作者单位
摘要
石河子大学机械电气工程学院/农业农村部西北农业装备重点实验室, 新疆 石河子 832003
棉花杂质在轧棉过程中对棉纤维造成损伤, 导致成品纺织品出现瑕疵。 因此, 杂质的检测和分类在棉花生产过程及质量检验中至关重要。 地膜是我国机采棉中特有的杂质。 该研究将包括地膜碎片等12种常见棉花杂质放置于两层皮棉层之间, 采用推扫式高光谱成像系统在透射模式下对杂质与皮棉混合样本进行图像采集, 在400~1 000 nm范围内利用光谱信息识别嵌在皮棉层中的12种杂质。 首先对高光谱图像进行平场校正, 对边缘噪声进行裁剪; 选择500 nm处灰度图像进行人工感兴趣区域(ROIs)提取, 从ROIs提取皮棉和杂质平均透射光谱并进行标准化; 使用典型判别分析(CDA)对皮棉和杂质光谱进行处理并利用前三个典型变量绘制散点图, 观察散点分组情况, 采用多变量方差分析(MANOVA)对前三个典型变量评估每两种杂质之间的差异。 然后使用区间随机蛙跳(iRF)方法提取特征波段, 采用支持向量机(SVM)分类器, 分别对全波段及特征波段的透射光谱进行杂质和皮棉13个类别的分类研究, 对比分析两次分类的准确率。 结果表明, 全波段的各类杂质和皮棉的平均分类准确率为84.4%, 该方法对棉花内层杂质的检测与分类是可行的, 包括与皮棉外观相近的地膜、 塑料包装和纸的分类效果较好。 在提取12个特征波段后, 4种具有相似外观和相似化学成分的杂质(裂茎、 茎皮、 棉铃壳、 棕叶)分类准确率较低但都超过73%; 棉籽、 绿叶、 纸片、 塑料包装、 地膜、 皮棉的分类准确率均超过90%; 各类杂质和皮棉的平均分类准确率为86.2%; 与全波段光谱的分类结果相比, 特征波段光谱的平均分类准确率提高1.8%。 该研究结果可为棉花内层杂质检测研究提供理论依据, 并对高光谱透射成像技术的应用有较好的指导作用。
棉花杂质分类 高光谱成像 透射 随机蛙跳 特征波长提取 Foreign matter classification Hyperspectral imaging Transmittance images Interval Random Frog Feature selection 
光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3230
作者单位
摘要
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230061 合肥综合性科学中心环境研究院, 安徽 合肥 230031安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室, 安徽 合肥 230061
2 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230061 合肥综合性科学中心环境研究院, 安徽 合肥 230031中国科学安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230061
4 安徽蜀峰环境科技发展有限公司, 安徽 合肥 230031
利用自主研制的四波长全固态激光雷达系统, 实现了大气臭氧和气溶胶的协同观测, 这也是该系统在国内的首次立体观测应用。 基于该雷达系统, 重点针对2021年4月中旬沙尘污染前、 中、 后三个阶段进行污染物的空间垂直分布特征进行分析, 发现臭氧的垂直分布主要集中在距地面1.5 km范围内, 沙尘前的臭氧浓度整体明显高于沙尘中和沙尘后。 沙尘前和沙尘中, 气溶胶的垂直分布高度可以达到2.5 km, 由于沙尘的突然入境, 会造成局地消光系数突变升高超过2.5 km-1, 沙尘过境后气溶胶主要积累在近地面500 m范围内。 通过激光雷达的连续观测和垂直廓线分析发现沙尘前, 在上午7时前后城市上空距地面300 m高度附近会出现臭氧浓度的低值区, 约13 μg·m-3, 不足附近范围的1/4, 这可能是在稳定大气环境中由日出前的“滴定效应”造成。 但是, 沙尘的突然输入不仅消除了该稳定的“滴定效应”, 而且还抹平了臭氧的日变化特征, 使得近地面的臭氧浓度峰谷值降为55 μg·m-3, 是沙尘前和沙尘后的0.44倍和0.46倍。 同时, 由于沙尘的输入, 细颗粒物质量浓度的占比降低至不足20%, 加之上游一次污染物输入, 进一步抑制了臭氧的生成和转化过程。
激光雷达 沙尘 垂直结构 臭氧 协同观测 Lidar Dust Vertical structure Ozone Collaborative observation 
光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2258
作者单位
摘要
杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所, 浙江 杭州 310018
压电陶瓷驱动电源是微位移系统的关键组成部分。为了满足系统对高稳定性、高精度的应用需求,该文设计了一种基于PB58高压运放的新型驱动电源,采用STM32单片机控制输入信号,接收并监控输出信号状态。采用反馈零点补偿和噪声增益补偿相结合的方式提高了放大电路的稳定性。对搭建完成后的系统进行测试分析,最终证明该电源系统具有稳定性高,响应速度快,输出功率大的特点。
压电陶瓷 功率放大 驱动电源 单片机 相位补偿 piezoelectric ceramics PB58 PB58 power amplifier drive power supply microcontroller phase compensation 
压电与声光
2023, 45(6): 898
Author Affiliations
Abstract

Rabies-viruses-based retrograde tracers can spread across multiple synapses in a retrograde direction in the nervous system of rodents and primates, making them powerful tools for determining the structure and function of the complicated neural circuits of the brain. However, they have some limitations, such as posing high risks to human health and the inability to retrograde trans-synaptic label inputs from genetically-defined starter neurons. Here, we established a new retrograde trans-multi-synaptic tracing method through brain-wide rabies virus glycoprotein (RVG) compensation, followed by glycoprotein-deleted rabies virus (RV-ΔG) infection in specific brain regions. Furthermore, in combination with the avian tumor virus receptor A (TVA) controlled by a cell-type-specific promoter, we found that EnvA-pseudotyped RV-ΔG can mediate efficient retrograde trans-multi-synaptic transduction from cell-type-specific starter neurons. This study provides new alternative methods for neuroscience researchers to analyze the input neural networks of rodents and nonhuman primates.

Rabies virus retrograde tracers trans-multi-synaptic tracing AAV-PHP.eB cell-type-specific input neural networks 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(6): 2340001
Wenyan Qiao 1,2†Linglin Zhou 1,2†Zhihao Zhao 1,2†Peiyuan Yang 1[ ... ]Jie Wang 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, People’s Republic of China
2 School of Nanoscience and Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, People’s Republic of China
3 School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia Institute of Technology, GA 30332, USA
Tribovoltaic nanogenerators (TVNGs) have the characteristics of high current density, low matched impedance and continuous output, which is expected to solve the problem of power supply for small electronic devices. However, wear occurrence in friction interface will seriously reduce the performance of TVNGs as well as lifetime. Here, we employ MXene solution as lubricate to improve output current density and lifetime of TVNG simultaneously, where a high value of 754 mA m-2 accompanied with a record durability of 90,000 cycles were achieved. By comparing multiple liquid lubricates with different polarity, we show that conductive polar liquid with MXene as additive plays a crucial role in enhancing the electrical output performance and durability of TVNG. Moreover, the universality of MXene solution is well demonstrated in various TVNGs with Cu and P-type Si, and Cu and N-GaAs as material pairs. This work may guide and accelerates the practical application of TVNG in future.
Nano-Micro Letters
2023, 15(1): 218
周广 1,3类维政 2董晓浩 1,2,*王劼 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海应用物理研究所,上海 201800
2 中国科学院上海高等研究院,上海 201210
3 中国科学院大学,北京 100049
随着相干光源的发展,对大尺寸高精度反射镜的表面光滑度要求不断提高。针对X射线使用的高长宽比矩形平面反射镜,发展了一种基于激光干涉平移剪切法的二维绝对检测方法,以单方向多次平移测量取代正交方向的平移测量,推导出多矩阵增广区域法重构算法,获得了高精度矩形平面镜的绝对面形。经过仿真模拟,在不考虑噪声时,得到的绝对面形与初始面形的残差均方根(RMS)为0.03 nm(~λ/20000);在考虑随机高斯噪声时,重点模拟分析了不同平移次数和平移距离下的面形恢复情况。对120 mm×40 mm的矩形平面镜进行了实验验证,测量恢复的绝对面形与三平板法得到的绝对面形RMS为1.07 nm(λ/591)。模拟和实验结果均表明:所提方法可有效地获得高精度矩形平面反射镜的二维绝对面形,且单方向平移也为发展基于绝对检测的多孔径拼接测量奠定了基础。
光学测量 矩形平面镜 绝对检测 单向多次平移法 区域法重构 optical measurement rectangular flat mirror absolute measurement unidirectional multi-shifted method zonal reconstruction 
激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312001
杨群 1,2凌琪涵 1魏勇 1宁强 1,2[ ... ]王洁 1,2
作者单位
摘要
1 西南大学资源环境学院, 重庆 400715
2 西南大学长江经济带农业绿色发展研究中心, 重庆 400715
柑橘是我国第一大类水果, 氮素对于柑橘的生长发育至关重要, 实时、 无损地监测柑橘氮素营养状况, 对于氮素养分精准管理具有重要意义。 植株体内的氮素可以分为营养性氮素、 结构性氮素和功能性氮素, 不同形态氮素各组分在柑橘叶片中的含量对叶片生理生化反应有一定的指示作用, 其中, 功能性氮含量是指示柑橘氮营养状况的重要指标。 以“春见”橘橙为试验材料, 分别于果实膨大期和转色期, 利用可见-近红外光谱仪测定不同施氮处理的柑橘叶片反射光谱, 并用化学分析方法测定其叶片功能性氮含量。 分析了柑橘果实膨大期和转色期叶片原始光谱和一阶微分光谱与叶片功能性氮含量的相关关系, 筛选出敏感波段, 利用全波段和敏感波段, 结合光谱植被指数法、 光谱化学计量法和机器学习方法, 构建了柑橘果实膨大期和转色期叶片功能性氮含量的无损监测模型, 并对比分析多种光谱变换和光谱预处理方法对于模型精度的影响。 结果表明, 在柑橘果实膨大期, 对全波段原始光谱进行标准正态化变换预处理, 结合反向传播神经网络构建的柑橘叶片功能性氮含量无损监测模型精度较高, 其建模集决定系数R2c和验证集决定系数R2v均为0.78, 建模集均方根误差RMSEC和验证集均方根误差RMSEV均为0.82 g·kg-1; 基于敏感波段原始光谱结合随机森林构建的模型精度也较高, 其R2c和RMSEC分别为0.84和0.67 g·kg-1, R2v和RMSEV分别为0.74和0.83 g·kg-1。 在柑橘果实转色期, 对全波段原始光谱进行标准正态化变换预处理, 结合BPNN构建的柑橘叶片功能性氮含量无损监测模型精度较高, 其R2c和RMSEC分别为0.77和1.04 g·kg-1, R2v和RMSEV分别为0.76和1.13 g·kg-1。 研究表明, 可以利用可见-近红外光谱技术, 实现对柑橘叶片功能性氮含量的无损监测。
柑橘 功能性氮 可见-近红外光谱 反向传播神经网络 随机森林 Citrus Functional nitrogen Visible-near infrared spectroscopy Back propagation neural network Random forest 
光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3396
申玲菲 1,2范婷威 2胡谷雨 2王杰 2,3[ ... ]周田华 2,*
作者单位
摘要
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
3 复旦大学 通信科学与工程系 电磁波信息科学教育部重点实验室,上海 200433
水下光通信系统在工作时需要及时获取与接收端的距离信息并进行高速通信。文章提出在水下蓝绿激光通信系统中加入单目测距功能,实现短距离视觉测距和长距离激光测距的水下光通信测距一体化研究。使用蒙特卡洛方法进行仿真,建立激光信号水下信道传输模型,模拟不同目标尺寸、不同距离和不同水质下的水下激光光斑图片,分析以上3种因素对水下单目测距精度的影响。考虑仿真图片光斑弥散和对比度降低对测距精度的影响,文章针对性地提出了一种对水下小尺寸光源目标、结合图像增强和Zernike矩亚像素点边缘检测的单目测距算法以提高单目测距算法的精度。通过实验室水池实验验证,文章所提算法精度达到了使用要求。
水下激光通信测距 蒙特卡洛方法 小尺寸目标 图像增强 亚像素点边缘检测 underwater laser communication and ranging Monte Carlo method small size target image enhancement subpixel edge detection 
光通信研究
2023, 49(4): 60
王杰 1,2范婷威 2申玲菲 2,3黄志伟 2[ ... ]周田华 2,*
作者单位
摘要
1 复旦大学 通信科学与工程系 电磁波信息科学教育部重点实验室,上海 200433
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光信息传输与探测技术重点实验室,上海 201800
3 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
针对全双工水下无线光通信(FD-UWOC)系统中存在的自干扰限制系统通信性能的问题,文章提出了一种双波长收发分离的方法。基于Monte Carlo数值仿真方法,在Jerlov I、Jerlov IB和Jerlov II 3种典型水质下,分析了自干扰对450 nm单波长、525 nm单波长和双波长FD-UWOC系统性能的影响情况。仿真结果表明,水质越差,自干扰越强,并且自干扰的增强会显著降低FD-UWOC的光信噪比(OSNR),进而限制了系统的最远传输距离;采用双波长收发分离方法的FD-UWOC系统相较于单波长FD-UWOC系统能带来约60 dB的OSNR提升,从而可以实现更远的传输距离,其中,在Jerlov II类水质下传输距离提升了80 m,并能在Jerlov I和Jerlov IB类水质下实现大于100 m的有效传输距离。这些结果在FD-UWOC系统设计中具有一定的参考意义。
全双工水下无线光通信 Monte Carlo方法 自干扰 后向散射 双波长 FD-UWOC Monte Carlo method self-interference backscattering dual-wavelength 
光通信研究
2023, 49(4): 28
作者单位
摘要
1 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
2 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
为了研究循环流化床(CFB)飞灰对泡沫混凝土性能的影响,选择两种不同的CFB飞灰以及普通粉煤灰(FA),通过测量泡沫混凝土的抗压强度、流动度、孔结构和吸水率,研究飞灰掺量和种类对泡沫混凝土性能的影响,并通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪对泡沫混凝土的微观形貌和物相组成进行表征。结果表明,CFB飞灰较高的硫钙含量和不规则的颗粒形貌会对泡沫混凝土的工作性造成不良影响。掺入低硫钙型CFB飞灰时,泡沫混凝土的强度随着CFB飞灰掺量增加而提高,50%(质量分数,下同)掺量时,7和28 d抗压强度均达到最大值,分别为130和225 MPa;掺入高硫钙型CFB飞灰时,泡沫混凝土的强度随着CFB飞灰掺量增加呈先增加后降低的趋势,7和28 d抗压强度分别在CFB飞灰掺量20%和10%时达到最大值,分别为1.42和2.00 MPa。CFB飞灰水化过程中生成的钙钒石和C-S-H凝胶能够填充孔隙,增加小孔占比,降低孔隙率,有利于泡沫混凝土抗压强度的提高和吸水率的降低。
泡沫混凝土 CFB飞灰 钙钒石 抗压强度 微观形貌 foam concrete CFB fly ash ettringite compressive strength micromorphology 
硅酸盐通报
2023, 42(7): 2447

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