应用于半导体激光器的高精度温控系统设计

面向半导体激光器温控系统的高精度、高速与高集成化的需求,设计了一款高精度、快速响应、高集成化、低成本的数模混合架构温控系统。该系统以FPGA为控制核心,硬件部分包括由三线制惠斯通电桥、仪表放大器、模数转换器组成的温度信号采集与调理模块,全桥降压电路驱动模块,热电制冷器模块等。针对热敏电阻和电桥的非线性误差,提出了一种可变控温零点的温度信号调理方法,该方法基于迭代与多目标最优化算法,提高了控温精度,同时降低了仪表放大器与模数转换器的指标要求,从而降低了系统成本。针对温度滞后大、延迟高的特点,控温策略采用了抗饱和积分的PID(AWPID)自动控制方法,从而降低超调,加快收敛速度。测试结果表明,该温控系统在-45~75℃的温度范围内,实现了±0.02℃的控温精度,相较于固定控温零点的温控系统最大0.1951℃的控温精度提高了89.7%。与传统PID控制算法相比,AWPID控制算法将超调从9.13%降低到1.5%,将稳定时间从41 s降低到30 s。稳定性测试表明,该温控系统能够在长时间内保持±0.02℃的控温精度,满足稳定性要求。该系统具有高精度、快速响应、高集成化、低成本的特点,为半导体激光器的复杂应用场景提供了高精度的温度保障。

伊犁河谷植被物候变化特征及其对气候变化的响应

本文基于2001—2021年MODIS NDVI数据和气象数据,利用TIMESAT软件提取伊犁河谷植被物候参数,结合Sen趋势分析、M—K检验和偏相关分析等方法,研究伊犁河谷植被物候变化特征及其对气候(气温、降水)变化的响应。结果表明:伊犁河谷植被生长季始期(Start of the growing season,SOS)、生长季末期(End of the growing season,EOS)、生长季长度(Length of growing season,LOS)主要集中在45~113 d,290~335 d,186~279 d,海拔每上升100 m,SOS约推迟1.9 d,EOS提前1 d,LOS缩短2.9 d。SOS呈提前的像元占79.91%;EOS呈推迟的像元占81.64%;LOS呈延长和缩短的像元占31.89%,26.39%。1000 m以下草原SOS最早且提前天数最多(61.5 d);1000 m以上草原EOS提前天数最多(34.8 d),阔叶林仅提前7.6 d。SOS受2,3月气温及1,2月降水影响,3月气温升高使SOS提前;EOS与8月气温正相关,与9月降水负相关。本研究为伊犁河谷的植被资源保护与生态环境可持续发展提供科学依据。

火卫二动力学模型与精密定轨研究

模型充分考虑了火卫二与火星的二体运动模型、火星重力场、太阳系主要天体的三体摄动、广义相对论效应、火星固体潮、火卫二天平动等影响火卫二运动的因素,建立了火卫二动力学模型,并将人造卫星精密定轨的方法扩展至自然天体火卫二,建立了针对动力学模型数据拟合的平差模型。分别利用轨道研究中主流的8阶RKF (Runge-Kutta-Fehlberg)、12阶ABM(Adams-Bashforth-Moulton)和Gauss-Radau三种积分算法求解火卫二轨道,比较计算效率,将轨道计算中使用的完整相对论模型与简化相对论模型的计算结果进行了对比。数值实验结果表明:建立的火卫二动力学模型以及平差模型稳定可靠;在同等实验条件下,三种积分算法计算结果精度相当,12阶ABM积分算法的计算效率最高;两种相对论模型计算结果相当。

新型全域屈服固接耗能钢棒阻尼器数值模拟及分析

为改善现有金属阻尼器受力不均、延展性小、震后难以更换等问题,提出一种新型全域屈服耗能钢棒阻尼器,用于提高建筑结构的抗震性能。阻尼器采用耗能钢棒作为耗能元件,耗能钢棒经过截面设计后能实现全截面同时屈服,且方便震后更换。通过有限元数值模拟表明全域屈服耗能钢棒阻尼器滞回曲线饱满,耗能能力强,验证了全域耗能钢棒阻尼器设计合理性,可有效提升钢棒的耗能能力和延性性能,最后探究了钢棒半径、数量、长度对阻尼器力学性能的影响。分析结果表明:耗能钢棒能实现全截面屈服,滞回曲线饱满,性能稳定优越。耗能钢棒半径、长度、数量对阻尼器性能影响显著。阻尼器的耗能性能与钢棒半径、数量成正比,与钢棒长度成反比。

实际灌溉面积遥感监测技术及其在江苏省灌区示范应用分析

总结实际灌溉面积监测技术研究进展,分析了江苏省灌区监测实际灌溉面积面临的问题及难点;介绍了一种灌区多尺度实际灌溉面积遥感监测关键技术方法,并以宿迁灌区、船行灌区为例阐述了这一方法的合理性、适用性,提出应用该方法提高江苏省各地灌区实际灌溉面积监测精度与效率的建议,可为江苏灌区管理提供关键技术支撑。

新疆乡村韧性耦合协调、时空演变与驱动因素

基于韧性理论构建乡村韧性评价指标体系,以新疆68个县域单元为研究对象,结合系统结构和功能的关系,综合运用熵权法、耦合协调度模型、空间自相关分析和地理探测器,探析2000—2020年新疆乡村结构韧性与功能韧性的耦合协调、时空演变规律及内在驱动因素。结果表明,新疆乡村韧性空间分布不均衡,耦合协调度呈基本失调向基本协调缓慢发展的趋势;高、低值区域集聚化特征明显;结构韧性均值特征为小幅下降再平稳发展,低值单元呈“品”字形分布,农村居民点用地占比和土地垦殖水平相互作用为空间格局形成的主导因素;功能韧性均值特征为上升—下降—上升,整体上以较低、中、较高韧性为主导,高、低韧性县域零星分布,农业生产效益、现代化生产程度和农作物总播种面积对乡村功能韧性发展格局起主导作用。

基于时空特征的城市轨道交通短时OD估计方法

精准的短时出行地和目的地(OD)估计技术是城市轨道交通运营组织方案制定的主要依据,同时也是城轨断面客流预测的基础。为同时考虑时空双维特征,且快速实现全网OD的高精度估计,该文基于时间、空间2个维度分析了城轨客流OD分布特征,提出多维度下的最优输入因子筛选方法,构建了基于多元线性回归模型的多层级嵌套OD估计方法。以2019年工作日的南京地铁线网为例进行模型验证,结果表明,时间粒度为15 min以及60 min下,全网OD的平均绝对百分比误差(MAPE)分别为37%、24%,部分OD对在高峰时段的MAPE值小于5%;15 min粒度的均方根误差(RMSE)约为1.3。相比于现有短时OD估计方法,该文提出的方法在高峰时段预测效果更好,能够高效实现全网、全时段的OD估计。

电容层析成像测量甲醇制烯烃催化剂床层温度

甲醇制烯烃作为煤制烯烃的关键一环,对实现煤炭的综合利用有重要意义。这一过程是典型的放热反应,为提高甲醇转化率与产物选择性,需对床层温度进行在线监测。基于高温电容层析成像,提出一种在线测量催化剂床层温度(DMTO工业催化剂,ZSM-5分子筛)的方法。通过与介电常数变化极小的石英砂、氧化铝等床层材料的测量结果对比,发现不同催化剂的介电常数随温度变化规律不同,催化剂床层的测量电容值随温度变化敏感且重复性较好。因此可通过高温电容层析成像装置测量温度分布均匀的床层归一化电容平均值实现对床层温度的测量。通过采用薄壁石英管的固定反应器,对甲醇制烯烃催化剂、ZSM-5分子床层进行在线测温验证了该方法的有效性,发现通过线性反投影算法重构的ECTt图像,可获得床层温度分布。由此,可以通过高温电容层析成像装置实现对固定床床层床层测温。

MEMS陀螺仪高精度低噪声检测电路设计

为满足电容式MEMS陀螺仪低噪声,高精度的检测需求,设计了一款基于开关电容结构的全差分检测电路,主要包括电容检测和数字量化处理两部分。电容检测电路采用离散时间电容电压(C/V)转换方案,提出将高频载波调制和相关双采样技术相结合的方式,有效降低了低频噪声的干扰。量化电路采用一款4阶4 bit单环前馈结构的带通ΔΣ调制器,输入信号前馈通路的引入提高了系统的稳定性,内部多位量化器有效提高了信噪比。系统在保持低功耗的同时实现了高精度输出。基于0.18μm BCD工艺,在5 V电源电压下,对整体电路进行仿真验证。仿真结果表明,检测电路灵敏度可以实现10 m V/f F,在谐振频率5 k Hz处,等效输入电容噪声为■。最终在100 Hz带宽范围内,读出信号量化精度可以达到15 bits。与传统的MEMS陀螺仪检测电路相比,该电路具有更低的噪声和更高的量化精度,能够满足高精度检测应用需求。

物理信息神经网络在两相流中的应用

机器学习和数据科学相关研究从计算机科学学科涌向化学工程,将为化学工程领域创造变革范式的机会,其中物理信息神经网络(PINN)因将物理方程嵌入神经网络中使得网络输出满足物理规律而获得广泛关注。首先介绍PINN的算法思想及其采样策略;进一步讨论对PINN的损失函数不同的处理方式,主要包括无观测值、方程降阶、方程离散化和只嵌入部分物理方程等;最后概述了PINN方法在气液两相流、多孔介质两相流、液固两相流、两相流传热等领域最新进展。

四川盆地华蓥山西侧低缓构造区石炭系黄龙组分布与圈闭条件

四川盆地石炭系黄龙组孔隙型白云岩储层是重要的油气勘探对象,也是川东地区的重点产层。基于近年来采集的高品质地震资料,结合钻井、野外露头剖面等资料,在井震标定、地震正演模型建立的基础上,对华蓥山西侧的石炭系黄龙组区域分布、志留系烃源灶及成藏条件进行综合地质分析,取得3项主要认识:①华蓥山西侧石炭系大面积分布,碳酸盐岩有利区面积超8000 km^(2),预测厚度最大可达40 m,具备形成规模储层的地层、沉积基础;②受古隆起斜坡带、地层剥蚀带和断裂带控制,发育平昌—巴中、广安—渠县2个大型圈闭发育区带,面积总计可达5460 km^(2),具备规模成藏有利条件;③平昌—巴中地区气源条件较好,构造圈闭发育,可形成下生上储的成藏组合,是寻找规模天然气储量的有利地区。

利用固体潮研究岩石天体的深部结构

经过地球物理学的长足发展,我们有着丰富的手段来研究地球的内部结构.然而对于地球之外的其他天体,研究其内部结构的手段却仍然十分有限,往往依赖于轨道探测器、着陆器以及天文观测获取的大地测量数据.在这之中,固体潮对研究其内部结构有着重要的意义.固体潮汐形变和其带来的潮汐耗散提供了关于行星内部结构,尤其是深部核幔边界及核心部分的关键信息.本文将全面地对利用固体潮汐参数(包括潮汐勒夫数及潮汐品质因子)研究岩石天体的深部结构进行综述.首先对固体潮的基本理论、潮汐参数以及黏弹性模型进行了介绍,建立了天体内部结构参数与其外部固体潮汐响应之间的关系.之后对现有利用固体潮汐参数研究水星、金星、火星及月球这些岩石天体的内部结构的工作进行了回顾与总结,可以发现固体潮汐参数是一种对天体深部结构进行约束的有效手段.本文进一步提供了未来探测任务获取的高精度数据对研究天体深部结构的贡献.然而,目前固体潮汐参数对天体深部结构研究中也存在一些问题.例如不同黏弹性模型之间耗散强度的差异性问题、黏弹性模型的短周期实验数据和宏观长周期理论计算结果之间的不匹配问题等.本文也针对这些问题进行了讨论和分析,并对未来的研究方向进行了展望.

一种基于甲醇制烯烃及其下游生产链的m-PIOT模型定量研究

以我国西部某化工园区的规划数据为例,通过建立甲醇及其下游产业链实物型投入产出模型,对该产业链中不同产品部门之间的相互作用进行了定量分析。结果表明:该园区甲醇下游产业链中缺乏强拉动及强支撑作用的产品部门;丙烯酸异辛酯、混合C_(4)等对产业链发展具有较强的拉动作用;原材料甲醇的感应度系数高达21.808,对整条产业链具有较强的制约性。

近47年吐鲁番盆地人工绿洲精明增长的时空过程分析

以1976、1990、2000、2010、2023年5期Landsat遥感影像进行解译,借助数理统计模型、分形维数、紧凑度指数等方法,结合精明增长理论,构建了绿洲精明增长指标体系,测度并分析了近47年吐鲁番盆地人工绿洲的扩张及分布情况以及绿洲精明增长水平的时空表现。结果表明:(1)吐鲁番盆地绿洲规模空间扩张态势明显,呈现出明显的阶段性特征,绿洲面积由1976年的1259.33 km^(2)扩张至2023年的1810.27 km^(2);其扩展强度在经历缓慢下降—慢速增长—快速增长后转变为精明增长背景下的中低速增长。(2)吐鲁番盆地绿洲空间扩张方向具有分异性,扩张方向以西北、东北最为显著,空间重心迁移轨迹为西南—东北—西南,最大迁移距离为55.60 km。(3)在研究时间段内绿洲紧凑度维持在较高水平,土地利用率较高,但近10年呈现下降趋势;空间扩张模式呈现蔓延式—跳跃式—填充式的演变特征。(4)吐鲁番盆地的绿洲精明增长水平较低,精明得分由1976年的0.474下降至1990年的0.383,随后回升,2023年达到最大值0.517;从精明增长水平的空间差异看,以大河沿—塔尔朗流域下游、托克逊—白杨河流域下游为高水平的双核心趋势明显,呈现由中心向四周波动递减的态势。研究结果可为未来绿洲区的合理发展,防止绿洲无序蔓延扩张,保障干旱区绿洲土地资源的合理配置提供参考依据。

黏结剂对甲醇制烯烃中单颗粒催化剂内部反应过程的影响

【目的】以甲醇制烯烃(methanol to olefins, MTO)为代表的非均相催化反应在现代化学工业中占据着重要的地位,研究MTO过程中单颗粒催化剂的反应、传质与传热过程,有助于系统理解催化反应机理、优化催化剂设计,实现工艺升级。【方法】建立单颗粒催化剂颗粒模型、反应动力学模型以及传质与传热模型;采用COMSOL Multiphysics 6.0软件模拟MTO反应过程,分别由二氧化硅、氧化铝和高岭土作为黏结剂,建立3种SAPO-34分子筛催化剂颗粒模拟模型;分析3种催化剂颗粒内甲醇扩散和温度传导过程,分析黏结剂对酸性位点、多甲基苯和多甲基萘的浓度分布的影响,将催化剂颗粒内部的传热、传质过程与化学反应进行耦合。【结果】甲醇分子向催化剂颗粒内部的扩散过程中,在t=100 s时甲醇浓度分布基本稳定,从颗粒边缘处向中部、核心处甲醇浓度依次减小;以二氧化硅为黏结剂的颗粒在中心处、边缘处的热力学温度分别为656、 627 K,颗粒内部的甲醇扩散速度最快;在MTO反应过程中,3种颗粒内部的热力学温度均为由中心向边缘处递减;随着MTO反应时间的增加,3种催化剂颗粒的酸性位点浓度平均值逐渐减小,多甲基苯、多甲基萘的浓度平均值逐渐增大;以二氧化硅为黏结剂的颗粒边缘处的的酸性位点浓度降幅最大,然后依次是颗粒的中部和核心处,颗粒内多甲基萘的分布更均匀。【结论】以二氧化硅为黏结剂的催化剂颗粒内部温度最高、温升最快,有效促进了MTO反应的进行,有利于颗粒内分子筛的充分利用和多甲基苯和多甲基萘的均匀分布。

基于超声影像组学和临床特征的列线图预测心肌梗死后左室壁瘤患者预后的临床价值

目的基于超声影像组学特征和临床特征构建列线图模型,探讨其预测急性心肌梗死后左室壁瘤(PILVA)患者远期预后的临床应用价值。方法选取在我院心血管中心住院治疗的PI-LVA患者153例,根据随访24、36、60个月是否出现终点事件(心源性死亡)分为事件组38例和非事件组115例,比较两组一般资料和超声检查结果的差异。采用多因素Cox回归分析筛选与PI-LVA患者远期预后相关的影响因素。采集患者心尖四腔心切面收缩期且包含完整室壁瘤的图像,使用ITK-SNAP软件进行分割并获取感兴趣区,Pyradiomics软件包提取超声影像组学特征,并采用最小绝对收缩和选择算子(LASSO)回归筛选对诊断有利的特征子集及对应非零系数。基于超声影像组学特征及多因素Cox回归分析筛选的影响因素构建预测模型并绘制列线图,绘制受试者工作特征(ROC)曲线、校准曲线、决策曲线分别评估列线图模型预测PI-LVA患者随访24、36、60个月出现终点事件的区分度、校准度及临床适用性。结果事件组与非事件组左室射血分数(LVEF)<35%、右冠状动脉重度狭窄占比及Tp-Te间期比较差异均有统计学意义(均P<0.05)。多因素Cox回归分析显示,LVEF<35%、右冠状动脉重度狭窄、Tp-Te间期均为与PI-LVA患者远期预后相关的影响因素(均P<0.05)。共提取107个超声影像组学特征,经LASSO回归分析筛选出3个显著性特征。基于LVEF<35%、右冠状动脉重度狭窄、Tp-Te间期及超声影像组学特征构建预测模型,并绘制列线图可视化。ROC曲线分析显示列线图模型预测PI-LVA患者随访24、36、60个月出现终点事件的曲线下面积分别为0.850、0.831、0.898;校准曲线显示列线图模型预测概率与实际概率的一致性良好;决策曲线显示列线图模型具有较好的临床适用性。结论基于超声影像组学特征和临床特征构建的列线图模型可有效预测PI-LVA患者远期预后,具有较好的临床应用价值。

阿勒泰林区不同草地群落特征对水热因子的响应

[目的]探讨阿勒泰林区不同草地群落植物物种丰富度(SR)对年平均温度(MAT)、降水(MAP)、海拔的响应,为该区退化草地恢复与管理提供科学依据。[方法]选取阿勒泰林区600~3914 m范围内的5种草地类型作为研究对象,采用样方法对165个样方的物种名录进行了调查,分析了各类草地植物科属种的变化特征。[结果](1)在新疆阿勒泰林区草地中,菊科、禾本科和豆科为优势科,其中碱茅属、蒲公英属、羽衣草属和发草属表现为优势属;(2)物种丰富度(SR)在不同草地变化有所不同,山地草甸草原物种丰富度最高(8.86),而高寒草甸(4.75)最低。(3)全部样地SR与MAP,MAT和海拔呈线性关系;在荒漠草原的SR与MAP和MAT的关系表现为先增加后降低的趋势,同时与海拔呈现先降低再增加的变化趋势。在山地草原中,其SR与MAP,MAT无明显相关性,与海拔的关系呈峰型分布。山地草甸草原的SR与MAP、海拔无明显相关性,与MAT的关系呈峰型分布。山地草甸的SR与MAP、海拔无相关性,与MAT呈峰型关系;高寒草甸的SR与MAP、海拔均呈先降低后增加的趋势,与MAT呈峰型关系。[结论]不同草地类型对温度、降水响应的差异是由于植被类型和温度、降水的空间分异性造成的;而不同海拔梯度水热条件不同,导致物种丰富度之间存在一定差异。

阿勒泰林区草地群落中不同植物种在物种多样性中作用大小的探究

为探明各植物种在群落整体物种多样性中的作用,以阿勒泰林区草地群落为研究对象,采用“二值出现次数”野外调查方法,获得样方中各个植物种的出现次数和个体数量,从而计算出群落整体的物种多样性指数,以及构成群落的各个植物种不存在时的物种多样性指数,并利用这2个多样性指数的差值,来探讨群落中各个植物种对物种多样性的影响。结果表明:1)4个草地样地中,对物种多样性作用最大的植物种并非是其群落中的第一优势种,而是优势地位处于第2~6位的植物种;2)组成这4个样地群落的所有植物种都对群落的多样性起到增大的作用;3)物种在群落多样性中的作用,从总体上来看,呈现一种单峰的变化趋势,也就是随着物种优势地位的降低,对数式增加达到最大值,然后指数或线性下降,最终趋近于0。综合显示,不同草地群落中,对群落物种多样性作用最大的不是处于第一的优势种,虽然其占据了绝对优势地位,却降低了该群落的物种多样性。

不同胸径胡杨径向生长的合理生态水位研究

借助树木年轮水文学的方法,分析不同胸径胡杨在不同地下水埋深条件下其径向生长量的变化特点和规律。研究结果表明:随着地下水埋深的增加,不同胸径胡杨径向生长量均呈现明显降低趋势,其对地下水埋深变化响应的灵敏度降低幅度呈现先增加,后减少的趋势。3个胸径等级的胡杨径向生长灵敏度最大值对应的地下水埋深为分别是3.3、7.4、7.9 m。说明,不同生长阶段的胡杨径向生长量变化对地下水埋深变化响应的敏感性存在差异。可以认为这3个地下水埋深是不同胸径等级胡杨径向生长水分胁迫的合理生态水位。

地形对阿尔泰山草地植物群落物种多样性的影响

阿尔泰山草地是新疆草地生态系统的重要组成部分,在维护生物多样性、涵养水源、保持水土等方面具有重要作用。本研究以布尔津林区草地为研究对象,采用典型样地调查法,分析了地形因子对植物群落物种多样性的影响。结果表明:(1)随着海拔升高,草地植物群落物种丰富度、Margalef指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数均呈现先升高后降低再升高的趋势,Alatalo指数随着海拔升高呈现先降低后升高再降低的趋势。Shannon-Wiener指数和Simpson指数与海拔存在显著相关性,Margalef指数和Alatalo指数与海拔不存在显著相关性。(2)随着坡度逐渐增大,草地植物群落物种丰富度、Margalef指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数均呈现先升高后降低的“单峰”格局,Alatalo指数随着坡度增大呈现先降低后升高的“U”型格局。Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Alatalo指数与坡度存在显著相关性,Margalef指数与坡度不存在显著相关性。(3)不同坡向草地植物群落物种多样性明显不同,阴坡草地植物群落物种丰富度和物种多样性明显高于阳坡。Margalef指数、Shannon-Wiener指数和Alatalo指数与坡向存在显著相关性,Simpson指数与坡向不存在显著相关性。以上结果可为布尔津林区草地植物群落物种多样性保护及可持续发展提供理论依据。