纺织教育部重点实验室, 上海 201620
2 东华大学分析测试中心与材料学院和纤维改性国家重点实验室, 上海 201620
L-精氨酸(L-Arginine, L-Arg)是蛋白质的重要组成部分, 也是人类某些疾病的重要诊断标准之一, L-Arg的浓度变化可能会导致许多疾病的问题, 因此如何高效且灵敏地检测L-Arg极其重要。 目前, 对L-Arg的研究大多数是利用其作为NO(一氧化氮)的前体, 来预防或缓解某些疾病的产生, 对于L-Arg的定性检测并不多, 而利用质子转移形成络合物/加成物的方式检测L-Arg更是少之又少。 基于异氟尔酮设计并合成了一种含有丙二腈以及2,4-二羟基苯甲醛的比色探针(ISO-CN-OH), 该探针可以用于快速检测L-Arg。 通过紫外吸收光谱研究发现, 当向探针ISO-CN-OH溶液中加入L-Arg后, 其紫外吸收光谱在669 nm处的吸收峰急剧增强, 且溶液的颜色由橙黄色变为墨绿色, 而其他氨基酸的加入不产生吸收峰以及溶液颜色的变化。 通过对探针ISO-CN-OH进行抗干扰性实验, 表明探针ISO-CN-OH对L-Arg具有专一选择性及良好的抗干扰能力。 通过对L-Arg进行光谱滴定研究, 实验结果表明在1.0~10.0×10-6 mol·L-1浓度范围内, 具有良好的线性关系(R2=0.997), 线性归方程式为y=0.020x+0.073, 根据DL=3σ/K可计算出ISO-CN-OH的检出限为8.5×10-8 mol·L-1, 这表明探针ISO-CN-OH具有高灵敏性。 通过固定探针ISO-CN-OH与L-Arg的总浓度为100 μmol·L-1, 改变L-Arg占总浓度的比例, 根据其吸收光谱的Job’s plot滴定曲线分析可知, 当L-Arg占总浓度比例为0.67时, 探针ISO-CN-OH在669 nm处紫外吸收强度达到最大值, 这表明探针ISO-CN-OH与L-Arg以1∶2的络合比进行配位络合。 为了更进一步了解探针ISO-CN-OH与L-Arg的配位机理, 进行了1H-NMR滴定实验, 在探针ISO-CN-OH的DMSO-d6溶液中分别加入0, 0.5, 1.0及2.0当量的L-Arg(d2O), 研究发现加入L-Arg后ISO-CN-OH的羟基峰消失, 且其羟基周围氢质子共振峰的位置明显发生了偏移。 该研究结果表明探针ISO-CN-OH通过将酸性的酚羟基质子转移到L-Arg碱性的胍基NH基团上, 导致—OH基团附近形成负电荷, 该负电荷与精氨酸的胍基部分络合, 从而形成络合物/加成物, 使得紫外可见光谱图在669 nm处出现新峰, 且溶液颜色由橙黄色变为墨绿色。 该研究为今后设计检测L-Arg探针分子奠定了基础。
异氟尔酮 光谱分析 L-精氨酸 比色探针 Isophorone Spectrum analysis L-Arginine Colorimetric probe 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3607
中北大学 动态测试省部共建实验室,山西 太原 030051
为了更好地实现乳腺癌的早期精确诊断, 设计了一种基于聚焦环阵的新型超声CT成像系统。256个电容式微加工超声换能器（CMUT）环形分布于乳腺四周, 采用64个换能器发射, 对面64个换能器接收的方式进行, 在COMSOL中依次进行256次仿真来实现环形扫描。根据超声相控阵原理进行发射聚焦后, 采用滤波反投影算法进行图像重建。聚焦到乳腺外部时, 重建偏差值小于0.05%, 聚焦到4号肿瘤时, 该区域重建偏差值仅为0.002%。实验结果表明, 该系统可以用于乳腺癌的早期精确诊断, 且能提高内部肿瘤的检测质量。
超声 相控阵 断层成像 滤波反投影算法 ultrasound phased array tomography COMSOL COMSOL filtered back projection algorithm
1 中国石油大学（北京）理学院，北京 102249
2 内蒙古自治区草原工作站，内蒙古 呼和浩特 010020
利用太赫兹时域光谱技术对黄耆类牧草种子样品进行测试，得到5种常见沙打旺牧草种子在0.2~1.2 THz有效频率范围内的太赫兹时域谱，然后通过快速傅里叶变换得到了各牧草种子样品的吸收系数、折射率等光学参数。研究后发现：在有效频率范围内，样品时域谱的峰值强度和延迟时间均不同，且每条谱线的平均吸收系数和标准差也有明显差异，各样品的平均折射率也有较大差异。同时，本文提出了一种将主成分分析（PCA）与随机森林（RF）机器学习算法相结合的优化实验数据的混合模型PCA-RF，并基于太赫兹折射率谱，采用PCA-RF模型和RF模型对5种牧草种子的200个数据集进行了统计计算。结果表明：混合模型PCA-RF的平均分类准确率为91.20%；与RF模型相比，不管是总的平均分类准确率，还是每种样品的分类准确率，PCA-RF模型都优于RF模型。研究结果表明，太赫兹时域光谱技术结合混合机器学习算法的PCA-RF模型是一种无损鉴定牧草种子真伪的有效手段，可用于鉴别同族且差异较小的牧草品种。
光谱学 太赫兹时域光谱 主成分分析 随机森林 定性鉴别 定量分析 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0330001
虉草（Phalaris arundinacea L.）为多年生冷季型禾本科高产牧草, 粗蛋白（CP）是评价饲草品质的关键指标, 但目前的化学分析方法存在诸多缺点, 寻求高效、 快速、 准确、 安全的虉草CP测定方法是现代草地畜牧业发展和草原生态恢复急需解决的实际问题。 本研究旨在利用近红外光谱（NIRS）建立虉草CP的定量分析模型, 为快速测定虉草CP提供有效方法。 试验采集不同品种（品系）、 生育期、 栽培条件、 干燥方式、 生长年限、 部位以及刈割次数的虉草样品454份, 采用瑞士Buchi公司的傅里叶近红外光谱仪和Operator软件采集原始光谱, 应用K-S算法剔除具有相似光谱的样品, 筛选出210份用于建模和模型评价。 通过凯氏定氮法测定210份样品的粗蛋白含量并在Management console软件中对光谱进行赋值, 再采用软件NIRcal 5.4按照6∶3的比例将样品随机分为校正集和验证集, 并剔除异常样品, 运用不同的光谱预处理、 回归算法、 建模波段和主成分数建立8个虉草CP含量的近红外定量分析模型, 通过外部验证表明8个模型均可以进行实际测定。 最后比较不同的统计学参数获取最佳模型。 结果表明, 采用4 000~10 000 cm-1的建模光谱波段、 sa3+ncl+db1（3点平滑+趋近归一化+一阶导数处理）的预处理方法、 8/1-4的初/次级主成分数和偏最小二乘法（PLS）所建的模型为最佳模型, 其校正决定系数（R2cal）为0.982 1, 验证决定系数（R2val）为0.980 2, 均大于0.98, 表明预测性能优秀; 校正标准差（SEC）和验证标准差（SEP）分别为0.780 2和0.783 2, 均较小且非常接近, 表明模型的分析精度很高并具有很好的适应性; 残差（BIAS）为-0.000 5, 接近于0, 说明模型的稳定性很高, 对外界因素不敏感; 预测相关系数（r）为0.99, 可见样品化学值与定标模型预测值的相关度极高; 相对分析误差（RPD）为7.37, RPD>4.0表明模型能够很好地进行定量分析。 综上, 该试验在国内首次建立了虉草CP近红外定量分析模型, 该模型样品来源多、 数量大、 分布范围广, 预测精度和准确度高, 适用范围大, 为快速测定虉草粗蛋白提供了有效方法, 在虉草品质分析、 育种、 家畜日粮配置以及草产品评价流通等方面具有应用前景。
近红外光谱 虉草 粗蛋白 模型 NIRS Phalaris arundinacea L. Crude protein Quantitative model 光谱学与光谱分析
2019, 39(6): 1731
西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室, 陕西西安 710071
利用核外算法, 将计算机硬盘动态的纳入矩量法求解过程打破内存的限制, 同时采用并行计算技术加速矩量法的求解过程。通过某飞机的双站雷达散射截面(RCS)计算, 验证了核外算法的正确性。最后, 将并行核外高阶矩量法用于机载伞形印刷振子天线阵列辐射特性分析, 结果表明, 该方法可充分利用计算机的硬盘, 扩大矩量法可求解问题的规模。
高阶矩量法 核外算法 硬盘 机载天线 higher-order MoM out -of-core algorithm hard disks airborne antenna 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(6): 910
张鹏 1,2,3,*蒋茂华 1,2,3朱仁江 1,2,3崔玉亭 1,2,3张玉 1,2,3
1 重庆师范大学物理与电子工程学院, 重庆 401331
2 重庆市高校光电材料与工程重点实验室, 重庆 401331
3 重庆市光电功能材料重点实验室, 重庆 401331
优化有源区的量子结构和改善热管理，是提高外腔面发射激光器输出功率的关键。以上两项措施都基于对激光器准确的热分析，依赖于热导率这一关键的材料参数。鉴于外腔面发射激光器中多量子阱和分布布拉格反射镜均为典型的纳米结构，考虑纳米尺度传热特性，用三种不同的解析方法，分别计算了不同厚度GaAs/AlAs 分布布拉格反射镜的热导率，并与已有实验报道对比，优选出更适合于计算GaAs/AlAs 材料系纳米结构热导率的一种方法。采用优选出的方法，对980 nm 外腔面发射激光器中InGaAs/GaAs 多量子阱和GaAs/AlAs 分布布拉格反射镜的热导率进行计算，发现分布布拉格反射镜的法向热导率只有块体材料数值的约40%，多量子阱的法向热导率则略小于块体材料数值的一半。把所得热导率数据用于增益芯片中温度上升的数值分析，结果与实验相符。
激光器 热导率 面发射激光器 外腔 纳米结构 中国激光
2015, 42(11): 1102001
1 四川省农业科学院牧业研究中心, 四川 南充 637000
2 四川省农业科学院蚕业研究所, 四川 南充 637000
3 四川省草原科学研究院, 四川 成都 611731
4 南京农业大学草业学院, 江苏 南京 210095
近红外光谱技术(NIRS)以其低成本、 高效、 环保、 无损的优势在日粮和畜产品品质分析中得到广泛应用。 饲料品质参数(如粗蛋白)的获取对于日粮营养的合理搭配不可或缺, 传统的近红外光谱技术将日粮的近红外光谱与日粮品质参数的化学测定值进行回归, 建立预测模型对日粮品质参数进行检测。 然而, 在放牧条件下日粮近红外光谱的难以获取限制了这一传统建模方法在动物营养中的应用。 作为动物代谢性产物, 动物粪便不仅包含有日粮信息也携带有动物自身信息。 近年来, 基于动物粪便近红外光谱和日粮信息(日粮植物学成分、 化学成分及其消化率)建立的回归模型, 也已被用于动物日粮信息的检测。 简要介绍F.NIRS在动物性别、 品种鉴定及繁殖和寄生虫感染状态检测中的应用。 NIRS在动物粪肥分析中的应用结果表明NIRS能够对粪肥中主要成分含量进行快速分析。 尽管F.NIRS预测准确性有待提高, 但已显示出其作为快速、 有效的分析工具用于检测日粮品质参数及动物生理状态的潜力。 相关的英文评述性文章业已出版, 但在中国F.NIRS的研究和应用非常欠缺。 期望本文的呈现有助于F.NIRS在国内的发展。 推荐将NIRS作为快速分析工具用于对粪肥主要成分(DM, OM, TS, VS, TN, TKN和NH3-N)含量进行检测。
近红外光谱技术 粪便 植物组分 日粮品质 生理状态 粪肥 NIRS Feces Botanical composition Dietary quality Physiological status Animal manure 光谱学与光谱分析
2015, 35(12): 3382
1 四川省草原科学研究院, 四川 成都 611731
2 四川农业大学草学系, 四川 雅安 625014
3 四川省农业科学院蚕业研究所, 四川 南充 637000
4 西南民族大学生命科学与技术学院, 四川 成都 610041
老芒麦(Elymus sibiricus L.)是青藏高原地区主要禾本科牧草,对该区畜牧业具有重要作用.粗蛋白(CP)、酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)和体外干物质消化率(IVDMD)是影响牧草营养价值高低的主要参数.基于近红外光谱技术(NIRS)结合偏最小二乘法建立了老芒麦CP,ADF,NDF和IVDMD的近红外预测模型.所建CP,ADF,NDF和IVDMD模型校正决定系数(R2cal)分别为0.994 5,0.949 9,0.913 3和0.982 2,校正标准差(SEC,%DM)分别为0.329 9,0.779 9,1.343 0和1.376 2;验证决定系数(R2val)分别为0.993 8,0.944 9,0.890 7和0.979 0,验证标准差(SEP,%DM)分别为0.362 1,0.787 8,1.385 2和1.430 3.预测相关系数(r)大于0.943 8,相对分析误差(RPD)为3.02~12.63,表明NIRS能够对老芒麦CP,ADF,NDF和IVDMD进行准确分析.
近红外光谱法 老芒麦 粗蛋白 中性洗涤纤维 体外干物质消化率 NIRS Elymus sibiricus CP NDF IVDMD 光谱学与光谱分析
2015, 35(8): 2103
河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
在介质阻挡放电系统中, 空气和氩气混合气体的实验条件下, 第一次实现了只具有一个单元结构的白眼斑图。 该斑图的结构从中心位置向外依次为: 中心点, 围绕中心点的环和环外六个点。 由于出现该单晶胞白眼斑图时的电压较低, 而本实验采用的水电极中的水的比热容大, 具有良好的吸热性, 这使斑图在放电过程中放电气隙间的气体的温度没有升高, 并且放电现象没有发生变化。 因此在实验过程中, 单晶胞白眼斑图在长时间放电的情况下并没有使其等离子体状态发生改变。 由普通照相机所拍摄的图片可以看到, 单晶胞白眼斑图的中心点, 围绕中心点的环和环外六个点的亮度有明显不同。 在不同压强下该斑图的稳定性有所不同, 并且中心点, 围绕中心点的环和环外六个点的亮度随压强的变化有所不同。 鉴于此, 本实验采用了发射光谱法, 研究了单晶胞白眼斑图中不同位置处(中心点、 环及外围六个点)的等离子体温度随压强的变化关系。 其中, 分子振动温度使用氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)的发射谱线来计算; 电子激发温度利用氩原子763.26 nm(2P6→1S5)与772.13 nm(2P2→1S3)两条谱线强度值进行比较的方法进行研究; 电子密度利用氩原子696.57 nm(2P2→1S5)谱线的展宽来测量。 发现在同一实验条件下, 单晶胞白眼斑图的中心点的电子激发温度、 电子密度和分子振动温度均最低, 环外六个点相应的电子激发温度、 电子密度和分子振动温度次之, 环相应的电子激发温度、 电子密度和分子振动温度均最高; 随着气体压强从40 kPa增大到60 kPa, 单晶胞白眼斑图不同位置处的电子密度增高但分子振动温度和电子激发温度均降低。 本实验结果有助于进一步研究自组织斑图形成的机制。
介质阻挡放电 斑图 等离子体参量 Dielectric barrier discharge Pattern Plasma parameters 光谱学与光谱分析
2015, 35(6): 1493
