基于MEMS-FPI片上光谱芯片的多组分痕量气体检测系统

气体的特征吸收频率可以通过红外光谱技术进行提取,但以可调谐激光吸收光谱法(TDLAS)为标志的气体光谱检测技术难以兼顾宽波段与高精度。因此,高集成度、高速度和高稳定性的多组分痕量气体的检测技术一直是科研界研究的热点。为了拓宽红外激光器检测的范围,本项目研发了中心波长分别为1543、1579、1626、1653、1690与1742 nm波段可调谐的多通道、可调频分布式反馈(DFB)激光器作为光源。利用MEMS-FPI片上光谱芯片探测带宽窄(约5 nm)、工作波长可精准调控、滤波效率高等一系列优势,实现了与多波长红外激光器的同步探测,完成多种混合气体的稳定高精度的识别与浓度检测,有效抑制了背景气体的相互干扰。该系统采用可寻址的MEMS-FPI光谱芯片的多通道波长调制(WMS)技术,通过单路锁相放大电路分别对不同气体吸收谱线的二次谐波(2f)信号进行解调与数字采集。实现了甲烷(CH4),硫化氢(H_(2)S),乙烯(C2H4)等七种气体标志物的快速痕量级检测。能够兼顾多组分识别与低气体检测下限(识别速度2 s以内),检测下限相比于传统宽光谱直接测量方法降低了约700倍。实验结果表明,本系统对甲烷的检测下限可达到0.2μL·L^(-1),且二氧化碳的检测下限为10μL·L^(-1),丙酮的检测下限为2μL·L^(-1),乙烯、硫化氢的检测下限为1μL·L^(-1),氨气的检测下限为5μL·L^(-1),氯化氢的检测下限为4μL·L^(-1),完全满足包括双碳背景下的低浓度温室气体监测、医疗领域人体呼出气体检测与诊断在内的一系列痕量级多组分气体检测的应用需求。

不孕(育)症夫妻二元应对异质性研究及相关因素分析

目的·采用潜在剖面分析法探索辅助生殖技术(assisted reproductive technology,ART)治疗前不孕(育)症夫妻二元应对水平的潜在剖面,并探讨不同剖面间的差异及相关因素。方法·招募2023年9月至11月在上海交通大学医学院附属仁济医院生殖医学中心接受ART治疗的不孕(育)症初诊夫妇,应用一般资料问卷、生育压力量表(Fertility Problem Inventory,FPI)、二元应对评估工具(Dyadic Coping Inventory,DCI)、生育生活质量量表(Fertility Quality of Life Tool,FertiQoL量表)进行评估。采用潜在剖面分析探索不孕(育)症夫妻治疗前二元应对的剖面类型,比较不同剖面之间的一般特征,及FPI和FertiQoL量表得分;采用多元Logistic回归分析不同二元应对剖面的相关因素。结果·共纳入257对不孕(育)症夫妻,女性平均年龄(30.15±3.07)岁,男性平均年龄(31.82±3.82)岁,平均婚龄(3.75±2.16)年,平均不孕(2.90±1.92)年;男方导致不孕118对、女方导致不孕109对、男女共患不孕(育)症30对;男性DCI平均得分(128.25±19.15)分,女性(129.91±18.32)分。根据二元应对水平,257对夫妻可分为4个潜在剖面:共同积极组(153对,59.5%)、共同消极组(85对,33.1%)、男方积极组(12对,4.7%)及男方消极组(7对,2.7%);不同剖面不孕(育)症夫妻的年龄、FPI得分、FertiQoL量表得分、再婚比例间差异均具有统计学意义(均P<0.05)。多元Logistic回归分析结果显示,以共同积极组为参照,共同消极组的男方年龄更大(OR=1.122,95%CI 1.004~1.254,P=0.036)、男女双方FPI得分更高(男:OR=1.019,95%CI 1.003~1.035,P=0.018;女:OR=1.020,95%CI 1.004~1.036,P=0.015)、男方FertiQoL量表得分更低(OR=0.966,95%CI 0.937~0.996,P=0.029)。结论·接受ART治疗前不孕(育)症夫妻的二元应对水平可分为4个剖面类型;与共同积极应对夫妻相比,男性生育压力大、年龄大、感知的生育生活质量低,以及女性生育压力大均是夫妻共同消极应对的危险因素。

基于混合干涉结构的光纤温盐深传感器设计

提出了一种基于法布里-珀罗干涉仪(FPI)级联马赫-曾德干涉仪(MZI)的混合干涉型光纤温盐深传感器。利用两段单模光纤与二氧化硅(SiO_(2))毛细管制作了28μm的FPI微腔。FPI导出单模光纤依次与大芯径多模光纤、细芯光纤对准熔接,并在细芯光纤后错位熔接单模光纤,FPI导出单模-多模-细芯-错位熔接单模构成MZI。对传感器的温度、折射率及深度响应特性进行了理论分析和实验研究,通过监测反射谱和透射谱,选取不同的特征波长。实验结果表明:FPI对折射率变化不敏感,温度和深度灵敏度为0.578 nm/℃和1.297 2 nm/cm, MZI两个特征波谷对温度灵敏度分别为0.052 4 nm/℃和0.055 2 nm/℃,折射率灵敏度分别为-35.157 nm/RIU和-27.581 nm/RIU,对深度变化不敏感。该传感器具有制作简单、成本低廉等优点。

基于MODIS数据的火险潜在指数(FPI)及其应用研究

死、活可燃物含水率大小决定森林点燃的难易度,是判断林火能否发生、进行林火预报的重要因子。本文应用火险潜在指数(FPI,Fire Potential Index)模型,从这2个方面分析研究可燃物湿度对林火发生的影响。利用MO-DIS遥感数据提取FPI模型所需因素(气象数据:相对湿度、温度;植被数据:10 h时滞可燃物湿度、归一化水分指数、植被绿度),并将获得的2004年10月黑龙江省和2008年3月南方几省的气象、植被数据输入FPI模型,得到火险指数和火险等级划分。实践证明,应用该模型能够提高火险在时间和地理分布上的预报能力及预防技术。

知识驱动和数据驱动在TBM智能施工机器学习中的应用

依托引绰济辽工程(YC)和引松供水工程(YS),从理论分析、统计检验等方面系统回顾并总结基于知识驱动方法提取的现场贯入指标FPI和扭矩贯入指标TPI在TBM智能施工机器学习中的应用。从智能预测围岩分类和掘进参数两方面出发,将基于特征参数的预测结果与通过数据驱动获得的结果进行比较。研究结果表明:通过知识驱动获取的参数FPI和TPI可以降低数据维度和噪音,提高预测效率。在围岩分类智能预测方面,知识驱动和数据驱动方法均表现出较好的精度水平;在掘进参数预测方面,知识驱动的预测精度远高于数据驱动。作者认为单独使用FPI和TPI或者将其与数据驱动参数结合,可以丰富TBM领域机器学习的输入参数,获得较好的预测成果。

基于MODIS数据FPI-NDVI火灾监测方法研究

根据火点辐射与背景辐射的差异及MODIS数据火灾监测原理,利用MODIS数据22通道(火点辐射)和31通道(背景辐射)亮温构建了一个火点指数FPI。根据只有当植被覆盖率达到一定程度时才会发生火灾的情况,利用归一化植被指数(NDVI)对其火点提取精度进行了修正,去除了地表不是植被、或植被稀少的不足以引起火灾的区域,有效减少了因裸土或城市热岛引起的误判。就黑龙江2004年10月15日特大森林火灾的情况,提取了几种地物的FPI、NDVI值,分析了FPI、NDVI值与不同地表类型的关系。其中,云是干扰火点FPI值的最大因素,地表植被是干扰燃烧植被的最大因素,并确定了FPI和NDVI的阈值。经过分析,相对于MODIS绝对火点识别算法,其精度及提取速度都有提高。

中高层大气风场星载FPI干涉条纹的处理

中高层大气的探测与研究日益受到世界各国高度关注,中国科学院空间中心自行设计搭建了带有大口径望远镜的星载FPI原理样机,获取了干涉条纹图像。介绍FPI的原理和特点,阐述干涉条纹的处理方法,即滤波的基础上进行图像分割和干涉条纹细化线条提取。两步滤波分为中值滤波去除脉冲干扰和区域背景补偿,再采用区域平均灰度值阈值法图像分割得到二值化条纹,数学形态学运算填充小的断裂点和消除毛刺,进行条纹细化操作提取条纹。应用VC++开发了图像处理软件平台,实现了多种滤波、分割和细化的算法,各种处理结果予以对比。FPI干涉条纹处理自动化的方法应用效果明显,得到验证。

FPI、FDI与中国经济增长——基于SVAR的经验研究

利用SVAR模型,研究了外国直接投资和外国证券投资对中国经济增长的影响。结果显示FPI、FDI与中国经济增长呈现正相关关系,FDI的作用显著,FPI的作用不显著。同时,FDI和FPI之间存在一定的交替关系,FDI拉低了FPI,而FPI则在短期内对FDI有促进作用。

星载FPI探测低热层温度的研究

80-350km高度区域的大气温度与风场探测研究对于认识全球性空间动力学和日地耦合机制具有重要科学意义．法布里-珀罗干涉仪（FPI）能够通过分析接收光的干涉环反演计算出一定高度大气层的风场和温度．近年来，中国利用多种地基探测设备对中高层大气进行了观测研究，对于温度反演和星载探测技术的研究开始起步．本文基于系统传输函数和发射谱线函数的卷积，讨论了利用FPI探测高空大气温度反演计算的原理；分析了星载FPI探测的方法，根据星载FPI探测与地基探测的不同点，仿真了星载探测干涉图；结合中国观测技术现况及空间探测需要，讨论了发展星载空间环境探测仪的可行性．

M-矩阵Sylvester方程的一类交替方向迭代法

Sylvester方程广泛出现在科学计算和工程应用的许多领域中,本文研究了M-矩阵Sylvester方程的数值解法.基于M-矩阵的性质和交替方向迭代的思想,提出了一类交替方向迭代法以求解M-矩阵Sylvester方程,并给出了新方法的收敛性分析.数值实验表明,新方法是可行的,而且在一定条件下也是较为有效的.

基于松下FPI-C72的变频恒压供水系统设计

设计了一套基于松下PLC的变频恒压供水系统。硬件主控制器选用松下FPI-C72型PLC,变频调速装置选用三菱公司的FR-A740通用型变频器,通过6个接触器对3个水泵实现正反转控制,通过压力变送器对水压进行监测。对系统的PLC程序进行了设计,实现了手动和自动切换运行模式。

基于全天空FPI的临近空间中性风场研究

目的对临近空间大气中性风场进行监测与分析。方法借助法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)观测临近空间顶层的大气中性风场。针对北极黄河站(78.92°N,11.93°E)临近空间顶层的大气中性风场,介绍全天空FPI测风的基本原理,通过对2016年11月25日全天空FPI设备观测的OI557.7 nm气辉干涉图进行分析,反演得到极光亚暴期间的内5级环的水平风场和视线风场。结果极地地区临近空间顶层的水平风速基本保持在-200~200 m/s之间,极光亚暴使得中性风场呈现出一定的方向性,并且风场增大的方向垂直于极光弧。结论利用全天空FPI设备可以对临近空间顶层的大气中性风场进行探测和分析,有助于认识和理解临近空间大气环境。

浅议公路建设投融资体制改革与FPI融资方式

我国现行的公路建设投融资体制长期以来,是以上级单位对下级单位实行计划加补助的投资模式,改革现行公路建设投融资体制本文针对现行体制的现状及加入WTO后的需要。FPI起源于英国,20世纪90年代以来在英国得以应用。目前,它在很大程度上已成为英国政府治国的理念,并越来越广泛地被用来为政府的非资本性投资项目融资。它多被用于基础设施领域的建设项目。

基于滇中引水的TBM数据预处理与特征参数分析

TBM(全断面岩石掘进机)在掘进过程中会采集大量数据,数据类型丰富,总量庞大。但由于PLC采集数据的机制,原始数据规模庞大且包含了大量冗杂信息。本文基于标准化数据预处理,通过阈值设定,标准差划分等技术手段,以掘进段为单位对原始数据进行了初步分割,在此基础上进行了降噪和滤波,对异常数据进行了分类,基于处理后的数据对特征参数现场贯入指标(FPI)和扭矩贯入指标(TPI)进行了分析,研究了特征参数与围岩地质情况的相关性。结果表明:数据预处理程序能够较好的进行掘进段划分,经过处理的数据得到的特征参数质量高,与围岩地质情况有较好的关联度。

基于增强型游标效应的光纤温度传感器

提出了一种基于增强型游标效应增敏的高灵敏度光纤温度传感器,该传感器由对温度均敏感的法布里-珀罗干涉计(Fabry-Perot Interferometer,FPI)与萨格奈克干涉计(Sagnac Interferometer,SI)级联构成。FPI为聚二甲基硅氧烷(PDMS)填充空芯光纤(HCF)形成的PDMS腔,SI由单模光纤环内熔接一段熊猫光纤而成。FPI和SI具有相反的温度响应,随温度的升高,FPI的干涉谱逐渐红移,而SI的干涉谱逐渐蓝移,从而产生增强型游标效应,其温度灵敏度远大于单个FPI或单个SI,且放大倍率明显高于普通游标效应。实验结果表明:36~39℃温度范围内,该传感器温度灵敏度达到了-57.85 nm/℃,分别为单个FPI和SI灵敏度的44.8倍和30.8倍,分别为普通游标效应放大倍率的2.56倍和1.66倍。该传感器具有灵敏度高、稳定性能好、制备成本低等优点,具有非常好的应用前景。

干涉型光纤海洋参数传感器的分布式测量方法研究

光纤传感器因其灵敏度高、体积小等优点在海洋监测领域得到了广泛关注.目前高性能的海洋温盐深参数监测光纤传感器大都基于干涉原理,难以实现同一系统内多个传感器的复用,不能满足海洋环境参数高时空分辨力的监测需求.基于调频连续波原理,提出一种适用于干涉型海洋参数光纤传感器的大容量复用方法.利用不同干涉仪端面反射光与参考光形成Mach-Zehnder干涉光谱的特征频率确定不同传感器的位置,通过不同端面特征频率间的拍频还原了单个传感器的光谱.设计并搭建了干涉型海洋参数传感器的分布式传感系统,实现了系统中传感器的定位以及光谱信号还原,并通过理论计算证明分布式传感系统中至少可以实现500个传感器的复用.本论文的研究可以为高性能干涉型光纤传感器的海洋参数链式监测提供技术支持.

基于非本征法珀干涉的自动温度补偿倾角传感器

提出并证明了一种基于非本征法布里—珀罗干涉(EFPI)原理具有自动温度补偿功能的高精度光纤倾角传感器。传感器采用EFPI原理和柔性绳悬挂质量块的结构,无需弹性元器件,通过直接测量质量块的位移来测量倾角。利用2只EFPI传感器的腔长差消除温度影响,实现了高达±0.15″(角秒)的角度分辨率和0.01″/℃的超低温度灵敏度。通过对水电站倾角的监测,验证了该传感器在水利工程等建筑物的长期倾角监测中的适用性。

基于Fabry-Perot的中高层大气风速反演数据处理研究

中高层大气风速反演需要精确的确定法布里-帕罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)干涉条纹的圆心和半径.本文针对FPI非闭合式干涉环条纹,提出了新的条纹圆心和半径确定方法:首先对所得到的条纹强度分布进行噪声去除预处理:包括均值滤波和自适应滤波;然后初步确定圆心,以该圆心为中心作n条射线得到n条干涉环剖线,利用高斯函数拟合得到干涉环峰值位置,再利用所得峰值位置进行圆拟合得到新的圆心和半径;最后以新的圆心为初始圆心重复上述计算过程直到圆心坐标收敛.利用上述方法对FPI仿真数据进行处理,并用于中高层大气风速反演,得到风速值为96.9537m/s(对应实际风速值约100m/s)和7.528.2m/s(对应实际风速值约10m/s),将其与理论实际值进行比较,得到反演绝对误差分别为-2.977m/s和-2.465m/s,相对误差分别为-2.98%和-24.67%,表明上述方法满足中高层大气风速(一般为每秒几十米到几百米)的反演精度要求,初步论证了圆心和半径确定方法的可行性.

地基Fabry-Perot中高层大气风速反演及误差分析

基于子午工程地基法布里-帕罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)的气辉观测数据,结合地基独特的观测模式(天顶角为0°的天顶方向和天顶角为45°的东西北南四个方向)对地基中高层大气风速进行反演,包括数据预处理、干涉环圆心确定、干涉环半径计算和风速反演.将2010年5月6-13日8天十个环(十个干涉环同时参与反演)的反演结果与地基FPI风速实测数据进行比较,得到557.7 nm,630.0 nm,892.0 nm三种谱线气辉的反演平均偏差分别为2.7 m·s^(-1),5.5 m·s^(-1),7.7 m·s^(-1).此外,基于反演算法对上述反演精度影响因素进行了分析.研究发现,气辉辐射强度对风速的反演精度影响较大,气辉辐射越强,外环的半径计算精度越高,可参与的反演环数越多,则最终的风速反演精度越高.而圆心偏差士2 pixel(五个环)和士1 pixel(十个环)及焦距变化(士10 mm)对风速反演精度的影响相对较小,但当超出这一偏差范围,风速反演偏差会迅速增大.

基于全天空F-P干涉仪反演热层垂直中性风

由于测量与计算的难度,对热层垂直中性风的观测还很不够,这影响了人们对热层及热层-电离层耦合的认识.本文基于全天空法布里-珀罗干涉仪(FPI)对热层风场的观测,提出了一种反演垂直中性风的方法.利用该方法,对北极黄河站全天空FPI观测数据进行了垂直中性风的反演计算,结果表明,高热层与低热层的垂直风平均幅值分别在40m·s-1和15m·s-1,且垂直风日变化表现出明显的时间演变特性,且与地磁ap指数的变化有一定的相关性,在地磁活动强烈时,低热层垂直风会出现高达100m·s-1的扰动,高热层甚至会达到300m·s-1的扰动,这些特征与其他学者的观测结果相一致.本文方法不需要假设垂直风均值为零,也不用限制FPI的观测方位,可用于垂直风的反演.