微波介质陶瓷是制造5G通信元件的关键材料, 采用传统的固相反应法制备BaSn(Si1-xGex)3O9(0≤x≤1.0)微波介质陶瓷, 研究Ge4+取代Si4+对BaSnSi3O9陶瓷烧结行为、晶体结构和微波介电性能的影响。结果表明: BaSnSi3O9陶瓷在最佳的 1 450 ℃烧结温度下表现出多孔的微观结构, 并呈现较差的微波介电性能(介电常数εr=6.61, 品质因数Q×f=7 977 GHz (谐振频率为15.03 GHz), τf=-37.8×10-6/℃)。通过Ge4+对Si4+的取代能形成BaSn(Si1-xGex)3O9固溶体, 其晶体结构为六方结构和P-6c2空间群。采用Ge4+对Si4+的取代促进了BaSn(Si1-xGex)3O9 (0≤x≤1.0)陶瓷的烧结, 改变了晶体结构参数实现对陶瓷微波介电性能的优化。BaSn(Si1-xGex)3O9(0≤x≤1.0)陶瓷的Q×f值主要与Si/Ge-O和Sn-O键中共价键的比例有关, 在x=1.0时BaSn(Si1-xGex)3O9陶瓷具有最优的微波介电性能: εr=8.53, Q×f=15 829 GHz (谐振频率为14.41 GHz), τf =-34.2×10-6 ℃-1。

为探究一种可实现向心溅射的圆筒式柱面磁控阴极靶，需要对靶装置内的磁场分布进行研究，进一步讨论靶结构参数对其磁场分布的影响规律。本文根据磁控靶的结构与工作原理，利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件中AC/DC接口，对靶进行三维模型构建、划分网格和仿真计算。通过改变靶内磁体形状尺寸、磁轭形状以及结构排布，对靶面磁场的分布进行规律探究。最终确定新型圆筒式柱面磁控溅射阴极靶内的磁场结构参数，结果表明结构靶面磁场分布均匀且大小满足溅射要求的磁感应强度(20~50 mT)，平行靶面均匀磁场区域达35%~40%左右。通过这类靶磁场结构的研究，为设计优化磁控阴极靶提供依据。

煤系针状焦生产过程中, 延迟焦化工艺流程中混合油的性能在一个生焦周期内不断发生波动, 如何稳定混合油的性能是确保针状焦质量均匀的一个关键因素。 而混合油性能的差异主要体现在粘流特性的变化方面, 导致这种差异的根源是混合油分子结构发生了变化。 为了进一步定量分析混合油性质变化的根本原因, 本文以一个生焦周期内不同进料时间的混合油为研究对象, 利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析仪和旋转粘度仪为检测手段。 从红外光谱波数范围700～900, 1 550～1 650, 2 800～3 000和3 000～3 100 cm-1四个区域入手, 引入6种分子结构参数。 详细分析探讨了一个生焦周期内混合油分子结构的变化趋势与粘流特性的关联性。 FTIR谱图分析显示混合油主要是以带有部分脂肪侧链的缩合芳香环结构组成的。 随着生焦过程的进行, 混合油分子中脂肪侧链的支链化程度(I1)不断降低、 芳香度(I2)有所增加。 而芳环的缩合度参数I3以及芳环上的取代情况(I4, I5, I6)的变化较小, 这说明混合油的缩合程度随生焦时间的增加变化不大。 混合油中多组分复杂芳香类物质的共存, 导致了分子间易发生缔合, 使得混合油的初始表观粘度值很大。 混合油的粘流活化能Eη随着生焦时间的延长而呈现出增加的趋势。 理论上缩合芳环和烷基侧链对粘流性质的影响最大, 但是将I1, I2, I3与Eη进行分析时发现回归曲线的拟合优度R2仅可达到0.71。 实际上, 混合油本身支链化程度(I1)低, 支链长度短, 忽略I1对粘流活化能的影响时, 对I2, I3与Eη进行数据处理获得的回归曲线的拟合优度R2反而降低。 综合考虑所有的分子结构参数与Eη进行回归分析时, 回归曲线的拟合优度R2可以达到0.98, 混合油的分子结构参数与粘流特性之间的关系模型为: Eη=703.59-55.88I1-7.83I2+5.73I3-1 866.70I4-694.85I5-83.16I6。 由此可见, 粘流特性是混合油这一复杂体系中所有分子结构特征的宏观表现。

表型分析对于理解植物基因型与环境之间的关系非常重要, 开发高效且成本低的相关技术是精准农业等领域的一项典型需求。 其中, 代表性的RGB-D设备Kinect已用于植物表型分析, 但其应用潜力尚未被充分挖掘。 本文首先梳理比较了Kinect表征三维结构的三种原理方式, 即点云基于深度图像（DI）生成, 通过运动恢复结构（SfM）从彩色图像获得, 以及合并DI和SfM点云生成融合数据（MD）, 并以FARO X330激光扫描仪获取的基准数据评估三种方式的性能。 以植物玉簪为例的分析结果表明, 对叶面积的估算DI点云的准确度最高, 对叶片圆形度和偏心率的反演MD点云表现最佳, 对叶倾角的反演SfM点云的性能最好。 三种方式的结果差异源于它们表征不同结构的表现不同, 对于叶面积的反演, SfM表征叶片相对不完整, 而MD重建叶片的边缘存在不平滑的现象, 导致两者精度不足; 对于表征叶片的几何特征, 通过合并DI和SfM数据生成的MD点云实现了信息增强的效果, 使得其表现优于DI和SfM点云; 叶倾角对深度测量的准确性更敏感, 由于Kinect测量深度过程中通常存在误差, 导致DI和MD点云反演精度偏低, 而SfM点云仅通过彩色图像生成, 因此其表现出反演叶倾角的最佳性能。 性能比较与原因分析表明, 三种方式对不同的结构特征有不同的适用空间, 它们的集成有助于提升Kinect用于植物表型分析的整体性能, 由此形成一种基于Kinect的移动表型高效分析技术; 此外, 提出的叶片几何描绘（LGD）模型可较好拟合叶片轮廓, 有助于恢复部分被遮挡叶片的几何形态。 提出了一种基于Kinect的低成本但高效的移动型三维植物结构表型分析技术, 这对于促进作物监控、农业增产等有基础技术意义。

针对6自由度冗余驱动并联机构实时控制较难的问题, 以具有解析式正解的Stewart衍生拓扑构型为研究对象, 研究了位移输入的协调关系。通过设计二重复合球铰链和可转换主动、从动模式的移动副, 实现了6种不同冗余度的低耦合驱动模式。根据动平台上4个位置点之间的尺度约束关系, 构建了一种正向运动学全解析算法, 验证了位姿正解模型的正确性。推导化简了位移输入的6个协调方程, 分别运用Newton-Raphson法和Broyden法得到了协调方程的数值解, 对比结果发现, Broyden法的计算时间约为Newton-Raphson法的78%, Newton-Raphson法的精度优于Broyden法至少3倍。从许可初值偏差和结构参数两个方面研究了各种驱动模式对冗余协调算法的影响, 结果表明, 随着动平台边长的增大以及移动副初始长度的减小, 冗余协调算法允许有更大的许可初值偏差。进一步地, 基于区间分析理论引入并定义扰动适应性能评价指标, 计算出本机构的最佳冗余度为5, 并且得出Broyden法的综合扰动适应性能优于Newton-Raphson法的1.27倍。最后, 结合数值性态给出了Stewart衍生型并联机构移动副驱动模式优选的3点选取原则。研究方案可为6自由度冗余驱动并联机构的结构模型优化及实时控制提供参考依据。

通过严格耦合波分析方法考察了宽带偏振无关多齿谐振光栅反射镜的工艺容差性。理论分析显示,在1.62~1.76 μm波段范围内,当微纳谐振光栅的周期和厚度、调制形状、中间层厚度及缓冲层厚度等关键结构参数变化20 nm时,其对器件反射谱的影响几乎可以忽略不计。该结果表明此结构在现有工艺误差范围内表现出比较好的工艺容差性,从而有利于该器件的加工制备。

针对双目视觉系统对远距离大视场复杂地形环境下目标点三维坐标的测量， 研究了优化系统结构，提高双目视觉系统坐标测量精度的方法。 分析了系统结构参数对测量精度的影响，通过在监测区域内设置靶标对系统进行标定。测量时，将获取的目标点图像信息代入测量模型进行解算，从而获得目标点的空间三维坐标。仿真分析了系统结构参数中调平传感器精度以及系统布局方式对三维坐标测量精度的影响，得出了其误差影响趋势。在此基础上，提出系统调平传感器精度为±0.1°的要求以及系统合理的布局方式，为构建双目视觉测量系统的布局提供参考。对直径200 m的区域进行了监测，结果显示目标点的相对定位误差均小于0.33%，满足系统的精度指标要求，同时使得系统现场架设更加方便快捷，避免了盲目性。

从实际加工角度出发,研究了节流器结构参数对Nanosys-1000超精密加工机床静压导轨承载特性的影响。利用流体分析软件建立导轨承载油垫的有限元模型并搭建了相关静压导轨实验台,研究了进口油压为1.7 MPa,油膜厚度为36 μm时承载油垫的压力场分布特征,并通过对压力场积分得到油膜承载力,求导得到油膜刚度,从而揭示不同结构参数对静压导轨承载特性的影响。研究结果表明: 节流器结构参数中节流孔孔径对机床承载特性影响最大,其次为节流孔孔长,出入口倒角对其影响甚微。导轨负载较小时,扩大节流孔孔径与缩短节流孔孔长有助于改善静压导轨承载特性;但在重载条件下,缩小节流孔直径,增加节流孔孔长反而更有利。将仿真数据与实验数据作对比,得到3个承载力测量点数据误差分别为7.9%,6.9%,8.6%。最后根据研究成果,确定了Nanosys-1000机床静压导轨节流孔结构参数。

在高功率连续激光辐照下，变形镜(DM)表面产生的热形变会对入射激光引入附加相位畸变，进而降低光束质量。利用有限元分析软件ANSYS 建立了变形镜模型，分析比较了变形镜与高反镜热形变的特点，并讨论了变形镜结构参数对入射激光相位特性的影响。研究结果表明：与高反镜相比，变形镜的热形变更为明显；变形镜极头间距越小，热形变带来的高频相位畸变越多；极头长度对高频成分的影响较大，极头长度越短，热形变带来的高频成分越多，因而适当增加极头长度能够降低热形变带来的高频相位畸变；增大极头直径能使高频畸变所占比例有所降低，但会减弱变形镜的校正能力，因而在实际设计时应综合考虑。计算结果可为变形镜的参数优化设计提供一定参考价值。

制备了掺镱多组分硅酸盐光子晶体光纤纤芯材料。其折射率为1.586, 有效荧光半高宽为85.3 nm, 荧光寿命为1.30 ms。分析了光纤结构参数对光子晶体光纤的归一化频率(单模截止条件)、数值孔径、有效模面积、非线性效应和限制损耗等参数的影响。设计了以该材料为纤芯, 内包层为八边形、五层空气孔的新型结构光子晶体光纤。用有限元法对该光子晶体光纤性能进行了数值模拟。结果表明, 该光纤有效模场面积为1 150 μm2; 当空气孔直径为21.6 μm、孔间距为60 μm时, 内包层数值孔径达到0.45。