1 1.西安石油大学 材料科学与工程学院, 西安 710065
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
Mxenes以其优异的比表面积、高导电率和组分可调性而受到广泛研究, 并用作高效锂离子电池的电极材料。然而, 其有限的存储容量以及锂离子扩散引起的剧烈晶格膨胀限制了MXenes作为电极材料的应用。本研究设计了具有代表性的MXene材料卤化(氟化、氯化或溴化)-Ti3C2。采用基于密度泛函理论的范德瓦耳斯修正的第一性原理计算方法研究了表面端基(T=F-、Cl-和Br-)修饰对锂离子电池中Ti3C2负极的原子结构、电学性质、力学性质以及电化学性能的影响。研究表明, Ti3C2T2单层具有良好的结构稳定性、力学性质和导电性质。相比Ti3C2F2和Ti3C2Br2, Ti3C2Cl2单层具有较大的弹性模量(沿二维薄膜两个方向的弹性模量分别为321.70和329.43 N/m)、较低的锂离子扩散势垒(0.275 eV)、开路电压(0.54 V)和较大的理论存储容量(化学计量比为Ti3C2Cl2Li6时达674.21 mA·h/g), 这表明Ti3C2Cl2单层作为锂电池电极具有良好的安全稳定性和充放电速率。此外, 端基氯化扩大了层间距, 进而提高了Ti3C2Cl2中锂离子的可穿透性和快速充放电速率。本研究表明, 表面氯化的Ti3C2纳米薄膜是一种很有前途的锂电池负极材料, 为其它的MXenes基电极材料设计与开发提供了重要的设计思路。
MXenes Ti3C2 表面端基修饰 第一性原理计算 锂离子电池负极 层间距 MXenes Ti3C2 surface end group modification first-principles calculation Li-ion battery anode interlayer spacing
1 山东大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室，山东 青岛 266237
3 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东 青岛 266237
双马赫-曾德(M-Z)干涉仪系统因其光路简单、灵敏度高、频率响应宽等独特优势受到了广泛的关注及应用，但由于其非常容易受到外界环境噪声的影响，直接采取互相关计算方法获取扰动信号位置会导致较大的测量误差。本文提出了一种基于希尔伯特-黄变换(HHT)的数据信号处理方案用于实现高精度的分布式光纤振动定位检测。通过对接收到的两路光信号进行经验模态分解得到本征模函数，并对所有本征模函数进行希尔伯特变换叠加得到希尔伯特谱，从而可以清晰直观地提取到由振动信号引起的高相似度光信号信息，再通过互相关计算由振动信号引起的时间延迟，从而准确计算振动位置信息。相比于传统的直接互相关计算方法，本方法可以有效识别及提取双M-Z干涉仪系统中振动信号引起的特征信息，从而可以有效降低外界环境噪声对系统的影响，减小定位误差。本文对所提出的方法进行了相关理论分析，并搭建了双M-Z干涉仪系统进行相关实验验证。实验结果表明，与传统直接互相关方法相比，本方法可以有效减少互相关数据的计算量，同时该方法可以有效提高振动位置的定位精度，在2 km的传感光纤长度、10 MHz采样率下，定位精度可达10 m。本文提出的基于双马赫-曾德干涉仪系统的分布式光纤传感技术具有较高的实际应用价值。
光纤传感 希尔伯特-黄变换 双马赫-曾德干涉仪 定位方法 端点检测 optical fiber sensing Hilbert-Huang transform dual Mach-Zehnder interferometer positioning method endpoint detection
1 山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
2 山东省激光技术与应用重点实验室, 山东 青岛 266237
3 山东大学激光与红外系统集成技术教育部重点实验室, 山东 青岛 266237
采用了一种基于全变分(TV)算法的信号处理方法,用于相敏光学时域反射(φ-OTDR)系统中消除时域噪声和提高信噪比(SNR)。通过将瑞利散射曲线转换成二维灰度图像,获取了瑞利散射曲线的强度和位置信息。TV算法通过梯度下降方法可以有效地平滑时域噪声并提取有用信息。实验结果表明,在长度为3.5 km的传感光纤上,采用TV算法可以有效地实现300 Hz振动信号的分布式测量,振动位置的SNR可以达到10.13 dB。在此基础上,进一步验证了TV算法对宽带振动信号的检测能力,成功实现了频率范围为300 Hz~1 kHz的宽带扰动信号识别。表明了TV算法在φ-OTDR系统中可以有效地提取振动信息。
光纤传感 相敏光时域反射 全变分算法 去噪算法 信噪比 光学学报
2021, 41(17): 1706001
1 西安科技大学安全科学与工程学院, 陕西 西安 710054
2 西安科技大学电气与控制工程学院, 陕西 西安 710054
针对传统火焰检测模型的检测准确度较低和速度慢等问题,提出一种优化的卷积神经网络和超像素分割算法的视频火焰区域检测方法。首先使用火焰图像数据集对模型进行训练和验证,采用卷积核堆叠替换的方法改进Inception模块的结构;其次采用小卷积核替换的方法改进网络的前端结构,并将Focal-Loss函数作为损失函数以提高模型的泛化能力;然后设计InceptionV1模型的参数复杂度优化实验,生成优化的火焰检测网络结构;最后将超像素分割算法提取的火焰超像素语义信息输入优化的InceptionV1模型中,并进一步执行视频火焰区域的定位检测。实验结果表明,所提方法能够增强视频火焰的非线性特征提取能力,火焰检测准确度高于96%,检测速度较原始模型提升2.66倍。
图像处理 火焰检测 卷积神经网络 卷积核堆叠替换 参数复杂度优化 超像素定位 激光与光电子学进展
2021, 58(2): 0210004
针对传统岸舰导弹**系统训练评估手段主观性太强的问题, 基于网络分析思想构建了岸舰导弹**系统训练效果评估指标体系, 为了降低计算复杂性设计了“等效处理”模块, 实现了由**系统训练数据向二级指标的映射, 应用网络分析(ANP)法和变精度粗糙集理论(VPRS)建立了训练效果评估模型, 通过引入专家均值置信法降低评估过程的主观性和偶然性。使用SD软件求解模型, 获得岸舰导弹**系统训练评估指标的权重系数, 结果验证了该方法的有效性。
岸舰导弹 指标体系 等效处理 训练效果 综合赋权 shore-to-ship missile index system equivalent treatment training effect comprehensive weighting
1 常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州 213025
2 南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211100
针对传统有源电磁式互感器易饱和、稳定性与抗干扰能力差、安装受限等问题，本文基于Faraday磁光效应，设计了一种无源全光纤电流互感器，通过旋光角来测量被测电流；设计互感器以HB Spun光纤作为传感元件，无饱和现象，可用于大电流测量；利用光学互易回路，消除光路中温度、光纤缺陷等因素对旋光角测量的干扰；采用反射式光路将电场引起的旋光角放大4倍，实现小电流的精确测量；传感元件采用柔性传感光纤环结构，形状可变，适应复杂空间内电流的测量。对比了不同圈数的柔性光纤传感环与标准电流互感器的测量精度，结果表明，本文设计的光学互易回路可以消除温度对电流测量的影响，全光纤电流互感器在-5 ℃～70 ℃全温度范围内精度为0.5，可实现小电流的精确测量。
光学互易回路 温度 旋光角 小电流测量 柔性光纤传感环 optical reciprocity loop temperature optical rotation angle small current measurement flexible fiber sensing ring
海军航空大学岸防兵学院, 山东 烟台 264001
针对舰载机着舰引导装备体系中备件构成复杂、数量众多, 传统单元级备件保障效果单一, 无法高效、全面评估整个备件系统等问题,引入k/N(G)表决关系把复杂系统等效分解为串并联结构; 提出备件保障概率、使用可用度、利用率等关键性指标在不同种备件寿命分布类型下的预测模型, 针对任务结束后才能统计得出指标数据的缺陷, 利用解析计算方法实现对备件方案预先评估, 提高备件保障效果; 并进一步给出系统级各指标计算方法。通过算例分析, 与传统方法相比提高了该体系备件系统级保障方案制定的精度与综合评估能力, 仿真结果符合实际情况。
备件系统级保障 串联 并联 备件保障概率 使用可用度 利用率 spare part support on the system level series connection parallel connection spare part support probability use availability utilization rate
1 上海大学材料科学与工程学院上海市现代冶金及材料制备重点实验室, 上海 200072
2 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京100083
在对称散射和180°背散射两种散射几何设置下获得了单晶透明氮化铝布里渊散射谱图。分析了谱峰出现的原因及其对应的声波模式, 分析了对称散射几何设置下谱图的偏振态。实验观察到对称散射谱图中准纵波峰和背散射谱图中的纯纵模峰, 分析了它们出现的原因。文章根据实验谱图求得了样品材料的全部弹性常数信息。
布里渊散射 对称散射 180°背散射 Brillouin scattering platelet scattering 180° backscattering
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
从热电堆红外探测器的检测电路设计入手,讨论了微弱信号的放大和调理方法,分析了热电堆探测器输出信号 的时频域特性和噪声,给出了各环节的实现电路并进行了仿真,分析了以前置放大器为主的模拟信号链的噪 声,并提出了噪声匹配的新方法,最终实现了微弱信号的测量。测试结果表明,本电路在噪声抑制和失调补 偿方面达到了理想的效果,最小可检测到3.5 μV的微弱直流信号变化,在红外光谱探测以及微弱直流信 号检测中可以有较广泛的应用。
微弱信号 放大器 调理电路 红外 热电堆 weak signal amplifier conditioning circuit infrared thermopile
根据失调拼接光栅对压缩系统模型,推导了拼接误差引起的角色散公式.针对光栅拼接中的转角误差和光栅常数误差,得到了误差间的相互补偿关系式,并对补偿方式进行了讨论.研究结果表明:绕光栅平面内垂直于刻线方向的转角在一定范围内可以补偿绕光栅厚度方向旋转造成的误差;绕光栅刻线方向的转角可以补偿光栅常数不同造成的误差;绕光栅平面内垂直于刻线方向或绕光栅厚度方向的转角在一定范围内也可以补偿由光栅常数不同造成的误差.前两种补偿方式的补偿效果较好.
光栅拼接 误差补偿 压缩系统 转角误差 光栅常数误差
