侧边扫入式油茶果采摘装置设计与试验

丘陵山区油茶林未经修剪,机械采摘时采摘头不易从正前方进入油茶果枝,为此,设计一种侧边扫入式油茶果采摘装置。介绍侧边扫入式油茶果采摘装置的工作原理,建立侧边扫入采摘头与油茶果枝作用模型,仿真分析不同侧边扫入角度和极限位置情况下油茶果枝受采摘头作用的应力,结果表明,油茶枝条横截面上的正应力与切应力随着侧边扫入角度的增大而增大。以油茶果采摘率和花苞损伤率为指标,以侧边扫入深度、侧边扫入角度和上、下分层胶辊间隙为因素,采用Box-Behnken试验设计方法,进行三因素三水平二次旋转正交组合试验,得到最优参数组合为侧边扫入深度440 mm、胶辊间距15 mm和侧边扫入角度0°。在此工况下进行验证试验,得到油茶果采摘率为92.96%,花苞损伤率为6.36%。

侧边抛磨光纤抛磨表面粗糙程度分析

为探索利用侧边抛磨光纤(SPF)实现微探针型的“光纤上的实验室”,利用灰度共生矩阵(GLCM)纹理特征分析方法分析SPF抛磨表面粗糙程度;基于基尼系数和袋外样本(OOB)误差估计的随机森林(RF)特征重要性排序方法优选纹理特征子集,实现在SPF抛磨表面上精确识别不同粗糙程度的抛磨区域。实验表明,SPF抛磨表面平坦区域具有对比度均值、熵均值高,二阶矩均值、均匀性均值以及相关性均值低的纹理特征特点;基于纹理特征重要性排序方法,衡量了GLCM纹理特征各参数对SPF抛磨表面不同粗糙程度分类识别敏感的强弱,优选出由方差、二阶矩、熵、对比度构成的特征子集,结果表明,利用优选特征子集对SPF抛磨表面粗糙度进行RF分类验证实验,分类精度可达到95.65%。可为探索SPF传感器件中粗糙抛磨表面与环境材料的光耦合机制对传感器灵敏度的影响提供依据,为探索在SPF抛磨面上精确识别高传感灵敏度区域提供参考。

零侧边界通量方案在CMA-MESO模式中的应用

在全球或区域数值模式中实现水汽等水物质的守恒或收支平衡计算十分重要,缺乏质量守恒可能会导致虚假的水汽运动和过量的局部降水。目前我国的CMA-MESO模式中使用的平流方案是PRM(Piecewise Rational Method)方案,尽管该方案有较高的精度和正定保形性以及能够在全球模式中做到守恒,但是在有限区域模式中由于侧边界的处理难以做到在有限区域模式中的守恒或收支平衡。为了解决模式平流方案在有限区域模式中的守恒问题,研究了一种新的简单且可忽略计算成本的有限区域模式半拉格朗日方案质量守恒的零侧边界通量方案(Zero Lateral Flux,ZLF)将其应用在CMA-MESO模式中。研究先通过理想试验结果表明ZLF方案具有良好的守恒性和保形性,能够更好保持物理量场的分布和强间断物理量场的守恒。然后将该方案加入CMA-MESO模式中,通过实际个例预报试验和连续预报试验结果表明ZLF方案能够抑制高估的降水,减少虚假降水预报,显著改善降水落区预报。对于极端暴雨而言,ZLF方案对于降水量级和降水落区预报改善效果都非常显著。ZLF方案有效改进了CMA-MESO模式的水物质不守恒问题,提高了模式的降水预报效果。

侧边正弦形调磁极片磁力齿轮的齿槽转矩分析

为了减小磁力齿轮的齿槽转矩,削弱工作时的转矩波动,使磁力齿轮拥有更高的传动效率,应用于更多场合。在分析了磁力齿轮齿槽转矩的形成过程及波形变化趋势提出了一种侧边正弦形调磁极片结构。首先,对侧边正弦调磁极片中能影响齿槽转矩大小的结构参数进行设定;其次,模拟分析设定的调磁极片结构参数对齿槽转矩大小影响的具体趋势,得出调磁极片开槽率、调磁极片径向厚度和正弦曲线幅值对磁力齿轮齿槽转矩大小影响的曲线图,并将传统的扇形与侧边正弦形调磁极片进行对比。根据仿真模拟得到的最佳参数制作了样机,并通过实验验证了在一定输入转速和负载下,磁力齿轮应用侧边正弦形调磁极片相对于扇形调磁极片的输入转矩波动减小了14.67%,输出转矩波动减小了4.80%。实验结果表明,侧边正弦形调磁极片可有效减小齿槽转矩,削弱转矩波动,提高了磁力齿轮的传动效率和使用寿命。

一类二维有界域上稳态热传导方程侧边值问题的计算方法

为了由二维区域部分边界地温观测数据推算区域内部地温场,建立一类具有非齐次边界条件稳态热传导方程侧边值问题的数学模型并进行数值求解。该数学模型是一类典型的不适定问题。利用齐次化原理,将问题中的非齐次边界条件齐次化。通过分离变量法将非齐次方程转化成第一类Fredholm积分方程。利用正则化方法求解不适定积分方程,得到未知边界条件,进一步求得泊松方程侧边值问题的数值解。依据所提出的数值方法,设计了三个数值算例,可由矩形域三条边界上的温度数据及其中一条边上的地温梯度数据,计算矩形区域上的地温场。本成果对地热资源勘探开发和岩石圈热结构研究中地温场的数值模拟具有参考意义。

分数次热方程侧边值问题的迭代分数次Tikhonov方法

考虑四分之一平面内的分数次热方程的侧边值问题,这是一类严重不适定问题.首先给出了该问题的解,然后采用迭代的分数次Tikhonov正则化方法给出了其迭代正则解,最后在先验和后验的正则化参数选取规则下,给出了精确解和正则解之间的误差估计.

侧边抛磨光纤的光传输特性研究

基于有限差分光束传播法,对侧边抛磨光纤的光传输特性进行了模拟计算。给出了应用自行研制的侧边光纤抛磨机的侧边抛磨光纤的制作方法,并研究了几个影响侧边抛磨光纤光传输特性的参量。实验表明,侧边抛磨光纤的抛磨面与纤芯的剩余厚度d越小,光功率衰减越大,对涂敷材料的折射率变化的灵敏度越大。在抛磨区域浸在折射率约为1.495的折射率液体的情况下,当d<5μm时衰减明显增大。抛磨区长度越长,光功率衰减越大;抛磨表面越粗糙,光功率衰减也越大。

侧边抛磨光纤中传输光功率变化的实验研究

针对轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤,研究了在侧边抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤传输光功率随覆盖材料折射率变化的特性.研究表明,侧边抛磨光纤中传输光功率会随抛磨区覆盖材料折射率的变化而改变.当覆盖材料的折射率小于1.4378时,光功率损耗近似为零;而当覆盖材料的折射率逐渐增大接近1.4521时,光功率损耗迅速增大至最大值.当覆盖材料的折射率由1.4532逐渐增大时,光功率损耗由最大值逐渐减小,最终维持在某个确定的值.侧边抛磨光纤并不是抛磨深度越深,损耗就越大.侧边抛磨光纤中传输的光功率存在波长相关损耗(WDL).实验结果与理论结论符合较好.

侧边抛磨区材料折射率对光纤光栅波长的影响

针对轮式光纤侧边抛磨法,研究了在侧边抛磨光纤光栅抛磨区覆盖不同折射率的材料时,侧边抛磨光纤光栅Bragg波长随外界折射率的改变而变化的特性.理论计算与实验结果都表明,侧边抛磨光纤光栅Bragg波长会随抛磨区覆盖材料折射率的增大向长波长方向偏移;侧边抛磨面离光栅区纤芯表面越近,覆盖材料折射率对波长偏移的影响越大.实验指出,当侧边抛磨区覆盖材料的折射率从1.3897变到1.4479时,Bragg波长将会发生1.402nm的偏移.用轮式光纤侧边抛磨法制备的侧边抛磨光纤光栅可应用于光纤光栅的波长调谐或传感器.

基于侧边抛磨光纤倏逝场的折射率传感特性

为了优化基于侧边抛磨光纤器件的性能,采用在线抛磨和测量的方法,实验研究了抛磨区长度和抛磨区剩余包层厚度对侧边抛磨光纤折射率传感特性的影响.研究发现,侧边抛磨光纤对材料折射率的传感特性依据灵敏度可以分为三个区域:1)折射率在1.300～1.450范围内,传感特性的灵敏度很低,但线性度很好;2)折射率在1.450～1.500范围内,具有灵敏的传感特性,但在这个范围内线性度较差;3)折射率液大于1.500以后,可以同时获得较好的灵敏度、线性度和稳定性.比较抛磨区长度分别为10mm和20mm的侧边抛磨光纤,20mm的抛磨区长度不会提高传感的灵敏度,却会增加器件的不稳定性.抛磨光纤剩余包层厚度对传感灵敏度和功率损耗有重要影响,可依据器件实际需要选择合适的剩余包层厚度.

侧边抛磨SMS光纤传感器

采用轮式侧边抛磨技术对单模多模单模光纤结构的多模光纤部分进行侧边抛磨处理,研究了不同抛磨深度情况下该光纤结构对环境折射率的传感特性.结果显示,单模多模单模光纤结构的光谱特性曲线中存在多个损耗峰,这是由多模光纤中多种高阶模式相互干涉形成的.当单模多模单模光纤结构被侧边抛磨到接近纤芯时,光谱没有发生较大变化,只是各损耗峰波长发生了不同程度的漂移;但是,当抛磨掉部分纤芯时,单模多模单模光纤结构的光谱曲线发生较大变化,抛磨后单模多模单模光纤结构对外环境折射率变化敏感.当抛磨区深度为10μm,长度为20mm时,折射率传感器的最高灵敏度只有703.2nm/RIU;当抛磨区深度为15μm时,最高灵敏度为798nm/RIU;当抛磨区深度为20μm时,最高灵敏度高可达1 190nm/RIU.研究表明,通过侧边抛磨单模多模单模光纤结构可实现一种新型的光纤折射率传感器,且可通过增加抛磨深度来提高该传感器对折射率的传感灵敏度.

侧边抛磨光纤波导传输特性的理论分析

在建立侧边抛磨光纤D型光纤边界条件的基础上,用三维有限差分光束传输法计算和分析了侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随光纤的侧边抛磨长度、光纤侧边抛磨后剩余包层的厚度、以及填充聚合物材料折射率三个参量变化的特性·结果表明,侧边抛磨光纤器件的光功率衰减随着抛磨长度的增加而增大;当抛磨长度等于9mm时,光功率衰减随着剩余包层厚度的增大而单调递减.而当抛磨长度大于9mm时,剩余包层厚度小于3μm的范围内,光衰减随着剩余包层厚度的增加出现振荡;当聚合物折射率与纤芯折射率相同时,光功率衰减最大·

区域气候模式侧边界的处理对东亚夏季风降水模拟的影响

在区域气候模式模拟中，侧边界的作用是引入大尺度强迫场。如何处理好侧边界，即大尺度强迫场和区域气候模式本身之间的关系问题，对于区域气候模式模拟和预报东亚夏季风降水具有重要意义。本文利用美国纽约州立大学Ａｌｂａｎｙ分校的区域气候模式（ＳＵＮＹＡ－ＲｅＣＭ），设计了两种不同的侧边界处理方法，来探讨侧边界对东亚夏季风降水模拟的影响。驱动区域模式的大尺度强迫场来自欧洲中期天气预报中心（ＥＣＭＷＦ）及热带海洋大气研究计划（ＴＯＧＡ）的分析资料场。试验结果表明：（１）当模式的区域较大时，采用较小的侧边界缓冲区会在缓冲区与模式内部的交界处产生不连续；扩大缓冲区并且考虑不同尺度强迫在垂直方向上的不同作用，可以避免这一缺陷。（２）更重要的是采用后一种方案，即减少了区域气候模式在模拟大尺度环流场方面所起的作用，使得模式更多地依赖侧边界来得到更真实的、对东亚夏季风降水起重大影响的一些气流，如副高、西南季风和南海季风，对东亚夏季风降水无论是在大小上还是在雨带位置的演变上都能进行更好的模拟。

区域气候模式中侧边界地形缓冲区作用的数值试验

利用区域环境系统集成模式以1998年夏季为例,通过数值试验研究了侧边界地形缓冲区对区域气候模拟结果的影响。结果表明,设置侧边界地形缓冲区使模拟场和观测的均方根误差都有所减小,区域平均中尺度动能也减小,从而有利于维持区域模式长期积分的稳定性。设置地形缓冲区并不改变模拟降水分布格局,但对主要降水区各降水时段降水强度的模拟有不同程度的改进。

基于光纤侧边抛磨技术的醋酸浓度光纤传感器

演示了两种利用光纤侧边抛磨技术制备的用于醋酸浓度检测的光纤传感器。其中一种光纤传感器采用轮式抛磨法对光纤光栅的光栅区包层进行侧边抛磨加工而成,将醋酸溶液覆盖于光纤光栅的抛磨区,利用侧边抛磨光纤光栅反射峰波长的变化对醋酸浓度进行测量;另一种光纤传感器采用轮式抛磨法对普通单模光纤包层进行侧边抛磨加工而成,将醋酸溶液覆盖于光纤抛磨区,利用抛磨光纤插入损耗的变化对醋酸浓度进行测量。两种光纤传感器的实验都表明:光纤包层抛磨表面与纤芯的距离越小,测量分辨率越高。剩余包层厚度为0μm的侧边抛磨光纤光栅传感器测量醋酸溶液浓度分辨率为6.67%;剩余包层厚度为0.5μm的侧边抛磨光纤传感器测量醋酸溶液浓度分辨率为0.55%。

侧边抛磨光纤的光谱调制型表面等离子体共振传感研究

表面等离子体共振传感是基于光学消逝波与金属表面等离子体波共振的一种高灵敏度、快速、无标记的测量方式。光纤的表面等离子体共振传感具有在线测量、体积小、抗电磁干扰等优点。为提高折射率传感灵敏度，采用轮式侧边抛磨法抛磨掉多模光纤的全部包层和部分纤芯，并采用溅射法在光纤抛磨区先镀高折射率的铬层然后镀金膜，制作了侧边抛磨光纤表面等离子体共振传感器。研究结果表明：该传感器可实现液体折射率在1.333～1.431 RIU范围的测试，平均光谱灵敏度为4.11×103 nm · RIU -1，在1.417～1.431 RIU折射率范围内光谱灵敏度达1.09×104 nm · RIU -1，折射率测量范围和光谱灵敏度均优于已报道的结果。此外，该传感器具有良好的稳定性与重复性实验测试，最小分辨率约为3.6×10-5 RIU。该传感器光谱灵敏度高、检测范围大、尺寸小及良好的稳定性与重复性等优点，可被用于食品检测、环境监测、生物医学检测等相关领域。

基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器

应用侧边抛磨光纤的倏逝波原理,用光电探测器对光纤侧边抛磨区出射光能进行监测,根据理论和实验分析光纤侧边抛磨区出射光能分布,将具有特殊U型侧边抛磨形状和适当抛磨深度的侧边抛磨光纤与光电探测器精密微封装,制成基于侧边抛磨光纤的全光纤在线光功率监测器。测试表明:此全光纤在线光功率监测器对光纤传输的光功率响应特性好,监测器光电转换效率可达200 mA/W以上。测试了器件的插入损耗、波长相关损耗、波长相关光电转换效率和偏振相关损耗等。其波长相关损耗和偏振相关损耗分别为0.3 dB(1 520 nm～1 620 nm)和0.07 dB(1 310nm)。此器件具有对光纤纤芯无破坏、光路中无插入元件、可与光纤系统直接熔接等诸多优点。

侧边界融化对北极海冰影响的数值模拟

对NCAR CSIM5海冰模式中海冰侧边界融化参数化方案进行了详细阐述,并利用CSIM5模式模拟了侧边界融化对北极海冰厚度和海冰面积变化的影响,试验结果表明:(1)侧边界融化热力过程会加快海冰的消融,使得海冰厚度和面积相应减少,其中海冰厚度减小最明显的区域分布在西伯利亚海和格陵兰海,海冰面积减小最明显区域分布在海冰边缘地区;(2)侧边界融化过程对夏季海冰厚度影响比冬季更为明显,而对冬季海冰面积的影响要比夏季更为明显;(3)侧边界融化方案能更好地模拟出海冰面积的季节性变化;(4)海水表面温度(SST)是影响海冰侧边界融化过程的重要因子,侧边界融化率的大值区分布在SST零度线附近的狭窄区域。

TRAMS_RUC_1 km模式初始场和侧边界方案的改进研究

本文从垂直分辨率、时间更新频率和要素完整性三个方面,对水平网格距为1 km的华南区域短时临近预报模式(TRAMSRUC1 km:Tropical Region Assimilation Model for South China SeaThe Rapid Update Cycle1 km)中的初始场和侧边界方案进行改进研究。首先选择一次华南飑线个例进行敏感性试验,研究结果表明:(1)提高初始场和侧边界的垂直分辨率以后,模式对飑线内部中小尺度对流系统引起的强降水中心的模拟结果明显更加接近实况,而增加中低层的垂直分辨率对预报的改进起到了主要作用。(2)将模式侧边界时间更新频率从6 h一次提高到1 h一次以后,模式侧边界要素场的逐小时剧烈变化信息可以比较完整的保留下来。在使用高时间分辨率的侧边界条件进行模拟时,粤西沿海地区的水汽辐合明显加强,这对原来模式预报飑线移速偏慢现象会有改善作用。(3)当模式侧边界条件具有较高的时空分辨率时,进一步补充垂直速度和云微物理变量的侧边界条件对于飑线模拟结果的影响并不明显。总的来说,提高初始场和侧边界的垂直分辨率以及增加侧边界更新的时间分辨率,对于区域高分辨率模式对这次华南飑线预报效果的改进具有重要意义,而忽略垂直速度和云微物理量的侧边界条件则是一种可以接受的简化。在个例研究的基础上,利用改进后的初、边界条件进行为期一个月(2019年4月份)的批量试验,评估结果表明新方案对于逐小时降水空间分布和日变化特征的模拟均有明显改善。

旋转横流中侧边射流偏斜和扩散的实验研究

为研究旋转横流中侧边射流的偏斜和扩散特性,搭建了横向射流流动显示实验台架,采用可调同步激光器和CCD摄影技术获得了不同射流速度比率时(r=15、30、45、60、75)横向射流的流场结构,基于横流槽道特征尺寸和射流速度的雷诺数Re介于22 537和112 683之间。实验结果表明,旋转横流中侧边射流的射流速度比率较大(r>30)时,射流深度基本不变,异于均匀横流中侧边射流的气流偏斜特性。另外,并非越大的射流速度比率就能获得越大的射流扩展宽度,当r=60时,系统的射流扩展宽度最大,而且在较大的射流深度区域内维持较大的扩展宽度,有利于物质的混合扩散。