张童 1刘东远 1,2高峰 1,2,*
作者单位
摘要
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室,天津 300072
生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学(NIRS)研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中,时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力,而且近年来该技术的性价比显著提高,获得了更多关注,但其针对分层组织的参数反演在准确性、稳定性和反演速度等方面尚存在一定的局限性。为此,本文提出了一种时域蒙特卡罗模型支持的Nelder-Mead单纯形算法,该算法利用双源探距下的时间分辨漫反射光信号,以循环迭代方式设置不同的基向量,经线性变换后无须求导便可启发式搜索目标函数的最优值,从而实现了高信效度的分层光学参数反演。模拟实验与仿体实验均表明:在组织光学参数反演方面,所提算法的精度优于传统算法,而且该算法具有良好的噪声鲁棒性和临床适应性,为生物组织光学参数的在体测量提供了新方法。
医用光学 吸收系数 约化散射系数 蒙特卡罗模拟 单纯形算法 时域测量 
中国激光
2024, 51(3): 0307203
作者单位
摘要
1 浙江大学光电信息科学与工程学院,浙江 杭州 310027
2 浙江省医疗器械审评中心,浙江 杭州 310009
3 之江实验室类人感知研究中心,浙江 杭州 311100
采用蒙特卡罗模拟技术对血管组织在可见光波段的多光谱成像进行建模仿真,通过分析不同血氧饱和度下血液后向散射功率的绝对值、相对值、绝对差值和对比度,并考虑可能的干扰因素,优选出适合内窥环境下使用的450 nm、525 nm、630 nm和660 nm 4个成像波段。基于4个优选的成像波段展开了血氧饱和度检测的实验验证。在血管仿体组织上的实验结果表明,在95%的置信水平下,血氧饱和度的检测偏差为1.24%。研究结果验证了利用四波段进行内窥组织血氧饱和度检测的可行性。
医用光学 多光谱成像 内窥镜 血氧饱和度 蒙特卡罗仿真 
光学学报
2024, 44(2): 0217001
戴洁燕 1,2冯爱虎 2,*米乐 2于洋 2[ ... ]于云 1,2,*
作者单位
摘要
1 1.上海师范大学 化学与材料科学学院, 上海 200234
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
3 3.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
在轨高真空环境下, 航天器所用非金属材料会释放出碳氢类、硅氧烷等有机分子污染物, 沉积在航天器光学系统等敏感表面, 影响航天器性能和使用寿命。沸石分子吸附涂层可以实时吸附空间污染物, 但对其吸附作用机制还缺乏深入研究。为深入分析空间污染物分子在沸石内部的吸附机制, 本工作采用巨正则蒙特卡洛方法模拟计算了NaY沸石对三种典型空间污染物(甲苯(C7H8)、邻苯二甲酸二甲酯(C10H10O4)和八甲基环四硅氧烷(C8H24O4Si4))的吸附行为(吸附等温线、吸附热曲线和粒子密度分布图)。模拟和实验数据的对比分析验证了计算模型和方法的合理性。在超高真空条件下, NaY沸石对空间污染物表现出较高的吸附量, 但其饱和吸附量随着分子尺寸的增加而降低(C7H8>C10H10O4>C8H24O4Si4), 其中八甲基环四硅氧烷分子的饱和吸附量仅为8个分子, 远低于甲苯的36个分子。污染物分子在沸石内部的密度分布图显示, 三种污染物均优先吸附于NaY沸石的“超笼”位点。本研究系统分析了NaY沸石对典型污染物的吸附机制, 为高吸附性能的沸石分子筛吸附涂层的研发提供了理论指导。
蒙特卡洛模拟 NaY沸石 吸附机理 空间污染物 Monte Carlo simulation NaY zeolites adsorption mechanism space contaminants 
无机材料学报
2023, 38(10): 1237
作者单位
摘要
1 中国建筑材料工业建设西安工程有限公司, 西安 710065
2 武汉理工大学 资源与环境工程学院, 武汉 430070
延期时间的优选对于矿山爆破振动的控制以及爆破技术经济效果的保障都至关重要。改进的线性叠加法可用于研究爆破振动质点峰值振速(PPV)与不同延期时间的关系。首先, 利用傅里叶级数来表示实测单孔爆破振动波形; 其次, 在傅立叶级数展开式的系数和相位中加入随机变量生成指定数量的单孔爆破振动波形; 再次, 利用蒙特卡洛模拟计算0 ms到250 ms之间每个延期时间对应的PPV均值, 得到PPV随延期时间变化曲线。实例分析结果表明: 若以距离爆源531 m处的民房为保护目标, 以0.45 cm/s为峰值质点振速控制标准, 7 ms以上的延期时间均可选择, 并且当延期时间增大, PPV呈减小趋势。结合矿山岩石破碎效果试验, 大块量随米延期时间增大呈先减小后增大的抛物线变化规律, 其最小值出现在米延期为7 ms/m处。若以爆破振动监测所在矿山的6 m孔距算, 其岩石破碎最优延期时间约为40 ms。综合爆破振动蒙特卡洛模拟结果和矿山岩石破碎效果试验结果, 得到该矿山爆破最优延期时间可选择为40 ms。
爆破振动 延期时间 改进的线性叠加 蒙特卡洛模拟 岩石破碎效果试验 blasting vibration delay time improved linear superposition Monte Carlo simulation rock fragmentation effect test 
爆破
2023, 40(3): 12
作者单位
摘要
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
在基于近红外光谱法的无创血糖测量领域, 受人体皮肤状态波动的影响, 血糖预测模型无法长时间使用, 极大地限制了该方法在临床上的应用。 皮肤血流灌注是与人体生理状态密切相关的参数, 直接影响着皮肤中水分的流动, 它还难以像温度、 压力那样借助外部手段进行控制。 在皮肤光谱的测量中, 血流灌注会通过水分的迁移间接影响真皮层的厚度, 并使得光谱产生较大变化。 借助蒙特卡洛模拟方法仿真了在1 000~1 700 nm波段真皮层厚度变化±30 μm时三层皮肤的漫反射光强、 光子穿透深度与平均光程, 研究了真皮层厚度变化后的光谱变化规律。 对两个光源-探测器距离下的衰减度进行差分, 用于消除真皮层厚度变化的影响, 对1 000~1 700 nm的波长均给出了适宜的差分测量距离。 发现1 200 nm波长附近, 当真皮层厚度变化时, 漫反射衰减度在每个测量距离下的变化都非常小, 因此是较适宜的测量波长。 而对于水的吸收峰1 450 nm附近的波长而言, 漫反射衰减度随着光源-探测器距离的增加而变大, 且在一定范围内急剧变化; 因此, 应避免选择这些光源-探测器距离。 对于常用的血糖测量波长1 200、 1 300及1 600 nm波长而言, 光源-探测器距离可选在小于0.1 cm或大于0.4 cm的范围, 此处漫反射衰减度变化随着光源-探测器距离变化较缓慢, 采用差分处理可较好地消除真皮层厚度变化对光谱的影响。 考虑到不同光源-探测器距离下对应的真皮层光子百分比不同, 可选择主要对应于真皮层的光源-探测器距离, 该工作采取80 %真皮光子百分比为界限。 综上, 综合现有仪器能达到的测量精度水平, 对于1 200、 1 300和1 600 nm波长, 可选择0.03~0.1 cm范围内的两个光源-探测器距离进行差分测量, 可以较好地抑制真皮层厚度变化的影响, 从而有效减小皮肤血流灌注变动的影响。
近红外漫反射光谱法 无创血糖测量 蒙特卡洛模拟 皮肤血流灌注 三层皮肤模型 真皮层厚度 差分测量 Near-infrared diffuse reflectance spectroscopy Non-invasive blood glucose measurement Monte Carlo simulation Cutaneous blood perfusion Three-layered skin model Dermal thickness Differential measurement 
光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2699
作者单位
摘要
江西省科学院 应用物理研究所, 江西 南昌 330012
针对空间滤波测速(SFV)中的速度解算算法和系统设计参数优化问题, 使用计算机仿真的方法研究了基于对数加权平均的速度解算新算法, 设计了计算机仿真计算实验, 得到线列图像传感器采集的特征目标的图像和速度解算精度。在运动物体的速度范围为0.1~100m/s内, 设计的SFV均可以解算出物体的运动速度, 解算速度相对误差的均值偏差为-0.250%, 相对误差的标准差为0.623%。使用Monte Carlo仿真的方法研究了基于对数加权平均的速度解算算法中功率阈值对速度测量精度的影响, 以物体运动速度100m/s为例, 解算得到的运动速度的误差由功率阈值为0dB时的1.065m/s降低至功率阈值为-5dB时的0.381m/s, 即相对误差由1.065%降低至0.381%。
空间滤波测速 速度解算算法 对数加权平均 Monte Carlo仿真 spatial filtering velocimeter speed retrieval algorithm weighted average of logarithm Monte Carlo simulation 
光学技术
2023, 49(5): 573
于华伟 1,2张倩文 1,2,*王哲 1,2罗琳 3[ ... ]韩春田 4
作者单位
摘要
1 (深层油气全国重点实验室(中国石油大学(华东)) 青岛 266580)
2 (中国石油大学(华东)地球科学与技术学院 青岛 266580)
3 (中国石油大学(华东) 档案馆 青岛 266580)
4 中石化经纬地质测控技术有限公司青岛 266075
随钻测井中准确计算仪器与井壁的间隙及井眼尺寸是进行井眼环境校正、提高测量精度的前提。为了研究间隙的精确计算方法,首先基于γ射线宽束衰减模型,针对随钻方位密度的测井响应推导了间隙尺寸的理论计算公式;随后将仪器的蒙特卡罗数值模拟结果与实验数据基准对比检测,并模拟研究间隙、泥浆密度、地层密度等因素对探测器响应的影响,得到精确的间隙计算公式;最后利用模拟和实测数据,验证了间隙计算方法的准确性。结果表明:模拟数据计算的间隙结果与理论值基本一致,实测数据处理的间隙与超声间隙吻合较好,且所计算井径也和电缆井径有良好的对应关系,即使在小间隙、超声间隙存在异常时仍能提供精准测量。密度间隙计算的适用范围为0~3.81 cm,可以与更大量程的超声测量相互补充,从而为随钻测井仪器的井眼校正提供关键参数。
随钻方位密度测井 宽束衰减 间隙 井径 蒙特卡罗模拟 Azimuthal density logging-while-drilling Broad-beam attenuation Standoff Caliper Monte Carlo simulation 
核技术
2023, 46(11): 110503
作者单位
摘要
1 西北师范大学物理与电子工程学院,甘肃 兰州 730070
2 中国科学院高能物理研究所核探测器与核电子学国家重点实验室,北京 100043
为了更精确方便地分析测量样品的放射性含量,本文提出了利用蒙特卡罗应用软件工具(Geant4)获取高纯度锗(HPGe)探测器的全能峰效率曲线,进行放射性样品测量中全能峰效率的模拟及修正。测量距离高纯锗探头25 cm处探测器对点源中不同特征能量γ射线的实验探测效率,与模拟探测效率进行对比,采用Geant4模拟方式研究了高纯锗晶体表面死层对探测器效率的影响。通过修正上、下死层厚度依次分段对模型探测效率进行校正,优化探测器蒙特卡罗几何模型参数。将优化模型的模拟计算效率与点源的实测效率进行比较,得到了高纯锗探测器在59.54~1406 keV范围内的全能峰效率曲线。实验结果表明,蒙特卡罗模拟结果与实验测量结果有很好的一致性,相对误差在5%之内,并证实高纯锗晶体表面死层厚度随探测器的老化而发生变化,在7年后死层厚度从0.5 mm增加到约为1.40 mm±0.05 mm。
探测器 放射性 高纯锗探测器 能量刻度 蒙特卡罗模拟 死层厚度 
激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2304001
作者单位
摘要
长春理工大学 物理学院,长春 130022
带有防离子反馈膜的微通道板是第三代微光像增强器件中的核心部件。文章阐述了防离子反馈膜的电子透过、离子阻止特性,利用Monte-Carlo模拟方法计算了氧化铍和三氧化二铝防离子反馈膜电子透过率和离子阻止率在不同条件下的变化曲线。模拟结果表明,氧化铍薄膜比三氧化二铝薄膜的电子透过特性好,而三氧化二铝薄膜比氧化铍薄膜的离子阻止本领好,证实了氧化铍作为防离子反馈膜的可行性。
防离子反馈膜 蒙特卡罗模拟 电子透过率 离子阻止率 ion barrier film Monte-Carlo simulation electron transmittance ratio ion blocking ratio 
半导体光电
2023, 44(3): 400
作者单位
摘要
同济大学 海洋地质国家重点实验室,上海 200092
非视距(NLOS)水下无线光通信(UWOC)主要利用空气—海水界面反射或海水中微粒对光的散射进行通信,可以有效地解决视距(LOS)UWOC的链路对准问题。文章总结了NLOS UWOC技术在信道模型、模拟仿真和实验研究方面的研究进展。目前,国内外学者主要探索了水质、波浪、湍流、调制技术和收发端配置等因素对NLOS UWOC链路性能的影响。很少有学者研究复杂的水动力和水质综合因素、光源的非线性、探测器的非线性、灵敏度以及噪声等对NLOS UWOC性能的影响以及有效解决方案。为此,未来需要展开更加深入的信道模型、仿真和实验研究,从而推动NLOS UWOC技术的发展。
水下无线光通信 非视距 信道模型 蒙特卡洛仿真 UWOC NLOS channel model Monte Carlo simulation 
光通信研究
2023, 49(4): 7

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