一流专业背景下的微波课程群改革与实践

研究了“双一流”建设背景下河北大学通信工程专业微波课程群建设工作。探讨和研究通信工程专业课程改革措施和实践过程,包括强化知识一体化建设、思政元素与专业知识融合、改革课程评价机制等。通过以上措施,有效提升了学生对相关课程概念的理解,提高了学生学习兴趣和创新及实践能力。

400 km/h高铁隧道联通式缓冲结构对微气压波的影响

随着高速列车运行速度的提升,隧道口微气压波幅值剧增,强烈的爆破噪声同时影响着周边环境和附近居民的正常生活。本文研究由平行导坑与横通道组成的联通式缓冲结构对400 km/h高铁隧道微气压波的缓解作用。首先,进行400 km/h动模型试验,验证数值模拟方法的准确性;其次,基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格技术分析联通式缓冲结构位置距隧道入口的距离D与联通式缓冲结构长度L对微气压波的影响。研究结果表明:随着D增加,微气压波的缓解率逐渐增大,在D=25 m时达到最优,微气压波幅值减少34.4%;随着L增加,微气压波幅值缓慢增加;当L=30 m时,隧道口20 m处的微气压波幅值为91 Pa,缓解率为37.1%。联通式缓冲结构与既有350 km/h高铁线路上的断面扩大开孔型缓冲结构组合,可将隧道口20 m处微气压波幅值减小至47.3 Pa,降幅达67.3%。联通式缓冲结构合理利用了修建隧道时遗留的平行导坑,可在保障施工成本几乎不变的前提下,显著缓解微气压波,保护隧道周边环境。

复合微多普勒信号的时频谐波分析方法

在对复合微动目标的雷达回波进行时频分析时,存在时频曲线能量难以聚焦等问题,影响目标微多普勒特征提取和分析。对此,提出了时频谐波条纹的概念以及相应时频变换方法。基于复合微动包含中心运动分量和高频运动分量的假设,首先利用样条函数拟合中心分量频率曲线,构造时频变换核函数。然后,通过参数化时频变换将时域的复合微多普勒信号转化为时频平面上的谐波条纹。所提方法相比短时傅里叶变换和伪魏格纳分布等经典方法,能够明显改善复合微动目标雷达回波时频变换的能量聚集性与杂散抑制效果,仿真验证了所提方法的有效性和对低信噪比条件的适应性。

400km/h高铁隧道出入口缓冲结构开口率对微压波影响研究

随着高速列车运行时速的提升,车-隧气动效应加剧、微压波超限问题愈发严重。以往研究表明,隧道洞口设置缓冲结构是解决微压波问题的有效手段之一,但是随着隧道长度增加、列车时速提升,仅以入口缓冲结构作为标准的设计方法存在一定局限性。并且国内外的研究重点更多集中在入口缓冲结构,对出口缓冲结构及隧道出入口均设置缓冲结构的设计方法研究相对较少。针对这一问题,利用控制容积法分析出口开口式缓冲结构的关键影响参数。基于LES湍流模型和动网格技术建立三维数值仿真模型,对关键参数的正确性做出验证。分析隧道出入口对称、非对称设置缓冲结构对微压波特性的影响,提出适用于单线和双线隧道的洞口开口式缓冲结构的设计方法。研究结果表明:1)隧道出口缓冲结构开口率是影响出口缓冲结构对微压波压力缓解效率的关键参数,开口率越大,微压波压力最大值越低;2)隧道入口以压力梯度为控制标准设置最优缓冲结构、隧道出口提高缓冲结构开口率的形式,在单线隧道缓冲结构设计中对微压波有更高的缓解率,出口缓冲结构开口率越大,对微压波压力缓解效率越高;3)双线隧道洞口开口式缓冲结构设计时,应当增加其总开口率,同时选择小面积、多个数的开口形式并在隧道出入口对称设置。

台阶开孔式缓冲结构对隧道气动效应分析

随着列车速度的不断提升,列车由明线驶入隧道所引发的微气压波问题变得日益突出,组合型式缓冲结构较单一型式缓冲结构能更好的缓解微气压波的影响,为了进一步减缓微气压波对隧道周边环境的影响,提出了台阶开孔式组合型缓冲结构。基于κ-ε两方程紊流模型(κ为湍动能,ε为耗散率),运用数值模拟的方法,从开孔距离、开孔率、开孔数量、开孔位置4个方面进行研究,对列车驶入隧道所引起的初始压缩波压力和压力梯度值进行具体分析,得出优化设计参数。台阶开孔式缓冲结构对初始压缩波压力最大值的影响较小,但对初始压缩波压力梯度值影响较大。当开孔距离为4 m、开孔率α为36%、开孔数量为2孔、开孔位置为顶部开孔时,为最优工况,对压力梯度的减缓效果达到了60.14%。

一种便捷的IFM自动化测试系统

随着微波组件集成度的提高及测试指标的增多,传统手动测试方法的低效率已对其可测试性造成了阻碍,导致了生产效率低下。为提高测试效率,设计了一种基于虚拟仪器开发软件的自动测试系统,并对其在瞬时测频接收机(IFM)自动化测试中的应用进行分析。结果表明:该测试系统具有测试速度快、测试结果准确、测试结果自动保存等优点,可极大地提高组件的测试效率。

微磨粒对超声空化冲击波衰减作用研究

目的研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响。方法建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型。使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得到空化泡半径随时间的变化规律,以及空泡内部压强随空化泡半径变化的规律。结果当空泡半径被压缩至1μm左右时,空泡内部压强可达1000 MPa。通过对距离空泡壁1.5R_(0)处的冲击波压力进行求解发现,冲击波的压力仅需0.07μs就可从初始的1000 MPa迅速衰减至80 MPa。通过比较纯水介质与混合介质(SiO_(2)微磨粒与水)中冲击波传播速度的结果发现,加入SiO_(2)微磨粒会使冲击波的最大速度由2976 m/s降至2681 m/s,降低率约为10%。通过钛钽合金的功率超声振动加工实验验证了数值结果。对比分析了加入SiO_(2)微磨粒前后钛钽合金表面结构和三维表面形貌,发现微磨粒的加入导致材料表面空化坑的投影面积下降了12.5%。结论证实微磨粒对冲击波的传播起到了明显的衰减作用,是对材料表面产生作用的主要因素。该研究在超声加工领域具有理论意义和工程价值。

微能量医学治疗勃起功能障碍的研究进展

勃起功能障碍是男性常见的性功能障碍疾病之一,严重影响男性的健康和家庭的幸福。勃起功能障碍的治疗策略是以口服磷酸二酯酶抑制剂为主的个性化综合治疗。目前,微能量医学作为治疗勃起功能障碍的新兴方式之一,其治疗效果及优势已日益凸显,备受关注。本文对微能量医学治疗勃起功能障碍的相关研究进展作一简要综述。

测定地质样品中铌、钽、铪、锆不同分析方法的比较

研究了不同酸溶、碱融测定地质样品中铌、钽、铪、锆的前处理方法,利用电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法进行测定。选用不同种类地质样品标准物质进行了条件实验,并分析了敞口酸溶、密闭消解、碱融三种不同分析方法的优劣点,供不同实验条件的实验室进行选择。采用硝酸-氢氟酸-过氧化氢体系密闭消解酸溶ICP-MS检测的方法能很好地测定铌、钽、铪、锆,相对标准偏差(RSDn=12)小于4%,并应用于尼日利亚高山州ZURAK地区一批实际样品的分析检测,取得了较好的效果。

高速铁路隧道洞口微气压波计算模型的修正

隧道洞口微气压波随列车运行速度提高显著提升,可能影响周围建筑及居民。隧道洞口微气压波与隧道内压力波首波压力梯度密切相关。根据实车测试数据,分析隧道内不同位置压力梯度,修正了辐射立体角模型(Radiation Solid Angle Model,RSA),给出模型关键参数空间立体角的取值方法。结果表明:列车以350 km/h通过无砟轨道隧道时,从隧道入口至隧道中心附近压力波首波压力梯度逐渐提高;采用随机森林方法分析RSA模型参数特征权重并修正模型,修正后的RSA模型相对原模型对隧道洞口微气压波压力峰值的计算精度更高。提出了采用无人机或测距仪等设备测量计算隧道洞口空间立体角的三种方法。

叉指电极结构传感器的研究及应用进展

叉指电极传感器以其结构简单、灵敏度高、稳定性好等独特优点成为众多领域的研究热点。本文详细论述了叉指电极的工作原理、指标参数、检测原理、制备工艺和分布结构等,探讨了近几年叉指电极结构传感器在医学、环境、生物等行业的应用现状,重点分析在监测环境因素、人体运动状态和声表面波(SAW)技术等方面的最新研究技术,最后对其发展前景、趋势和挑战进行了分析和展望。

基于微多普勒特征的人体动作识别

针对传统的视觉识别人体动作易受到光照变化、被遮挡和隐私问题等的影响,提出一种基于77 GHz毫米波雷达识别人体动作的方案。首先,使用77 GHz毫米波雷达采集人体动作的雷达回波样本,处理回波样本得到微多普勒频谱图;其次,首次提出一种新的自适应参数整流线性单元激活函数,将该激活函数与Resnet-18网络相结合;最后,将微多普勒频谱图数据集放入该网络训练并分类。实验结果表明,该方案对5种人体动作的平均识别准确率高达97.56%,较Resnet-PReLU网络提高了1.78%,有效地提高了对人体动作的识别精度。

引气剂调节水泥基微膨胀材料波阻抗的研究

为满足施工要求制备与各类较硬岩石波阻抗匹配的水泥基微膨胀回填材料,采用普通硅酸盐水泥、矿粉、中级砂等为原料,引气剂为密度和波速调节材料,通过改变水胶比、砂胶比与引气剂质量分数,探究其对水泥基微膨胀材料抗压强度、密度、波速和波阻抗的影响规律;测量各组材料的流动度和竖向膨胀率是否满足回填施工要求;通过微观测试,探究引气剂质量分数对水泥基微膨胀材料内部孔隙结构与孔隙率的影响规律。结果表明:引气剂的加入在水泥基微膨胀材料内部引入气泡,随引气剂质量分数增加,水泥基微膨胀材料内部孔隙率逐渐增大,抗压强度、密度、波速与波阻抗均下降;所制备出的水泥基微膨胀材料可满足的波阻抗范围为4.67~10.3 kt·m^(-2)·s^(-1),能够匹配各类常见较硬岩石波阻抗;对水泥基微膨胀材料28 d波阻抗进行多元线性回归分析,得到精度较高的回归模型,实际应用时注浆效果较好,可用于岩石波阻抗匹配材料的快速制备。

空腔结构对高速磁浮隧道压力波的影响研究

随着我国更高速铁路交通系统建设的推进,车/隧耦合空气动力效应急剧增强,如何有效缓解车/隧耦合下的压力波幅值成为众多学者研究的难题之一。为缓解隧道压力波,常在隧道口设置缓冲结构,并根据隧道横截面积和列车运行速度确定相关参数。然而,因隧道外部现有地形和空间环境的限制,无法在洞口设计长距离、大范围的缓冲结构或者对现有缓冲结构进行改造扩建。针对此类问题,提出一种具有空腔结构的新型隧道结构。采用三维、非定常、可压缩N-S方程和标准k-ε湍流模型,结合滑移网格技术,研究时速600 km磁浮列车通过横截面积92 m2的单线隧道时的隧道壁面瞬变压力和微气压波,探明隧道内部空腔结构对初始压缩波传播特性的影响规律以及对隧道瞬变压力和微气压波的缓解效果。开展动模型试验、网格精度无关性和算法无关性验证数值计算方法的正确性。研究结果表明:空腔结构使得进入隧道内部的气流流经透孔并在空腔内产生反射,通过耗散压缩波强度来抑制压缩波压力梯度的上升,从而对隧道壁面压力和隧道出口微气压波具有明显的减缓作用。相比于现有隧道,具有空腔结构的新型隧道对隧道入口140 m处的壁面压力幅值减缓作用达13.1%,对隧道出口20 m处的微气压波幅值减缓效果达8.5%。

400km/h高铁隧道组合型式缓冲结构泄压孔优化

国内外已有多条在建高速铁路隧道设计时速达到400km,随着列车速度不断提高,微气压波产生的负面效应愈发严重。相关研究及工程实践表明,单一型式缓冲结构缓解效果有限,而等截面扩大+帽檐斜切+泄压孔的组合型式缓冲结构对缓解微气压波具有更优良的效果。然而国内外对这种组合型式缓冲结构研究相对较少,为了使其满足更多实际场景的要求,针对其泄压孔几何参数进行优化仍具有一定的工程价值。针对这一问题,基于RNG k-ε双方程湍流模型,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,从首个泄压孔边缘到帽檐的距离、开孔率、开孔数量和环向开孔位置4个方面开展研究,分析在采用不同泄压孔组合型式缓冲结构下的初始压缩波和微气压波的特征,提出组合型式缓冲结构泄压孔的最佳优化参数。结果表明:相对于首个泄压孔到帽檐的距离为8,16和24m时,当距离为4m时,组合型式缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;相对于开孔率α=24%,40%和48%的组合型式缓冲结构,当开孔率为32%时,缓冲结构对微气压波的缓解最佳;相对于设置2个或8个泄压孔,设置4个4m(横向)×2m(纵向)的泄压孔时,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;在缓冲结构的环向位置上,在拱顶设置泄压孔,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳。

强激光加载下金属材料微喷诊断实验研究进展

强激光加载下金属材料产生的微喷射现象及其内在的机理分析是冲击压缩科学与工程领域研究的前沿问题,相关研究对于认识材料在极端载荷条件下的动力学行为具有重要意义。近年来国内外科学家们基于各大激光装置开展了大量微喷射诊断实验研究,在喷射物性质、金属界面不稳定性增长以及微喷混合问题等方面取得了一系列重要进展。通过回顾微喷静态和动态诊断实验的研究历程,对微喷诊断实验研究方法的重要应用作了详细介绍,同时对微喷产生的主要作用机制、影响因素以及微喷混合等问题进行回顾、梳理和总结。根据当前国内外微喷诊断实验发展趋势,归纳总结目前微喷诊断实验研究结果中仍存在的不足,并对微喷射实验研究未来发展方向进行展望。

面向“电磁场与电磁波”课程的微课建设与改革

“电磁场与电磁波”课程是培养新工科电磁场工程专业人才的一系列课程中的基石,是一门核心专业基础课程。探讨微课在“电磁场与电磁波”课程中的运用,主要从课程概念抽象和数学推导复杂的特点出发,从传统教学的课前、课中和课后三个方面,结合互联网的优势,给出了“电磁场与电磁波”课程的微课制作标准、制作内容和制作形式,鼓励学生成为微课制作的主体,不仅有效拓展了学生自主学习的空间,还丰富了学生自主学习的形式,让学生更有信心、更有兴趣地学习“电磁场与电磁波”课程,从而实现了以学生为主体的微课翻转课堂的教学改革目标。

单频涡旋电磁波雷达旋转目标微动参数提取方法

与传统平面电磁波雷达相比,涡旋电磁波雷达回波中蕴含更多的目标微动信息,综合利用线多普勒效应和角多普勒效应可获得更为准确的目标微动参数。现有线多普勒信号和角多普勒信号分离方法大多利用图像域方法对时频图像进行处理,此类方法的性能受限于时频分辨率,且需解决复杂的时频曲线分离问题。为解决上述问题,提出了一种能够适用于角多普勒较小、旋转中心未知场景下的角多普勒信号分离方法。首先分析了单频涡旋电磁波雷达中旋转目标的多普勒效应;然后利用线多普勒获得旋转目标的径向微动参数,构造参考信号补偿涡旋电磁回波,利用滤波方法获得了较为纯净的角多普勒信号;最后基于压缩感知算法和旋转目标角多普勒的性质,准确获得了旋转目标的各项微动参数。仿真验证了所提方法的正确性和鲁棒性,并分析了所提方法的性能。

与软岩波阻抗相匹配的微膨胀胶凝材料

为获得可应用于地下高频动态力学参数测量的回填材料,提出了以普通硅酸盐水泥为基础的胶凝材料,通过掺入粉煤灰、塑性膨胀剂及UEA等添加剂来制备与软岩波阻抗相匹配的微膨胀系列胶凝材料,探究了水胶比和粉煤灰取代量对微膨胀胶凝材料密度、声速、流动度、竖向膨胀率、抗压强度及波阻抗的影响规律。结果表明:随着水胶比的增大,微膨胀胶凝材料流动度略有增大,竖向膨胀率逐渐缩小,试件在各龄期的抗压强度、密度及波速均逐渐降低,相应的波阻抗也逐渐减小;随着粉煤灰取代量的增加,浆体流动度呈现逐渐增大的趋势,试件在各龄期的抗压强度、密度、波速及波阻抗均逐渐降低;随着养护龄期的延长,水泥结构的性能越来越稳定,试件的抗压强度、波速及波阻抗不断增加,然后趋于稳定。通过试验研究,制备出了抗压强度为1.8~45.5 MPa、密度为1.33~2.18 g·cm-3、波速为1.43~3.31 km·s-1、波阻抗为(1.96~7.12)×10-6kg·m-2·s-1的微膨胀胶凝材料,可应用于各种力学性能与波阻抗要求不同的砂土与软岩环境回填材料中。