1 陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021
2 西安交通大学 机械工程学院，西安 710049
3 西安交通大学 精密微纳制造技术全国重点实验室，西安 710054
针对商用低精度惯性测量单元具有高成本、制造工艺复杂、废弃后污染环境、不能生物降解等缺点，提出一种低成本、可生物降解的木制惯性测量单元。该设计包含平衡振子和非平衡振子单元，分别用于测量3轴加速度和3轴角加速度。采用激光诱导石墨烯的工艺在木梁上制备应变传感器阵列，并形成多组惠斯顿电桥测量电路。结果表明：加速度方面，X轴灵敏度为0.006 mV/g，Y轴灵敏度为8.695×10-4 mV/g，Z轴灵敏度为0.200 mV/g；角加速度方面，X轴灵敏度为0.285 mV/（rad/s2），绕Y轴旋转的灵敏度为0.305 mV/（rad/s2），绕Z轴旋转的灵敏度为0.765 mV/（rad/s2）。与有限单元法仿真结果对比，实验测量误差在10%以内，且具有良好的重复测量精度。该惯性测量单元在木制船舶、木制载具、木制家具等方面具有潜在的应用前景。
惯性测量单元 激光诱导石墨烯 陀螺仪 加速度计 木材 Inertial measurement unit Laser induced graphene Gyroscope Accelerometer Wood
浙江华云信息科技有限公司, 浙江杭州 310030
针对目前非侵入式负荷检测时存在检测精确度低的问题, 提出一种基于事件驱动-深度学习(EDDL)的负荷检测模型。通过零交叉检测电流数据, 基于事件驱动机制从大量数据中发现关键事件; 将包含关键事件的电流序列转换至图像空间, 并代入基于深度学习的负荷检测模型, 从而实现端对端的非侵入式负荷检测。实验结果表明, 与多分类支持向量机(MSVM)、前馈神经网络 (FNN)、卷积神经网络 (CNN)和长短时记忆网络 (LSTM)模型相比, 所提 EDDL模型综合性能更优, 检测准确率和精确度分别为 94.67%和 91.76%。仿真结果验证了所提模型可基于事件驱动机制挖掘电流数据, 并基于深度学习模型有效提取电流数据特征, 从而实现高精确度的非侵入式电力负荷检测。该模型对非侵入式电力负荷检测研究具有一定借鉴作用。
电力系统 非侵入式 负荷检测 深度学习 事件驱动 power system non-intrusive load detection deep learning event driven 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(11): 1381
1 西安理工大学, 西安 710048
2 西安电子科技大学, 西安 710071)
为抑制像素阵列在曝光阶段的暗电流对图像传感器动态范围和输出图像质量的影响, 基于同步自适应的暗电流跟踪机制, 提出一种电路与系统级暗电流积分补偿方法。通过采样输出有效光电信号, 在无源处理阶段同步进行暗电流消除。该方法不仅可以补偿不同区域暗电流对有效光电信号的影响, 而且可解决传统暗电流消除方法对读出电路动态范围会造成衰减的问题。基于该方法, 在55 nm CMOS工艺下设计了一种752×512阵列规模的CMOS图像传感器, 实现了完整的电路设计、版图设计与后端物理验证。结果显示, 采用集成暗电流补偿技术的采样放大电路对暗电流最小补偿精度可以达到12 bit, 补偿范围最大可以达到500 mV, 单列功耗仅有1584 μW, 同时可实现1~4倍的增益, 最小增益步进625%。实现了从模拟前端根除暗电流对CMOS图像传感器图像质量和动态范围的影响, 为高端、高性能的CMOS图像传感器设计提供了一定的理论支撑。
CMOS图像传感器 暗电流补偿 同步自适应 动态范围 可编程增益放大器 CMOS image sensor dark current compensation synchronous adaptive dynamic range programmable gain amplifier (PGA)
1 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室, 上海 201804
2 同济大学材料科学与工程学院, 上海 201804
基于生命周期评价方法研究了矿渣-硫铝酸盐水泥生产过程的环境影响, 采用敏感性分析方法探明了全球变暖潜值(global warming potential, GWP)及初级能源消耗(primary energy demand, PED)两种环境影响的主要来源, 并分析了矿渣-硫铝酸盐水泥相比硅酸盐水泥的碳减排效应。结果表明: 在矿渣-硫铝酸盐水泥的生产中, 熟料煅烧对GWP贡献最高, 原料开采对PED贡献最高; 敏感性分析显示石灰石用量与煅烧煤炭用量对GWP影响最大, 而煤炭与生产过程电力使用对PED影响最大; 与硅酸盐水泥相比, 矿渣-硫铝酸盐水泥的GWP显著降低, PED略微减少; 高矿渣掺量下矿渣-硫铝酸盐水泥力学性能的不足可能影响其应用前景。
硫铝酸盐水泥 生命周期评价 环境影响 碳减排效应 低碳水泥 矿渣 calcium sulfoaluminate cement life cycle assessment environmental impact CO2 mitigation effect low-carbon cement slag
1 浙江大学温州研究院,温州 325036
2 浙江大学材料与工程学院,杭州 310058
3 田东昊润新材料科技有限公司,百色 531500
活性白土是一种常见的无机吸附材料,由膨润土经过酸改性获得。本文采用硫酸作为改性剂,活化改性膨润土制备高吸附活性的活性白土。通过单因素试验确定了活化温度A、活化时间B、酸用量C、液固比D的取值范围,并采用Box-Behnken 响应曲面法设计优化白土制备工艺参数,以大豆油中β-胡萝卜素的吸附率为响应值,分析4种工艺参数对吸附率的影响规律,并预测了最佳的工艺条件。结果表明,建立的吸附率响应曲面模型可靠,可用于活性白土吸附能力优化。活化时间和酸用量对吸附率的影响最大,在所选液固比范围内,液固比对吸附率影响不明显。预测的最佳吸附能力制备条件为: 活化温度92.5 ℃、活化时间5.5 h、酸用量40%(质量分数)、液固比4∶1。该条件下活性白土对β-胡萝卜素的吸附率为97.71%。
膨润土 活性白土 响应曲面法 吸附 β-胡萝卜素 工艺优化 bentonite activated bentonite response surface methodology adsorption β-carotene process optimization
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Science and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
2 Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Technology and Application, Qingdao 266237, China
3 Key Laboratory of Laser & Infrared System (Shandong University), Ministry of Education, Qingdao 266237, China
4 Center for Optics Research and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
A high-energy 100-Hz optical parametric oscillator (OPO) based on a confocal unstable resonator with a Gaussian reflectivity mirror was demonstrated. A KTA-based OPO with a good beam quality was obtained when the magnification factor was 1.5, corresponding to the maximum signal (1.53 µm) energy of 56 mJ and idler (3.47 µm) energy of 20 mJ, respectively. The beam quality factors (M2) were measured to be M2x = 5.7, M2y = 5.9 for signal and M2x = 8.4, M2y = 8.1 for idler accordingly. The experimental results indicated that the beam quality positively changed with the increase of magnification factors, accompanied by an acceptable loss of pulse energy.
optical parametric oscillators confocal unstable resonator beam quality Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 051401
1 燕山大学电气工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 河北省测试计量技术及仪器重点实验室，河北 秦皇岛 066004
针对新型铁颗粒增强型氧化铝陶瓷涂层在激光熔覆原位制造过程中的热应力对涂层质量的严重影响，研究了激光诱导反应条件下钛合金表面原位制备单道复合涂层过程中的热力问题。采用代表体积元方法仿真计算该新型涂层的热力学参数。利用生死单元法与内部生热热源相结合的方法建立了激光诱导铝热反应热源模型，分析了不同工艺参数组合下涂层构件热应力分布规律。结果表明：热应力主要集中在涂层及其与基板的结合面处，涂层上沿熔覆方向的拉应力是导致涂层出现横向裂纹的主要原因。由于激光诱导铝热反应，涂层的裂纹以及残余应力随着激光功率和激光扫描速度的增加而增加。在激光功率600 W、扫描速度2 mm/s时，涂层裂纹最少；在扫描速度5 mm/s、激光功率300 W时，残余应力最小。
激光技术 激光熔覆 激光诱导铝热反应 复合涂层 数值模拟 热应力 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0931001
重庆医科大学 生物医学工程学院，超声医学工程国家重点实验室，重庆 400016
气介超声可在常温下去除水分，对干燥热敏性水果有突出优势。该文利用有限元仿真软件和实验研究了气介超声在干燥过程产生的微流现象，分析了气介超声对苹果片微观结构的影响，以及在干燥过程中超声功率对水果含水率的影响。结果表明，气介超声干燥后的苹果组织孔隙显著增大，这将有利于苹果内部的水分扩散，同时气介超声能更好地维持样品的微观结构，与未加超声作用的苹果片相比，气介超声处理后的苹果片含水率显著降低，且干燥速率能在短时间内得到迅速提升。上述结果对理解气介超声干燥机制有参考价值。
气介超声干燥 作用机制 自由水 微流现象 微观结构 airborne ultrasound drying action mechanism free water microflow phenomenon microstructure
1 南京大学固体微结构物理国家重点实验室, 南京 210093
2 南京大学现代工程与应用科学学院, 南京 210023
3 江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室, 南京 210023
为了实现Ⅲ-V器件在硅基平台上单片集成, 近年来Ⅲ-V半导体在硅衬底上的异质外延得到了广泛研究。由于Ⅲ-V半导体与Si之间大的晶格失配以及晶格结构不同, 在Si上生长的Ⅲ-V半导体中存在较多的失配位错及反相畴, 对器件性能造成严重影响。而Si(111)表面的双原子台阶可以避免Ⅲ-V异质外延过程中形成反相畴。本文利用分子束外延技术通过Al/AlAs作为中间层首次在Si(111)衬底上外延生长了GaAs(111)薄膜。通过一系列对比实验验证了Al/AlAs中间层的插入对GaAs薄膜质量的调控作用, 并在此基础上通过低温-高温两步法优化了GaAs的生长条件。结果表明Al/AlAs插层可以为GaAs外延生长提供模板, 并在一定程度上释放GaAs与Si之间的失配应力, 从而使GaAs薄膜的晶体质量得到提高。以上工作为Ⅲ-V半导体在硅上的生长提供了新思路。
分子束外延 Ⅲ-V族半导体 硅基砷化镓 异质外延 硅基集成 molecular beam epitaxy Ⅲ-V semiconductor GaAs on Si hetero-epitaxy Si based integration
