子午工程二期宽频地磁波监测仪研制

地球的磁层中存在各种波现象,其频率从mHz延伸到数千Hz.这些波的研究一直是空间物理学研究的核心问题.针对目前世界上地磁台站的波监测设备均为各自测量相对变化、缺乏统一标定、无法进行从高纬到低纬联合观测、无法进行多台设备观测数据的统一对比研究的现状,本文综合使用磁阻传感器(探测ULF频段:1 mHz~2 Hz)、巨磁感抗传感器(探测ELF频段:0.2 Hz~2 kHz)和线圈传感器(探测VLF频段:0.2 kHz~10 kHz)研制新一代的宽频地磁波监测仪,将这些监测仪放置在120°E子午链附近的黑龙江漠河站(高纬)、北京十三陵站(中纬)、海南乐东站(低纬)等典型区域的地磁台站上,并对各个台站的设备进行统一的时间、振幅和频率标定,结合FY-3E、SMILE等近地空间卫星数据,全面提升对地球磁层的各种波现象的探测能力.研制的宽频地磁波监测仪的性能测试实验表明,其具有对一定频率(1 mHz~10 kHz)的波的探测能力;其幅度探测范围为:±65000 nT(ULF频段)、±1000 nT(ELF频段)、±100 pT(VLF频段);在量程范围内又具有较低的非线性误差:ULF频段≤0.0446%、ELF频段≤0.51%、VLF频段≤1.18%;噪声水平也较低:RMS(方均根)噪声≤0.5554 nT(ULF频段)、NPS(功率谱)噪声≤0.028 nT/√Hz(ELF频段)、NPS(功率谱)噪声≤0.24 pT/√Hz(VLF频段).所有这些特点使得所提出的宽频地磁波监测仪能够满足子午工程二期的波探测需求.

基于深度学习的水域实例分割尾矿库干滩长度测量

提出了基于YOLOv8的水域实例分割方法,实现了在实时视频流下快速、高效、准确的尾矿库干滩长度测量。首先,完成一份高质量水域实例分割的COCO数据集;其次,分析主流深度学习实例分割算法,选用YOLOv8模型训练出高效识别水线并输出图像坐标;最后,标定相机内外参数,应用相机成像原理,在尾矿库尾部安装监控摄像头,预测出干滩长度。实验证明:此模型不仅能够准确预测出干滩长度,并且对不同尾矿库水域边界分割有较好的稳定性;对实时视频流模式下的野外非接触式测量具有较好的效果,误差控制在2%以内。

航天器复合材料桁架连接增强方法与验证

大型航天器主承载复合材料桁架局部承受过大的轴向拉伸载荷时,存在接头与杆件拉脱破坏的风险。基于胶接桁架碳纤维分层破坏机理,提出了外套管增强胶接、锥面配合增强胶接和组合增强胶接3种连接增强方案,通过优化传力路径达到降低层间应力的目的。针对3种连接增强方案,投产了相应的试件开展性能测试。经试验验证,胶接增强设计方法能够有效提高承载能力33%~66%,极限拉脱力达到200 kN,可为大型航天器主承载桁架研制提供参考。

行星际超低噪声三维能量粒子谱仪设计

太阳系能量粒子的起源和加速一直是空间物理学的重要前沿课题之一.在行星际空间中观测到的太阳系能量粒子主要分为两类:一类是持续存在的“太阳风能量粒子”,另一类是间歇性的“太阳能量粒子事件”.受限于以往行星际粒子探测器的灵敏度还不足够高,人类迄今仍未洞悉这些能量粒子起源和加速的物理过程与本质.本文设计了技术指标均为国际领先水平的行星际超低噪声三维能量粒子谱仪,采用双端望远镜结构(一端利用薄膜阻挡质子技术实现高灵敏电子探测,另一端利用磁场偏转电子技术实现高灵敏质子探测),结合多层、多像素半导体探测器阵列和覆盖近4π立体角的大视场设计,实现对行星际空间中20~1000 keV电子和25~12000 keV质子的三维分布进行高时间分辨率、高角度分辨率和高能量分辨率探测,用以揭示太阳系能量粒子起源和加速的机理,满足我国行星际探测和即将开展的深空探测的迫切需求.

乙醇汽油对汽车污染物排放影响研究进展

“双碳”背景下,替代燃料乙醇汽油的推广应用在汽车减污降碳和能源安全领域受到广泛关注.为研究乙醇汽油对汽车污染物和温室气体排放的影响,本研究基于大量文献数据,统计分析了乙醇汽油的使用对汽车尾气常规气态污染物、颗粒物(PM)、温室气体、挥发性有机物(VOCs)以及蒸发排放的影响,并综合评估其对二氧化碳(CO_(2))、PM和VOCs的减排效果,进一步针对典型区域分析乙醇汽油推广应用带来的环境效益.结果表明:①与传统汽油相比,乙醇汽油的使用可以降低尾气中总碳氢化合物(THC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、VOCs、PM及其数量的排放,其降幅分别为10.0%、22.0%、1.3%、17.7%、21.3%、14.9%,且减排率均随汽油中乙醇含量的升高而增高,但是有增加VOCs蒸发排放量的趋势.②乙醇汽油对尾气中温室气体的减排效果并不显著,但通过减少化石燃料的使用能在一定程度上减少机动车尾气中CO_(2)的排放.以2022年河南省轻型汽油车保有量为基准,评估了河南省全省推广乙醇汽油(E10汽油)后轻型汽油车CO_(2)、PM及VOCs的减排量,分别为9.1×10^(5)、92.4和1118.1 t/a.研究显示,乙醇汽油的推广使用具有一定的减污降碳协同效益,加强蒸发排放控制能够进一步降低使用乙醇汽油时的污染物排放.

基于机器学习的郑州市大气PM_(2.5)与O_(3)浓度预测方法及气象因子的影响分析

近年来,我国面临着细颗粒物(PM_(2.5))污染形势依然严峻以及臭氧(O_(3))污染日益凸显的双重压力.为进一步准确预测郑州市大气PM_(2.5)与O_(3)浓度并探明气象因子的影响,本研究使用2018−2022年郑州市大气污染物和气象因子逐时数据,结合统计学单因素分析和机器学习LightGBM模型多因素分析,建立了一种基于长时间序列数据的PM_(2.5)与O_(3)浓度预测及气象因子影响分析的综合分析方法.结果表明:①训练后的LightGBM模型能够较好地预测PM_(2.5)污染,准确率达80.8%;对O_(3)污染预测的准确率为52.5%.②郑州市大气PM_(2.5)浓度与气压呈正相关,与比湿和环境温度均呈负相关;大气O_(3)8 h滑动平均浓度(O_(3)-8 h浓度)与比湿和太阳辐射均呈正相关,与气压呈负相关.③有利的气象条件可能是2021年PM_(2.5)年均浓度得到显著改善的重要因素;同时,不利的气象条件也促使2021年和2022年6月O_(3)月评价值(O_(3)日最大8 h滑动平均90百分位浓度)有所上升.研究显示,这种基于长时间序列的综合分析方法适用于大气PM_(2.5)与O_(3)浓度的气象因子影响分析,也能有效预测PM_(2.5)与O_(3)的浓度.

中深层地热地埋管管群换热性能模拟和布置优化

在中深层地热地埋管(DBHE)供热技术应用中,主要使用多个地埋管构成管群为建筑供暖。为了研究中深层同轴地埋管管群换热性能,本文基于西安市西咸新区典型地质分布,构建了中深层同轴地埋管管群数值模型,研究了不同间距、不同分布下各地埋管换热器间热交互作用以及长期取热期水温衰减规律。结果表明,多井集群供暖过程中周围岩土所形成的“冷堆积”现象是导致地埋管集群供暖能力逐年下降的主要原因;当地埋管间距从5m增至25m,平均出口水温和取热功率分别提升3.86%和11.5%;在西咸新区典型地质条件分布下,地埋管间间距应保持在15m以上;本文提出的四种管群分布中,地埋管呈直线分布时各地埋管出口水温和取热功率衰减最小,其中心地埋管出口水温仅衰减5.74%。在工程设计中,中深层地埋管管群应尽可能直线排布,避免重叠排布。

粒子辐射探测器专用电荷灵敏前置放大器扩量程技术研究

专用集成前置放大器RENA3因噪声低而广泛用做粒子辐射探测器的前置放大器,但RENA3的最大输入电荷量限制了其量程。针对这一问题,提出一种通过在RENA3的输入端并联电容的方法来扩展量程,并对该扩量程技术方案进行理论分析、PSpice仿真分析和实验验证。实验结果与理论分析和数值模拟结果相吻合,由此验证了所提出方法的可行性。该方法可适用于其他专用集成前置放大器的量程扩展。

基于“微地形—植物”协同的三峡库区城市消落带修复设计与评估

微地形与植物的协同作用是自然河岸带生态系统维持结构稳定与生物多样性的重要机制。三峡库区蓄水后,其沿岸城市的原有河岸带转变为周期性淹没且水位落差极大的消落带,内部地形与植被破坏严重,生物多样性快速衰退,对库区城市的生态安全造成负面影响。选取重庆市开州区汉丰湖北岸的乌杨坝消落带,首次基于“微地形—植物”协同提出消落带生态系统修复设计技术框架,并对修复后的消落带微地形、植物群落和鸟类群落进行调查分析,评估修复设计的实际效果。结果表明:丰富的微地形类型及其组合有效促进了乌杨坝消落带的植物多样性恢复;二者耦合作用,在不同水位条件下维持了鸟类生境异质性,使鸟类多样性得到提升。因此,“微地形—植物”协同设计有助于维持三峡水库消落带生态系统的结构稳定性及生物多样性,有利于生态服务功能的保障及发挥。

虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制将同步电机的转动惯量和阻尼系数引入到逆变器的控制中,改善了系统频率响应特性,增强了微电网抗干扰的能力,但是牺牲了一定的动态调节性能。在此基础上,提出了一种VSG转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。建立VSG的数学模型,分析各参数对系统输出特性的影响;在VSG控制的基础上引入转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,并给出相应参数变化情况下的稳定性分析;通过MATLAB/Simulink仿真对比定参数VSG控制与转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略的控制效果,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

芍药汤对溃疡性结肠炎大鼠结肠组织病理变化及免疫功能的影响

目的观察芍药汤对溃疡性结肠炎(UC)大鼠结肠组织病理变化及免疫功能的影响,探究其对UC大鼠的免疫调节机制。方法采用TNBS诱导制作UC模型。实验大鼠随机分为正常组、模型组、美沙拉嗪组和芍药汤组,各给药组给予相应药物灌胃,连续7 d。观察大鼠一般状况、体质量、结肠组织大体形态、结肠黏膜损伤指数(CMDI)评分,HE染色观察结肠组织病理变化,ELISA检测血清白细胞介素(IL)-1β、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-4含量,免疫组化检测结肠组织IL-1β、TNF-α、IL-4蛋白表达。结果与正常组比较,模型组大鼠体质量显著降低(P<0.01),CMDI评分、血清和结肠组织IL-1β、TNF-α含量和蛋白表达显著升高(P<0.01),IL-4含量和蛋白表达显著降低(P<0.01);与模型组比较,芍药汤组和美沙拉嗪组大鼠体质量显著升高(P<0.05),结肠组织一般形态和病理变化显著改善,CMDI评分、血清和结肠组织IL-1β、TNF-α含量和蛋白表达显著降低(P<0.05,P<0.01),IL-4含量和蛋白表达显著升高(P<0.05,P<0.01)。结论芍药汤能有效改善UC模型大鼠结肠组织一般状况及病理变化,提高机体免疫功能,其机制可能与调节IL-1β、TNF-α及IL-4等细胞因子的含量和蛋白表达相关。

中性粒细胞与淋巴细胞比值对急性心肌梗死后院内心源性休克的预测价值

目的探讨中性粒细胞与淋巴细胞比值(NLR)对急性心肌梗死(AMI)后院内心源性休克(CS)的预测价值。方法回顾并分析2021年1月—2023年10月龙岩人民医院收治的100例AMI患者的临床资料;将梗死后出现院内CS的55例患者纳入休克组,未出现CS的45例患者纳入未休克组,根据休克指数(SI)将休克组患者分为轻度休克组(30例)和中重度休克组(25例)。采用全自动血细胞分析仪检测中性粒细胞计数(NEU)、淋巴细胞计数(LYM),并计算NLR,比较各组上述指标水平差异;绘制受试者工作特征曲线(ROC曲线)并计算ROC曲线下面积(AUC),考察NLR对AMI后院内CS的预测价值。结果休克组患者的NEU、NLR水平均显著高于未休克组,LYM水平显著低于未休克组〔NEU(×10^(9)/L):10.35±3.13比5.23±2.11;NLR:8.84±6.07比4.04±3.43;LYM(×10^(9)/L):1.45±0.52比1.86±0.75;均P<0.05〕;中重度休克组的NLR水平显著高于轻度休克组(12.16±7.49比6.08±2.18,P<0.05)。ROC曲线分析结果显示,NLR预测AMI后院内CS的AUC为0.848,截断值为6.055,敏感度为74.54%,特异度为86.67%,准确度为80.00%。结论NLR对AMI后院内CS的预测有一定的参考价值。

惠斯通电桥式磁阻传感器的零位温度漂移研究

基于惠斯通电桥式磁阻传感器4个电阻元件存在温度差异的事实,提出一个惠斯通电桥式磁阻传感器零位温度漂移的简明准线性模型。在MATLAB环境下,准线性模型的仿真结果与实验结果吻合,验证了准线性模型的有效性,为解释惠斯通电桥型磁阻传感器零位温度漂移的原因提供了清晰的思路,此模型也可应用于其他具有惠斯通电桥结构的传感器。

对称电压暂降情况下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制思想是通过模拟传统的同步发电机的输出特性来提升分布式电源(Distributed Generation,DG)对电网的友好性。但是,传统的VSG不具备在电网故障情况下抑制故障电流的能力,同时也无法提供无功支撑。文中针对该问题,建立VSG模型,分析电网电压对称暂降过程中的VSG的行为。提出了一种适用于电压暂降故障的含有无功补偿功能的VSG控制策略,能够保证故障期间VSG输出不过流,故障瞬间和故障清除瞬间无暂态电流冲击并输出最大无功功率。并给出了限流控制方法的原理分析和具体参数整定原则。最后通过仿真验证了所提的控制策略的正确性和可行性。

屏蔽材料对木星轨道卫星内部介质充电效应的影响研究

在木星轨道的空间辐射环境中,占主导地位的粒子是能量大于1 MeV(甚至高于100 MeV)的高能电子,这可能会产生卫星内部介质充电效应。在卫星的防辐射设计中,通常需要一定厚度的材料来屏蔽这些电子,使得进入卫星内部的电子通量达到安全的水平。利用所建立的GEANT4-RIC(radiation induced conductivity)方法,研究了运行于木星轨道的卫星对高能电子的最佳屏蔽材料设计。研究了铝、钛、铁、铜、钽和铅作为卫星屏蔽材料的可能性。研究结果表明,在木星探测任务中,为了减轻卫星内部介质充电效应,高原子序数材料比低原子序数材料在相同质量下提供的屏蔽效果更好。因此,用钛、铁、铜、钽或铅代替地球轨道卫星上常用的屏蔽材料铝,可以节省屏蔽质量。

YSZ–Ti3SiC2热障涂层及其高温自愈合机制

采用Ti3SiC2作为新型自愈合剂,利用大气等离子喷涂将混合均匀的YSZ-Ti3SiC2粉体制备成厚涂层。为观测高温下涂层氧化及裂纹的自愈合行为,通过外加载荷的方式在涂层表面预制裂纹,并将样品置于1050℃空气气氛中进行等温热处理。通过分析涂层制备、热处理前后的物相和形貌演变发现:涂层中的部分Ti3SiC2在喷涂后分解为TiC与SiO2,热处理后涂层表面形成外层为TiO2,内层为TiO2和SiO2混合物的双层结构。在自愈合过程中,裂纹内的愈合剂氧化生成SiO2与TiO2,随着扩散控制的氧化反应不断进行,氧化物逐渐积累并填补裂纹。此外,在SiO2与TiO2生成的同时引起的体积膨胀使裂纹周围产生一定的压应力,强化了愈合效果,最终完全愈合裂纹。

聚氨酯树脂材料在环境友好型皮革生产中的应用研究

聚氨酯树脂材料在环境友好型皮革生产中的应用进行了深入研究。针对传统皮革生产中存在的环境问题,如污染物排放、资源消耗和废弃物处理进行了分析。接着探讨了聚氨酯树脂的基本性质和特点,如其结构、物理和化学特性,以及对环境的影响。对聚氨酯在皮革生产中的具体应用、与其他合成皮革的比较以及其在环境友好型皮革领域的创新进行了详细阐述。研究表明,聚氨酯树脂为皮革产业带来了独特的性能和环境价值,展示了其广阔的发展前景。

木星轨道卫星深层介质充电电势仿真研究

采用GEANT4-RIC方法,对处于木星轨道的星用电路板FR4(环氧玻璃布层压板)介质和电缆PTFE(聚四氟乙烯)介质的充电过程进行模拟研究,计算不同接地状态、不同介质厚度和不同屏蔽层厚度条件下,介质内部的充电电势。研究结果表明,介质充电电势与介质接地方式密切相关,双面接地可以大大降低介质的充电电势;使用薄介质以及增加屏蔽层厚度也是降低介质内部充电电势的有效方法。

用于空间科学研究的基于磁阻传感器的矢量磁强计

提出一种用于空间科学研究的基于低资源消耗各项异性磁阻传感器的矢量磁强计。该矢量磁强计的探测范围为±65000 nT,–3 dB带宽为DC~10 Hz的磁场波,噪声功率谱密度≤0.2 nT/Hz^(1/2)@1 Hz,非线性误差≤3.6‱,非正交性误差≤1.2‱。该磁强计搭载运行于太阳同步轨道的风云三号气象卫星(FY-3E),在轨初步探测结果表明,该磁强计具备探测空间磁场扰动(例如极光椭圆区的场向电流(20~60 nT))的能力。

Apelin/APJ系统在肢体缺血再灌注所致肺损伤中的保护作用

目的探讨Apelin/APJ系统在肢体缺血再灌注(LIR)所致肺损伤中的保护作用及其可能机制。方法将24只成年SD大鼠按照随机数字表法分为假手术组(CON组)、肢体缺血再灌注组(IR组)、Apelin处理组(APL组)、Apelin+APJ拮抗剂组(APLF组),每组6只。除CON组外,其余各组大鼠采用腹主动脉夹闭3 h再灌注3 h制备LIR模型。CON组分离但不夹闭腹主动脉;IR组缺血及再灌注前分别给予0.9%氯化钠注射液0.75 ml/kg;APL组缺血前给予0.75 ml/kg 0.9%氯化钠注射液,再灌注前给予150μg/kg[Pyr1]-Apelin-13;APLF组缺血前给予150μg/kg APJ拮抗剂F13A,再灌注前给予150μg/kg[Pyr1]-Apelin-13。分别于平衡末及再灌注期末进行血气分析,实验终点取动脉血标本和肺组织,检测血浆炎症指标IL-6、TNF-α及氧化应激指标丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD);检测肺组织炎症指标髓过氧化物酶(MPO)及氧化应激指标(MDA、SOD);计算各组肺组织湿干重比(W/D);采用HE染色法观察肺组织病理结果;采用Western blot法检测肺组织解偶联蛋白2(UCP2)蛋白表达及RT-PCR法检测UCP2 mRNA表达。结果和IR组和APLF组比较,APL组pH值及PaO2值显著升高(均P<0.05),PaCO2值显著降低(P<0.01),肺组织W/D显著降低(均P<0.05),肺泡结构显著改善,血浆IL-6、TNF-α、MDA均显著降低,SOD显著升高(均P<0.01),肺组织MDA、MPO显著降低,SOD显著升高(均P<0.05),同时肺组织UCP2蛋白及mRNA表达显著升高(P<0.05)。结论Apelin/APJ系统可减轻大鼠LIR引起的肺损伤,其机制可能与减轻炎症反应和氧化应激相关,通过上调线粒体UCP2蛋白发挥作用。