南昌航空大学 航空制造工程学院, 江西 南昌330063
压电振子的工作频带宽度是影响压电振动能量收集器发电效率的关键指标。该文旨在分析一种锯齿型阵列式压电振动能量收集器结构模态频率, 为压电振子的动力学设计提供参考。首先, 基于弹性梁振动理论, 推导了锯齿型压电梁的动力学方程, 并分析了影响压电梁模态频率的因素。然后, 通过COMSOL建立锯齿形压电梁的有限元模型, 分析了其频响特性、功率与负载阻抗匹配特性及加速度依赖性。最后, 通过实验研究测试了锯齿型压电梁的电压幅频特性曲线, 验证了理论分析与仿真模拟结果的合理性。结果表明, 锯齿型阵列式压电振动能量收集器能够有效地拓宽工作频带, 进而提高发电效率。
压电 能量收集 锯齿型 阵列式 宽频带 piezoelectric energy harvesting sawtooth array broadband
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
内部联通蜂窝状结构在组织工程、细胞培养、流体扩散、材料热扩散和表面科学等领域都具有十分重要的应用。采用两步刻蚀的方法，即各向异性与各向同性刻蚀相结合的方法，通过控制刻蚀参数（气体流量、释放周期、刻蚀功率、内部压强、硅材料刻蚀温度）在接近10 mm2面积上得到数量在2.2×105~9.5×105内，不同间距的硅材料内部联通蜂窝结构。电感耦合等离子体（ICP）使用的Bosch刻蚀法用于各向异性硅蚀刻，通过在氟碳等离子体下表面沉积聚合物，可以降低侧壁刻蚀效率，使结构具有垂直侧壁的高展弦比。在不施加保护气等离子体的条件下，ICP可以作为气体各向同性刻蚀设备，基于ICP的各向同性刻蚀能力相对于各向异性刻蚀具有硅刻蚀率高、可控性好、刻蚀选择性高等优点。该方法可以实现对硅基材料上的内联通蜂窝结构制备，能够精确地控制蜂窝结构的间距，均一性良好，并且可以快速大面积制备，具有步骤简单、制备周期短等优点。
各向同性刻蚀 蜂窝结构 内部联通 刻蚀速率 isotropic etching honeycomb structure interconnect etch rate 光学 精密工程
2023, 31(15): 2227
华东交通大学机电与车辆工程学院, 水果智能光电检测技术与装备国家地方联合工程研究中心, 江西 南昌 330013
毛桃从果树上成熟到最后到达消费者手中, 中间需要经过采摘、 包装、 运输等一系列过程, 在每一个过程中都有可能产生碰伤果。 因此查看哪一个过程产生的碰伤果最多, 从而对加工过程进行针对性地改进就显得尤为重要。 纵观国内外高光谱技术在检测水果碰伤方面的应用, 绝大多数都是忽略图像特征而只使用了光谱特征, 基于图像特征结合光谱特征建模的少之又少。 其次在水果碰伤时间定性判别方面, 多以天数为间隔, 时间间隔较大意味着水果碰伤时间越久, 其变化越明显, 检测准确率也就越高, 目前尚缺乏有效方法对于碰伤时间较短的水果进行碰伤时间分类。 以90个模拟表面碰伤的毛桃为实验样本, 分别采集毛桃碰伤12, 24, 36和48 h后的高光谱图像。 毛桃样品的光谱特征提取是采用感兴趣区域的100个像素点的平均光谱以防止单个像素点的光谱信息与整体光谱信息差距较大; 通过主成分分析(PCA)对毛桃图像进行降维后选取最能体现毛桃碰伤的PC1图像, 在 PC1图像的权重系数曲线中波峰波谷处挑选出4个特征波长点(512, 571, 693和853 nm)作为特征图像, 特征图像灰度化操作后计算得到平均灰度值作为毛桃碰伤图像特征。 最后基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)算法分别建立毛桃碰伤时间的光谱特征模型、 图像特征模型以及图像特征结合光谱特征模型共三种判别模型, 并且根据其分类准确率来判断模型的性能。 结果表明: 三种毛桃碰伤模型的分类准确率都随碰伤时间的增加而增加; 基于径向基核函数(RBF_kernel)建立的图像特征结合光谱特征的模型预测效果最好, 对碰伤12, 24, 36和48 h的毛桃样品识别正确率分别为83.33%, 96.67%, 100%和100%, 这可能是由于具有非线性特点的径向基核函数所建立的模型更加适合用于毛桃碰伤时间的分类。 图像特征结合光谱特征的模型能够较好地实现对水果碰伤时间的估计, 可为水果外部品质分选提供一定的参考和依据, 并对水果销售和深加工企业具有一定的借鉴意义。
高光谱成像 图像特征 光谱特征 最小二乘支持向量机 毛桃 碰伤时间 Hyperspectral imaging Image features Spectral features Least squares support vector machine Wild peach Bruising time 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2598
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
介绍了一种基于宽频光源和法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perot, FP)结构的CO2检测系统。该系统为主动光学系统, 结构简单、系统信噪比高。从差分吸收激光雷达原理出发, 阐述了该系统的基本工作原理, 使用HITRAN数据库模拟大气环境, 设计系统参数, 确定系统工作波段为1.57μm, 光源为L波段超辐射LED光源(Super LED, SLED), 能量波动值Rip为50dB, 输出功率为24.51mW, 接收端滤波器为光纤FP腔滤波器, 工作中心波长为1.55μm, 带宽为60nm, 通道间隔为50GHz, 设计系统探测误差为2×10-6。
CO2柱浓度 光纤FP腔 宽频光源 主动光学 CO2 column concentration fiber FP filter broadband light source SLED SLED active optics
华东交通大学 机电与车辆工程学院,南昌 330013
为了建立醇类汽油定性定量分析判别的通用模型,采用WQF-510A傅里叶变换红外光谱仪与OPUS光谱采集软件获得甲醇汽油、乙醇汽油的中红外光谱。利用主成分(PC)分析和偏最小二乘(PLS)判别法对醇类汽油样品进行定性判别；通过无信息变量消除进行波段筛选,并基于无信息变量消除-偏最小二乘（UVE-PLS）和无信息变量消除-最小二乘支持向量机（UVE-LSSVM）两种方法分别建立醇类汽油的通用模型后用数据进行评价检验。结果表明,利用PC和DPLS对醇类汽油样品定性判别准确率达到100%；基于UVE-LSSVM方法建立的通用模型效果最好,决定系数和预测集均方根误差分别为0.945和2.187。该研究表明醇类汽油定性定量分析判别通用模型是可行的,该模型可以作为醇类汽油醇含量检测的技术参考和理论依据。
光谱学 通用模型 中红外光谱 无信息变量消除 最小二乘支持向量机 醇类汽油 spectroscopy general model mid-infrared spectroscopy uninformation variable elimination least squares support vector machines alcoholic gasoline
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
介绍了由宽频光源和法布里-珀罗 (Fabry-Pérot, FP)谐振腔组成的CO2检测系统。结合常见的主动光学系统误差分析方法, 对系统的各个误差项进行了定量化分析。系统误差来源于光源能量波动、环形器串扰、FP腔谱线变动和探测器噪声四个方面。通过建模计算了各独立误差项对差分信号数值的影响, 确定了4项主要的系统误差。传统大气检测误差分析将硬件系统误差直接关联到浓度数据上, 本文误差分析方法把硬件误差和反演算法误差剥离, 对于提高系统的工作能力有更好的指导意义。
CO2检测 光纤FP滤波器 宽频光源 误差分析 主动光学 CO2 detection fiber Fabry-Pérot filter broadband light source error analysis active optics
1 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学物理系 中科院强耦合量子材料物理重点实验室, 安徽 合肥 230026
3 美国加州大学圣迭戈分校物理系, 美国 加州 拉荷亚 92093
铝酸镧/钛酸锶(LaALO3/SrTiO3)异质界面被发现具有二维导电性并呈现出其他一些有趣的呈展现象.而此前, LaAlO3/SrTiO3异质界面的导电性主要都是通过电学方法进行表征.这里作者首次提出利用散射式扫描近场光学显微镜 (s-SNOM) 对LaAlO3/SrTiO3界面的导电性进行空间成像, 这为研究过渡金属氧化物异质界面体系的物理现象提供了一个新的手段.
过渡金属氧化物异质界面 铝酸镧/钛酸锶 界面导电性 散射式扫描近场光学显微镜 transition metal oxide heterointerface LaAlO3/SrTiO3 interfacial conductivity s-SNOM
