基于U波段光波产生频率可调谐的微波载波

【目的】具有可调谐能力的高频微波载波(GHz)在第五代移动通信技术(5G)/第六代移动通信技术(6G)无线网络、雷达系统和卫星通信领域中有着广泛的应用。由于比较简单的系统结构、大带宽和低损耗的优点,基于光子技术生成高频可调谐微波载波的技术方案吸引了国内外研究团队的广泛关注。由于目前C波段有着成熟的商用器件,因此目前光生微波实验多在C波段进行。随着波分复用(WDM)—光载射频(ROF)技术借助WDM系统在光频域的合/分波来灵活实现微波频段的合/分波,利用ROF系统采用光生微波技术来简化基站配置,使得C波段的有限带宽资源(35 nm, 1 530~1 565 nm)越来越紧张。因此,光生微波技术的研究有着向更宽光谱范围扩展的驱动力。U波段可以提供宽至50 nm(1 625~1 675 nm)的信道带宽来缓解C波段的信道利用压力。在U波段,标准单模光纤已实现低至0.195 dB/km(@1 625 nm)的光功率损耗,特别是,掺铥光纤放大器在U波段也可实现达到18.7 dB(@1 655 nm)的大带宽增益。因此,基于标准单模光纤的WDM系统可向U波段扩展,从而促使WDM-ROF技术向这一波段延伸,进而带动光生微波技术向U波段拓展。文章研究了U波段的光生微波技术。【方法】从数学模型上看,现有光生微波技术对所应用的光载波波段是透明的,只需选择对应工作波段的光子学器件就可在任意波段使用这些方法来产生微波载波。从原理上看,C波段的光子学器件(如偏振控制器、相位调制器(PM)和光纤移相器(FPS)等)可以工作在U波段,这些器件的工艺技术成熟并易于购置。因此,文章采用C波段的PM、FPS和光耦合器等光子学器件,基于U波段光载波搭建了光生微波载波系统。【结果】最终基于该系统产生了调谐范围覆盖7.5~12.0 GHz、杂散抑制比达29.6~35.2 dB的可调谐微波载波。【结论】文章通过公式原理分析和实验验证,实现了将光生微波载波技术的工作波段扩展至U波段。

2μm波段Ge-on-SOI光电探测器的TPA探测

【目的】随着光通信技术的快速发展,工作在传统通信窗口的光通信系统未来可能会面临通信“波段紧缩”的状况。而在2μm波段,空芯光子带隙光纤的损耗可以低至0.2 dB/km,掺铥光纤放大器(型号为CTFA)在2μm波段的增益峰值可达30 dB,这些高性能器件的出现使得2μm波段有缓解通信“波段紧缩”的潜力,同时也对制作难度小且利于大规模生产的2μm波段硅基光电探测器提出了需求。硅基光电探测器的工作波段扩展主要方案有采用具有可调谐带隙的Ⅲ-Ⅴ族材料、引入低带隙宽度材料作为吸收区和利用吸收区材料在2μm波段新的光吸收机制等。而Ge具有非常高的双光子吸收(TPA)系数(1225 GW/cm@2μm),并且Ge-on-绝缘体上硅(SOI)光电探测器结构兼容标准硅光器件制作工艺,具有制作难度较低和成本较低的优势,是2μm光电探测器的一种较优方案。文章的研究目的是验证Ge-on-SOI光电探测器利用TPA这一特殊光吸收机制实现2μm波段光电探测的可行性。【方法】文章基于Ge材料在2μm波段较高的TPA效应产生电流的物理机制实现了2μm波段的光电探测。理论上,对Ge材料通过TPA效应产生的光生电流大小进行了分析与讨论;在实验上,基于片上硅基器件有源测试系统对商用波导型Ge-on-SOI光电探测器的光输入端(光栅耦合器)施加经过掺铥光纤放大器放大后的高功率2μm波段输入光,并调整光纤与光栅的对准以及输入光偏振态以尽可能减少输入光传输到Ge吸收层的损耗,最终通过探针获取探测器的TPA光生电流。【结果】在功率为21.9 dBm的2μm光信号输入下,该商用波导型Ge-on-SOI光电探测器在2μm波段产生了高至651 nA的TPA净光生电流,并近似获得了>10 mA/W的响应度。【结论】文章验证了通过Ge材料TPA效应实现2μm波段光电探测器的科学可行性,为基于TPA的2μm波段Ge-on-SOI光电探测器的设计提供了实验支撑。

硬料螺纹孔铣削加工技术研究

Cr12MoV材料经热处理后硬度达到56~62 HRC,切削性能差,切削难度大,以热处理后Cr12MoV材料的模具零件螺纹孔为例,传统的加工方式一般采用电火花机床进行螺纹孔加工,加工效率低,为提高加工效率采用铣刀铣削加工。经加工测试,得出铣削加工硬料螺纹孔提升了加工效率,降低了加工成本,在加工过程中更加安全环保。

基于气象因素的机场进离港延误预测

针对机场延误预测过程中难以提取延误传播时空特征、预测结果受天气扰动大的问题,提出了基于气象因素的时空图卷积网络(meteorology-based spatio-temporal graph convolutional networks, MSTGCN)机场延误预测模型。该模型使用图卷积神经网络(graph convolutional neural network, GCNN)与门控卷积神经网络(gated convolutional neural network, Gated CNN)挖掘机场延误的时空特征,同时加入气象特征提取模块对机场延误时间进行预测。实验结果表明,该模型在中短时预测上的表现均优于其他对比模型;相较于不考虑气象因素的模型,MSTGCN对未来1 h、4 h和12 h预测的平均绝对误差分别降低了7.03%,7.93%,11.54%,对预测结果起到了极大的修正作用。

面向港湾机坪的停机位指派优化

停机位指派问题是机场运营管理的核心问题。现有的停机位指派问题研究集中在提高停机位的利用效率上,而忽略了停机坪的运行安全。针对这一问题,本文以最大化近机位利用率和最小化鲁棒性损失为目标,提出一个考虑港湾安全约束的停机位指派模型;提出一种可精确求解面向港湾机坪的停机位指派问题的分支定价算法;利用机场实际数据验证提出的模型和算法。实验结果表明,在小、中、大规模算例中分支定价的最优解比CPLEX分别改进了0.3%、17.3%、26.7%,在中大规模算例中有明显的优势。在小、中、大规模算例中,本文的设计能分别预先避免27.16%、16.35%、11.01%的航空器发生港湾冲突。在提高近机位利用率和指派计划鲁棒性的同时,提高了机坪的安全性。

螺纹桩的抗拔承载特性模型试验与螺距优化

螺纹桩特殊的螺纹结构改善了桩-土间相互作用形式,使其抗拔承载特性显著优于等直径直孔桩,但目前对其抗拔承载机理的认识尚不够深入。文章采用模型试验方法进行了上拔力作用下的螺纹桩承载性能研究,根据试验结果进行了螺纹桩荷载位移关系、螺距对桩承载特性的影响、桩体轴力与侧阻力分布特征以及最优螺距的分析。研究表明,上拔力引起的螺纹桩荷载位移曲线由近似弹性承载段、非线性承载段和位移快速增长段构成;桩周土随上拔力的增大自上而下逐步失效,螺纹桩被拔出时侧阻力不能充分发挥,其拔出破坏具有突发性;螺纹桩的极限抗拔承载力随螺距的增大先增大后减小,试验工况下的最优螺距内径比为1.26。螺距能够显著影响螺纹桩的抗拔承载性能,桩基设计中应合理选择螺距以提升桩的抗拔承载力。

一种基于MCU主控可移动式施工环境监测设备的设计

通过对现有的施工环境监测装置进行分析和研究,了解到市场现有的环境监测装置只能在固定范围内进行环境参数的测量,需要较为复杂的安装且安装后不可移动,大大增加了环境监测数据的不准确度和环境监测过程的能源消耗。本文通过理论计算和数值建模的方法,对可移动式施工环境监测设备的节能性进行校验,运用合理的技术,选取合适的材料,进而设计出可移动式施工环境监测设备。

共晶石墨钢的金相组织和力学性能研究

共晶石墨钢是兼顾了淬火钢的强韧性、耐磨性与球墨铸铁的自润滑性、吸音减震等性能而发展出的一种“结构赋能材料”。利用光学金相分析、扫描电镜观察、力学性能测试的方法研究其金相组织和力学性能。结果表明:共晶石墨球径小,在15~25μm之间,石墨球密度高;裸露在摩擦面上的石墨可以起到良好的自润滑作用;石墨球外围的包覆层可净化基体晶界。

CNC自动化攻牙技术研究与应用

为适应目前模具行业的发展重要,必须不断地对模具加工方法进行优化改善,提升模具整体质量的同时缩短制造周期降低加工成本,保证在与同行业竞争中立于不败之地。在多数模具加工厂加工螺牙基本都采用摇臂钻加工,但摇臂钻加工出来螺牙无法保证螺牙垂直度从而影响螺牙质量,使用摇臂钻攻牙增加零件流转工序延长加工周期。为保证螺牙质量以及缩短加工周期,提出了用CNC机床通过程序加工进行自动化攻牙,在利用CNC机床加工零件的其余特征时同时进行攻牙加工。

非完整形态KH2PO4晶体薄表面层生长特性

实时观察了非完整形态的KH_2PO_4(KDP)晶体在过饱和溶液中以薄表面层生长形式恢复其结晶学形态的过程。提出了晶体形态恢复的"最小多面体原理",即:在自由生长系统中,对于非完整形态的KDP晶体,当其以薄表面层形式恢复其结晶学完整形态时,薄表面层将选择相应的奇异面方向生长,使晶体形态最终恢复为一个由各结晶学显露面所围成的体积最小的凸多面体。利用PBC理论分析了生长基元在非结晶学显露面上的附着情况并阐述了锥顶处薄表面层倒垂生长的原因。结果表明,薄表面层形成与晶体非完整结晶学形态及不均匀水动力学条件相关联。柱面凹角与非正常棱边及Z切片正常棱角均可诱发产生薄表面层,且薄表面层生长终止于其所在奇异面的正常结晶学晶棱。

磷酸二氢钾晶体薄表面层生长动力学实时显微研究

利用光学显微镜实时观测磷酸二氢钾(KDP)晶体柱面及锥面薄表面层的生长过程,测得不同过饱和度下薄表面层前端不同倾角的非正常棱边推移速度。结果表明:倾角越小,非正常棱边推移速度越慢,薄表面生长终止于其前端的正常棱边处;随着过饱和度的增大,非正常棱边推移速度线性增加。计算得到柱面及锥面薄表面层前端非正常棱边推移动力学系数,由于Eslice(010)> Eslice(101),因而柱面薄表面层的生长动力学系数大于锥面。建立了基于非奇异面上台阶生长机制下的薄表面层生长体扩散模型。应用该模型解释了薄表面层生长速度随其厚度及前端非正常棱边倾角的变化关系,并讨论了溶液流动对薄表面层生长的影响。结果发现薄表面层生长存在一个使其以恒定厚度向前推移的临界厚度。

喷流转晶法KDP晶体生长系统的流动与传质模拟

提出了一种通过锥顶喷流改善KDP锥面过饱和度的晶体生长方法。采用有限体积法和滑移网格技术,对传统转晶法及喷流转晶法的KDP晶体生长过程进行了数值模拟。展示了两种生长方式下晶体表面过饱和度时均分布云图及均方差,分析了不同转速、不同喷流速度、不同晶体尺寸对晶面时均过饱和度及均方差的影响。结果表明:相比于传统转晶法,喷流转晶法晶体的锥面过饱和度提高且表面均匀性增加。提高喷流速度可以进一步提高锥面过饱和度,但其均方差却呈现先减小后增大的变化。旋转速度的增加能提高锥面过饱和度并减小其均方差。此外,晶体尺寸也会在一定程度上影响喷流的效果。

蒜田氨挥发特征及其影响因素

【目的】阐明蒜田氨挥发特征以及环境条件和栽培措施对氨挥发的影响,为大蒜种植的优化施肥提供科学依据。【方法】在长期种植大蒜的试验田中采用原位通气法测定蒜田氨挥发速率,同步测定田间大气和土壤条件,并设置不同施肥量、秸秆处理和不同氮肥类型3因素试验,探究蒜田氨挥发影响因素。【结果】①蒜田氨挥发主要发生在施肥后的1周之内,氨挥发速率呈现先增后降的变化规律,氨挥发总量占施氮量的9.2%,基肥的氨挥发速率最高。②蒜田氨挥发速率与气温、光强、土壤的温度和铵离子浓度显著正相关。③蒜田氨挥发速率与挥发量随施氮量的增加均显著增加;不同类型氮肥相比,碳铵与尿素的氨挥发量极显著高于复合肥,且随氮肥用量的增加差异倍增。④施肥后进行秸秆覆盖可降低氨挥发量,且在低施氮量条件下效果更明显。【结论】氮肥施用量大是蒜田氨挥发量较高的主要原因,减少氮肥施用量,施肥后进行秸秆覆盖,用复合肥等氨挥发风险较低的氮肥代替碳铵和尿素,是降低蒜田氨挥发损失的有效措施。

二维圆周平动法ADP单晶生长流动与传质数值模拟

本工作提出一种名为“二维圆周平动法”的新型晶体生长方法。采用有限容积法和动网格技术,对转晶法及二维圆周平动法的ADP单晶生长过程进行数值模拟。比较了两种生长方法下晶体表面时均过饱和度分布及均方差,分析了不同特征转速ω、不同圆周轨道半径R、不同晶体尺寸A对晶面时均过饱和度及均方差的影响。结果表明:与转晶法相比,二维圆周平动法晶面过饱和度及其分布均匀性得到提高。随着特征转速ω或圆周轨道半径R的增加,晶面时均过饱和度增加,均匀性变好,有利于晶面形貌的稳定。然而,随着尺寸A的增大,晶面时均过饱和度值降低,其均匀性变差。因而,随着晶体的长大,应该适当增加特征转速ω或圆周轨道半径R。

A Bilevel Programming Approach for Optimization of Airport Ground Movement

This paper proposes an optimization model for the airport ground movement problem(GMP)based on bilevel programming to address taxi conflicts on the airport ground and to improve the operating safety and efficiency.To solve GMP,an iterative heuristic algorithm is designed.Instead of separately investigating each problem,this model simultaneously coordinates and optimizes the aircraft routing and scheduling.A simulation test is conducted on Nanjing Lukou International Airport(NKG)and the results show that the bilevel programming model can clearly outperform the widely used first-come-first-service(FCFS)scheduling scheme in terms of aircraft operational time under the precondition of none conflict.The research effort demonstrates that with the reduced operating cost and the improved overall efficiency,the proposed model can assist operations of the airports that are facing increasing traffic demand and working at almost maximum capacity.

人工景观河道沉积物中磷的释放规律

通过沉积物中磷的静态释放与表层沉积物磷动态释放两种实验方法,对泰达景观河道沉积物的磷释放能力进行了考察。结果显示,泰达沉积物对磷的束缚力很弱,经过12次连续解吸,总解吸量累计达到0.054 mg/g,已威胁到景观水体的健康。沉积物-水界面上的总溶解磷(TDP)平衡浓度在0.06 mg/l附近,当进水TDP低于此值时,磷会呈现逐渐释放的趋势。沉积物表面的扰动会促进磷的释放,但不是主要因素。在厌氧状态下,沉积物中磷的释放量要大于好氧状态下磷的释放量。

再起步前湿式离合器扭矩迟滞自适应方法

为尽可能提高湿式离合器起步前的压力水平,同时降低再起步前发动机负载、改善再起步前的怠速抖动现象,提出一种基于发动机与离合器扭矩差的扭矩迟滞自适应方法,该自适应过程主要由初始化、监测、判断及完成4个阶段组成,依据扭矩差对离合器压力进行自适应调节,直至完全消除扭矩差。实车测试结果表明,自适应策略能够准确识别并介入目标工况,进而自适应进行再起步前的压力补偿,改善抖动现象。

一种通用六阶紧致差分格式在耦合Schrodinger-KdV方程中的应用

构造了一种六阶紧致差分格式的通用矩阵形式,并将其应用于耦合Schrodinger-KdV方程的数值求解,证明了物理不变量在该格式下的守恒性.数值实验表明所用方法具有较好的不变量守恒性,并较其他数值计算方法具有更高的收敛阶.

环冷机卸矿漏斗与卸料槽之间的柔性密封装置设计

为了解决国内环冷机卸矿漏斗与卸料槽之间密封问题,研发设计一种柔性密封装置。此结构装置既实现了卸矿漏斗与卸料槽之间的绝对密封,又能确保卸矿漏斗上称重传感器的灵敏度;柔性密封装置内部设有耐磨衬板,防止物料在下落过程中直接冲刷柔性金属膨胀节,提高了整个装置的使用寿命;柔性密封装置分别与卸矿漏斗上部和卸料槽下部连接,其拆卸、维修方便;柔性密封装置的研发设计,提高了环冷机的整体密封性,减少故障率,降低了维修成本。

模具模板零件通槽加工方案

模具作为产品生产的关键工具,其制造周期及质量将直接影响新产品的开发周期及质量,因此,对模具加工周期及质量要求越来越高,存在安全隐患及低效、低质的加工工艺已不适合现代模具的制造。为适应现今模具的高速发展,必须应用新的加工工艺以推动模具制造的安全、高效、高质技术发展,并缩短模具制造周期和提高模具质量。