1 陆军装甲兵学院装备保障与再制造系，再制造技术国防科技重点实验室，北京 100072
2 清华大学化学系，有机光电子与分子工程教育部重点实验室，北京 100084
近年来，柔性可穿戴传感器因其在健康监测、远程医疗和人机交互领域的潜在应用而受到广泛关注。石墨烯因其导电性好、柔性佳、质轻、热稳定性高等优点，而成为制备柔性可穿戴传感器的理想候选材料。人们致力于设计构筑具有合理结构的石墨烯材料，以用于下一代柔性电子产品。围绕柔性可穿戴传感器应用，综述了石墨烯材料的制备方法和石墨烯基柔性传感器件研究的最新进展。首先介绍了不同宏观形态的石墨烯材料的制备方法；然后综述和讨论了石墨烯基柔性传感器的构筑策略、工作机制、性能和应用，包括应变传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、其他模式传感器，以及柔性多模式传感器。石墨烯基柔性传感器表现出优异的灵敏度和稳定性，使其在体温监测、语音识别、脉搏、运动和呼吸检测方面展示了潜力。最后，讨论了石墨烯基柔性传感器的未来发展趋势以及存在的挑战。
石墨烯 柔性传感器 健康监测 人机交互 graphene flexible sensors health monitoring human-machine interface
1 合肥工业大学电气与自动化工程学院, 安徽 合肥 230009
2 中南大学自动化学院, 湖南 长沙 410083
提高作物的光合作用速率是作物高产育种的有效途径之一。 目前主要采用红外气体分析法测定光合作用速率, 方法原理可靠、 技术成熟, 但红外光源易受野外复杂工作环境的影响, 尤其是环境温度的变化, 因此红外分析法在定量分析的任务需求中测定误差较大且对浓度极低或浓度变化极弱的气体检测精度不高。 针对上述问题, 首先提出将可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术应用到植物光合速率测定领域, 用二次谐波峰值差表征单位采样时间内光合作用气体CO2痕量浓度的相对变化量; 其次, 建立基于萤火虫算法优化的宽度学习(FA-BLS)环境补偿模型, 模型中每只萤火虫的位置信息对应表征宽度学习网络(BLS)权值和阈值的一组可行解, 通过萤火虫不断迭代和更新优化来寻找亮度最高的萤火虫位置, 即生成使得模型性能最佳的权值和阈值; 最后, 利用模型输出的补偿值对存在环境影响的原始二次谐波峰值差进行补偿, 进而由补偿后的二次谐波峰值差反演得到单位采样时间内的净光合速率。 实验结果表明, 萤火虫种群规模和BLS网络增强层节点数是影响TDLAS-FA-BLS模型输出误差的重要因素, 相比卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)两种深度学习网络, 基于TDLAS-FA-BLS的光合速率测定模型很好地继承了BLS网络训练速度快、 迭代时间短的优点, 平均测量时间仅为0.81 s, 模型输出误差小, 模型预测输出与测试集数据的卡方距离仅为0. 29×10-4, 同时模型输出误差的样本方差和样本标准差均比BLS小, 说明FA-BLS模型克服了BLS因随机选取参数导致网络输出结果不稳定和泛化性不高的缺陷, 因此, 基于TDLAS-FA-BLS的植物净光合速率测定方法, 能够很好地满足在实际农业生产中野外复杂工作环境下测定光合速率的高精度、 实时性、 稳定可靠等需求。
净光合作用速率 萤火虫算法(FA) 宽度学习(BLS) Net photosynthetic rate TDLAS Firefly algorithm (FA) Broad learning system (BLS) TDLAS 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1561
江南大学物联网工程学院模式识别与计算智能工程实验室, 江苏 无锡 214122
针对当前图像显著性检测算法存在的边缘检测不清晰和内部不均匀的问题,提出一种基于无向权重图和多特征传播的图像显著性检测方法。首先以超像素为节点构建无向图,并改进边界超像素的连接方式。在改进图的基础上利用图像颜色、纹理特征与局部对比和中心先验等多种先验知识提取高层特征,并得到基于底层特征的显著图。其次,利用高层特征和显著物体的紧凑性分别计算基于前景和背景种子的显著图并将其融合。最后,将两阶段得到的显著图进行融合得到最终的显著图。在多个公开数据集上,将所提算法与近些年提出的10种算法进行对比实验,结果显示所提算法性能优于所有对比算法。
图像处理 显著性 局部对比 中心先验 紧凑性 激光与光电子学进展
2020, 57(4): 041020
1 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215000
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230000
3 宾夕法尼亚州立大学, 美国 宾夕法尼亚州 19019
为更好实现可穿戴柔性电子的初期设计和试验验证, 提出了一种基于“切割和粘贴”的柔性电子快速制备方法。首先, 通过对比光刻工艺与喷墨打印工艺, 提出了一种基于激光切割的微纳图案化工艺; 接着, 利用调节聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体的黏附力来控制能量释放率, 将带图案的薄膜结构转印到弹性基底; 然后, 为保证金属电极与柔性基体间紧密贴合, 采用PDMS对整体结构进行了封装; 最后, 搭建了多通道生理信号采集系统, 对所加工柔性电极进行电生理测试与医疗探索。实验结果表明: 与传统柔性电子加工工艺相比, 文章提出的工艺效率较高, 成本较低, 可在10 min内完成整套工艺, 同时制备的电子传感器件可以与皮肤保形接触且输出稳定信号, 可为柔性电子的初期设计及后续产业化应用打下基础。
可穿戴 快速转印 可调黏附力 柔性电子 心电图 wearable rapid transfer printing tunable adhesive force flexible electronics Electrocardiogram(ECG)
1 中国科学院大连化学物理研究所化学激光重点实验室， 辽宁 大连 116023
2 信阳市质量技术监督检验测试中心， 河南 信阳 464000
利用强激光作用在高压二氧化碳气体中产生受激拉曼散射作为激光波长转换的机理, 获得了1248 nm激光输出。结果表明：采用波长为1064 nm的抽运光，通过优化二氧化碳压力及透镜聚焦参数，得到了一级斯托克斯光(S1，1248 nm)的最大转换效率为36.6%，最大单脉冲能量为82 mJ。
散射 受激拉曼散射 Nd∶YAG激光 二氧化碳 一级斯托克斯光
1 南京信息工程大学大气物理学院, 江苏 南京 210044
2 中国气象局大气成分观测与服务中心, 北京100081
介绍了南京北郊大气气溶胶观测及其数据分析结果。利用 Raman-Rayleigh-Mie激光雷达系统对南京北郊气溶胶进行常规观测，并对观测数据进行反演分析。详细分析了米氏散射气溶胶消光系数的反演结果随边界值变化的灵敏度，提出了较为准确的气溶胶边界值的确定方法，由此得到较为准确的气溶胶光学参数。通过与地面观测结果的比较，说明了Raman-Rayleigh-Mie激光雷达的观测结果具有可比性，其边界值的确定及其反演方法在一定程度上可信，可行。
激光雷达 消光系数 气溶胶 南京北郊 激光与光电子学进展
2012, 49(6): 060101
不确定环境下多无人机协同搜索是多无人机协同控制的一个重要研究内容。多架无人机同时对一个不确定区域进行搜索，目的在于获取搜索区域的信息，降低环境的不确定度，并尽可能发现隐藏在环境中的目标。针对这一问题，提出一种基于协同进化算法的多无人机协同区域搜索算法。首先，建立搜索概率图来描述搜索环境的不确定性，并使用贝叶斯准则更新搜索概率图，然后,使用协同进化算法，在线生成多UAV协同搜索的路径。仿真结果验证了算法的有效性。
无人机 协同搜索 不确定环境 协同进化算法 路径规划 Unmanned Aerial Vehicle(UAV) cooperative search uncertain environment co-evolutionary algorithm path planning
1 大连大学， 辽宁省生物有机化学重点实验室， 辽宁 大连116622
2 大连大学生物工程学院， 辽宁 大连116622
为了解肌红蛋白(Mb)表面60位天冬氨酸(Asp)突变为赖氨酸(Lys)后对蛋白结构稳定性的影响， 本文通过紫外-可见吸收光谱、 荧光光谱和停流荧光光谱对照研究了模拟生理条件下野生型肌红蛋白Mb(WT)及其突变体Mb(D60K)与过氧化氢(H2O2)的相互作用。 结果表明: 在Mb(D60K)与H2O2发生相互作用过程中， 铁卟啉部位的紫外和荧光发射光谱数据与Mb(WT)相比， 性质与功能均表现出显著差异。 虽然只有一个氨基酸的改变， 但其结构和性质发生明显变化， 说明60位氨基酸在稳定蛋白结构中有重要的作用。 同步荧光光谱和停流光谱的结果同样表明Mb(D60K)的结构与功能受H2O2的影响较小， Mb(WT)受H2O2影响明显。 综合分析表明， Mb(D60K)在与H2O2相互作用过程中， 蛋白结构稳定性提高。
肌红蛋白 过氧化氢 光谱法 蛋白结构 Myoglobin Mb(D60K) Mb(D60K) Hydrogen peroxide Spectroscopy Protein structure 光谱学与光谱分析
2011, 31(9): 2512
1 大连工业大学无机非金属材料研究所, 辽宁 大连116034
2 香港城市大学电子工程系, 香港 九龙
制备了高折射率Ho3+单掺和Ho3+/Yb3+共掺低声子能量重金属碲酸盐玻璃。 根据Judd-Ofelt理论对吸收光谱进行拟合, 求得Ho3+强度参数Ωｔ(t=2, 4, 6)分别为4.373 10-20, 1.906 10-20和1.451 10-20 cm2, 并进一步计算了Ho3+在红外区各能级跃迁的振子强度、 自发辐射跃迁概率、 辐射寿命和荧光分支比等光谱参数。 982 nm激发下, 铋碲酸盐玻璃中Yb3+直接敏化Ho3+, 在红外区产生有效红外发射。 Ho3+吸收与发射截面在1.95和2.05 μm处分别高达5.63 10-21和6.24 10-21 cm2, 大于Ho3+掺杂磷酸盐和氟化物玻璃, 这有利于降低激光抽运阈值, 实现高效Ho3+激光输出。 较低的声子能量和较大的发射截面表明, Ho3+/Yb3+共掺杂铋碲酸盐玻璃有望成为良好的红外激光工作物质。
重金属碲酸盐玻璃 钬 光谱参数 红外辐射 Heavy metal tellurite glasses Ho3+ Spectral parameters Infrared radiation
