强激光与粒子束
2024, 36(2): 025001
1 河南轻工职业学院,河南 郑州 450000
2 机械工业第六设计研究院有限公司,河南 郑州 450000
3 青海民族大学土木与交通学院,青海 西宁 810007
工业桥式起重机的有线通信方式会增加人工成本,后期维护相对困难,为此提出一种基于PLC的激光无线通信系统设计方案。系统硬件部分由激光传感信息获取层、信息传输层以及信息融合输出层构成,激光传感器获取数据信息,经ZigBee通信技术完成传输,在信息融合模块内实现数据融合;系统软件部分由PLC模块、激光传感器路由节点模块和信息融合模块构成。PLC模块接收外部信号,确定信号状态信息;路由节点模块记载传感器数据的地址信息;凭借BP神经网络算法去除冗余数据,压缩数据量,使传感器信息得到理想的融合结果。通过对系统性能测试,结果表明,所提系统通信误码率较低,通信延迟和通信开销较小,可以实现高效、快速的激光通信传输。
可编程逻辑控制器 工业桥式起重机 激光通信系统 信息融合 BP神经网络算法 programmable logic controller industrial bridge crane laser communication system information fusion BP neural network algorithm
强激光与粒子束
2023, 35(3): 035001
1 中国人民解放军空军勤务学院 机场勤务保障系,徐州 221000
2 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,徐州 221116
为研究多因素影响下大跨度地下硐室的抗爆稳定性,以模型试验为基础,利用FLAC3D软件进行模拟,并改变爆炸强度、爆源位置、硐室跨度等参数,获得了不同条件下硐室围岩及衬砌结构应力、位移以及塑性区的变化规律。研究表明:爆炸施加之后,应力波自爆心呈球面向四周传播,传播过程中强度快速衰减,传播到地表和硐室自由面处发生反射,反射拉伸波使附近围岩受拉屈服,产生“层裂”现象,硐室两侧出现“八字形”裂纹;爆炸强度增加后,测点应力值及拱顶变形量增加,硐室上方的受拉区域及塑性区变大,甚至会连成一片,此时硐室可能会塌落;硐室跨度增加后,各测点应力值变化较小,拱顶变形量显著增加,抗爆性能变差;相同的爆炸强度下,顶爆作用的破坏效应最严重,爆源越偏离硐室,测点应力值、硐室变形及塑性区越小。增加硐室埋深、进行地表伪装可减轻爆炸破坏效应,加大衬砌结构强度、对拱顶拱脚进行锚固可增强硐室稳定性。该研究可为地下工程的设计和防护提供一定的借鉴。
大跨度地下硐室 爆炸荷载 稳定性 动力响应 数值模拟 large-span chamber explosion load stability dynamic response numerical simulation
强激光与粒子束
2022, 34(8): 085002
1 湖南工学院材料与化学工程学院, 湖南 衡阳 421002
2 重庆大学材料科学与工程学院, 重庆 400045
尖晶石钛酸锂(Li4Ti5O12)作为锂离子电池负极材料在充放电过程中电压高, 体积变化可以忽略,具有极好的循环寿命、 热稳定性和安全性, Li4Ti5O12中金属杂质元素的迁移以及沉积都是已知的有害降解效应,尤其是磁性金属杂质元素的存在会导致材料的自放电, 同时可能造成电池内部的微短路, 进而影响电池的安全性能和循环寿命。该研究提出了采用微波等离子体原子发射光谱(MP-AES)测定Li4Ti5O12中金属杂质元素的新方法。采用王水溶液为消解试剂对Li4Ti5O12样品进行微波消解, 样品溶液无需过滤, 直接采用MP-AES测定其中的金属杂质元素Mn, Na, Pb, Ni, Cr, Zn, K, Fe, Al, Mg, Cu, Ca, Co和Cd。选择波长Mn 403.076 nm, Na 589.592 nm, Pb 405.781 nm, Ni 352.454 nm, Cr 425.433 nm, Zn 213.857 nm, K 766.491 nm, Fe 371.993 nm, Al 396.152 nm, Mg 285.213 nm, Cu 324.754 nm, Ca 393.366 nm, Co 340.512 nm和Cd 228.802 nm为分析谱线, 结合快速线性干扰校正(FLIC)技术, 不仅校正了谱线重叠干扰, 而且还校正了所有分析元素的背景干扰。加入CsNO3为电离抑制剂, 校正了易电离Li基质产生的电离干扰。 选择Y为内标元素, 校正了分析信号强度的不稳定和基体效应。方法的检出限(MDL)为0.03~0.77 μg·g-1, 线性相关系数≥0.999 3, 加标回收率为96.4%~103%, 相对标准偏差(RSD)≤3.89%, 采用所建立的分析方法对实际样品进行分析, 并与国标法(GB/T 30836—2014)进行对比分析, 经t检验法统计分析表明, 在95%的置信度水平, 除元素Zn以外, 其余元素的测定结果与国标法无显著性差异, 进一步验证了方法的准确性好。 使用氮气为等离子体气体的MP-AES与使用氩气为等离子体气体的电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)相比较, 可以显著降低运行成本,与使用可燃气体和氧化性气体的原子吸收光谱(AAS)相比较, 安全性更高,稳定性更好。该方法操作简单、分析成本低、准确性高、精密度好, 为Li4Ti5O12中多种金属杂质元素的高通量测定提供了新方法。
微波等离子体原子发射光谱 金属杂质元素 快速线性干扰校正 MP-AES Li4Ti5O12 Metal impurity elements FLIC (Fast linear interference correction) Li4Ti5O12 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3021
1 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津 300387
2 天津市光电检测与系统重点实验室, 天津 300387
3 天津三安光电有限公司, 天津 300384
通过有限元分析, 利用COMSOL软件模拟计算了Nano-LED 半极性面InGaN/GaN单量子阱距离边缘不同位置的应变和压电极化分布, 并结合模拟得到的量子阱极化电场, 采用Silvaco软件计算得到了Nano-LED InGaN/GaN单量子阱距离边缘不同位置的发光光谱。应变和压电极化分布结果表明, 其在距离半极性面量子阱边缘100 nm的范围内变化明显。然而, 在半极性面内部, 应力释放现象消失, 压电极化电场变强, 量子限制Stark效应导致InGaN/GaN单量子阱发光强度降低。发光光谱分析表明, 60 mA工作电流下, Nano-LEDInGaN/GaN半极性面量子阱边缘位置的光谱峰值最大蓝移达21 nm, 其原因在于边缘的应力释放作用。Nano-LED非极性面和半极性面的整体光谱分析表明, 在固定Nano-LED高度条件下, Nano-LED的直径越大, 半极性面占比越高, 器件整体发光光谱的双峰值现象越明显, 这将为多波长Nano-LED器件的设计提供借鉴。
量子阱应变 极化效应 有限元分析 Nano-LED Nano-LED quantum well strain polarization finite element
1 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津 300387
2 天津工业大学 天津市光电检测与系统重点实验室, 天津 300387
3 飞利浦(中国)投资有限公司, 天津 300010
4 天津三安光电有限公司, 天津 300384
多芯片LED光源的可靠性分析涉及到光、电、热多个物理场, 高精度的多场分析结果会导致计算资源过多、计算时间过长、计算难度大等问题。为解决上述问题, 本文分别利用传统的有限元算法(FEM)和高效的人工神经网络方法(ANN)进行LED光源温度分析, 并讨论两种方法的优劣性。最后, 通过将FEM分析单一传热物理场的优势与ANN计算时间短、计算资源需求低的优势相结合, 归纳出一种更为高效的方法来进行多芯片LED光源的散热分析。利用该方法, ANN的预测数据与训练数据之间的相关系数达到了0.997 79, 预测结果与实际热分布图有良好的匹配, 计算资源相比传统的FEM方法节约了59%。该方法的应用能够在满足精度的前提下耗费更少的计算资源和时间, 同时提高了分析的灵活性。除此之外, 该方法对求解大功率LED光源寿命等可靠性问题也具有一定的参考价值。
多芯片LED光源 多场耦合 散热分析 有限元算法 人工神经网络 multi-chip LED light source multiphysics field coupling thermal analysis finite element method artificial neural network
为推进量子通讯平台的自动化,对量子密钥分发(QKD)层的软件部分进行了设计研究。 基于实验操作,通过编写对初学者友好的可视界面将实验流程封装起来,降低了对使用者编程水平的要求。 平台中的实验光路控制主要分为MFC, Labview及FPGA三部分。三者协同合作实现了集控制、扫描、判断于 一身的相位自扫描。基于所设计光路及软件搭建了量子通讯过程自动化操作平台,并实验证明了扫描的稳定性。
量子通信 量子密钥分发 光路控制 软件控制 quantum communication quantum key distribution optical path control software control
湖南工学院材料与化学工程学院, 湖南 衡阳 421002
研究应用电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)技术建立准确测定野生藜蒿中12个微量元素的分析方法。 采用MS/MS模式, 以O2为反应气, 元素As和Se与O2发生质量转移反应生成AsO和SeO, 通过测定AsO和SeO消除质谱干扰; 以NH3/He为反应气, 元素Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn与NH3/He发生质量转移反应形成团簇离子, 通过测定团簇离子消除质谱干扰。 元素Cd, Hg和Pb采用标准模式进行测定。 12个待测元素的校准曲线在0~200 μg·L-1范围内具有良好的线性关系, 各元素的检出限为0.64~49.61 ng·L-1。 通过测定国家标准物质芹菜(GBW10048), 采用t检验法进行差异性检验表明, 测定值与标准值之间无显著性差异, 验证了方法的准确可靠性。 各元素的加标回收率在92.0%~106.1%之间, 相对标准偏差(RSD)为1.6%~4.9%。 分析了来自国内不同地区的4个野生藜蒿样品, 结果显示, 不同来源样品中12个元素的含量各有差异, Mn, Fe, Zn的含量远高于其余九种元素, 毒理性元素As, Cd, Hg和Pb的含量处于极低水平。 方法能准确测定野生藜蒿中的多种微量元素, 为野生藜蒿的食用营养和安全提供科学的理论依据。
藜蒿 电感耦合等离子体串联质谱 微量元素 质谱干扰 Artemisia selengensis Inductively coupled plasma tandem mass spectrometr Trace elements Mass spectral interference 光谱学与光谱分析
2018, 38(12): 3923