气体钻井地层出水仿生处理技术研究

针对气体钻井钻遇地层出水以后泥页岩自吸水导致黏土水化引发的井壁失稳问题,提出了气体钻井泥页岩表面仿生处理工艺技术,研制了一种仿生泡沫处理液。室内综合性能评价表明,该仿生泡沫处理液具有良好的泡沫性能,其抗盐、抗油、抗温、抗岩屑污染能力强,同时展现出强效、持久的泥页岩抑制能力。采用该仿生泡沫处理液处理后的泥页岩岩样,可将泥页岩表面的润湿性能由亲水性向疏水性转变,从而起到阻止地层水液相侵入泥页岩地层内部的目的,大幅度提高泥页岩在清水中的强度,达到维持泥页岩地层井壁稳定的目的。

基于仿生技术的泥页岩井壁稳定处理液研究

为解决气体钻井钻遇地层出水引发的泥页岩井壁失稳问题,根据植物叶面的"荷叶效应",优选了仿生处理剂,研制了泥页岩仿生处理液,并进行了室内性能评价试验。试验结果表明,该仿生处理液能有效降低泥页岩表面的表面能,形成类似于荷叶或芋叶表面的微米—纳米突起结构,实现泥页岩表面从亲水向疏水转变(清水接触角大于120°),从而达到阻止泥页岩自吸水的作用,提高泥页岩在水溶液中的强度,维持泥页岩井壁稳定;同时,该仿生处理液形成的疏水表面具有一定耐磨性和热稳定性,不受地层水矿化度的影响,适用于中性或碱性条件,但地层温度不宜高于80℃。研究表明,利用仿生学原理,通过控制泥页岩的自吸水作用避免泥页岩黏土水化,可作为一种解决气体钻井地层出水导致井壁失稳问题的有效途径。

基于奥米亚棕蝇定位机理的仿生耦合处理系统

考虑超短基线的奥米亚棕蝇能精确地定位其寄主声源,建立了基于奥米亚棕蝇的仿生耦合处理系统以提高小型化测向设备的性能。依据奥米亚棕蝇听觉耦合结构的力学模型,计算听觉结构振动的时域响应、频域响应和响应的相位差,构建了仿生耦合处理系统的模型。分析了仿生耦合处理系统的性能,结果显示:通过设置合适的耦合参数,该系统可处理任意频段的信号,有效地增强信号间的相位差,理想条件下相位差可被放大18倍左右。针对确定的耦合参数,系统存在唯一的最敏感频率和最敏感入射角,即当信号频率等于最敏感频率时,耦合处理后的响应相位差可以达到180°;当以最敏感入射角入射时,响应相位差的变化率最大。该仿生耦合处理系统可采用两种体制测量方向:即依据测量的耦合相位差直接测向和在最敏感频率和最敏感入射角概念的基础上利用基线旋转实现测向。文中的分析结果为仿生耦合处理系统的应用提供了理论基础。

基于仿生耦合处理的阵列孔径扩展研究

为兼顾传感器阵列的小型化与高性能,提出对小孔径阵列的接收信号进行仿生耦合处理,以扩展阵列的有效孔径。将寄生蝇耦合听觉结构看成一个两输入-两输出系统,基于其振动方程,推导输出响应的具体表达式,构建信号处理模型,优化耦合参数,对阵列信号进行仿生耦合处理。仿真结果表明,仿生耦合处理放大了阵元信号间的相位差,虚拟地扩展了阵列孔径,能够在保证高性能的前提下实现阵列的小型化。

不同硬度摩擦副对激光仿生灰铸铁磨损的影响

介绍了激光加工条纹状仿生灰铸铁试样与不同硬度的45号钢对磨副的摩擦磨损过程,研究了对磨副硬度对磨损体系的影响。分析了激光处理后的灰铸铁硬度和组织,使用自制往复式摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,借助白光干涉仪分析磨损后表面形貌。结果表明:非光滑表面对对磨副的损伤机理与光滑试样不同,非光滑表面凸起对对磨副有微观切削作用。以对磨副磨损区域最大犁沟深度为评价指标,非光滑表面的平均硬度与其耐磨性没有简单的等比例关系。以仿生灰铸铁表面的磨损质量为评价指标,随对磨副硬度的增大,仿生灰铸铁试样的磨损量先增大后减小。

一种仿生高距离分辨率估计器

蝙蝠所具有的回声定位系统可以使其在恶劣环境中准确地捕食猎物,其卓越的距离分辨能力为现有主动信息处理系统提升距离分辨力提供了可能的解决方案。基于此,从研究蝙蝠回声定位信号处理模型入手,对模型参数进行仿生化,并应用一种修正基函数,使其可以应用于水下主动信息处理系统高频段,以提升水下主动系统的距离分辨力。仿真结果表明,仿生处理可以很好地分辨混叠大的目标回波,提升了距离分辨力,且性能优于相关器。

一种自适应的仿生图像增强方法:LDRF算法

为了研究基于人类视觉系统特性(亮度自适应特性和视网膜神经元感受野非经典侧抑制特性)的仿生图像处理方法,增强仿生图像增强算法的自适应性,提出了一种新的自适应仿生图像增强算法——LDRF算法.LDRF算法首先建立参数对数模型对图像全局亮度进行自适应调整,然后采用三高斯动态滤波进行局部细节增强,引入Wal-lis算子建立增益因子模型,使局部细节增强具有自适应性,最后通过线性变换恢复图像彩色信息.在大量图像上进行对比实验和分析.实验结果证明,LDRF算法能够避免过增强现象,并且针对不同大小、不同内容的图像能够自适应地进行图像增强,取得了较好的效果,提高了仿生图像增强算法的实用性.

基于对数调频生物仿生波信号的军事雷达测距优化方法分析

研究军事雷达测距的仿生波形准确设计和优化问题,为了加强数调频仿生信号的时延分辨力。在传统的军事雷达生物仿生波信号测距方法的基础上引入对数调频对仿生波测距过程进行优化,给出了该仿生模型的处理过程,特别在滤波器组滤波过程中,运用一组Q值相同的对数调频信号,带宽呈Lyons Cochlear模型变化的FIR线性滤波器组实现。仿真结果表明在军事雷达测距中,采用该方法对接收到的回波信号进行处理分析,从目标检测曲线、距离估计方面与匹配滤波方法相比,准确性更高,性能更稳定。

基于对数调频谐波仿生信号的参量估计

介绍了一种基于仿生信号的参量估计方法。首先给出了仿生信号模型,针对常用的线性调频(LFM)谐波信号和对数调频谐波信号,分析了其宽带模糊度图,比较了两者的时延分辨率。在此基础上,采用仿生生物模型对2种信号进行了处理,并运用1组Q值相同、带宽变化的有限脉冲响应(FIR)滤波器组实现耳蜗滤波。最后,对这2种仿生信号的检测性能、距离估计的精度及其均方根误差进行比较。分析表明,仿生生物模型采用对数调频谐波信号具有较好的时延分辨性能,同时具有更好的检测和参量估计性能。

基于对数调频生物仿生波信号的军事雷达测距优化方法分析

研究军事雷达测距的仿生波形准确设计和优化问题，为了加强数调频仿生信号的时延分辨力。在传统的军事雷达生物仿生波信号测距方法的基础上引入对数调频对仿生波测距过程进行优化，给出了该仿生模型的处理过程，特别在滤波器组滤波过程中，运用一组Q值相同的对数调频信号，带宽呈Lyons Cochlear模型变化的FIR线性滤波器组实现。仿真结果表明在军事雷达测距中，采用该方法对接收到的回波信号进行处理分析，从目标检测曲线、距离估计方面与匹配滤波方法相比，准确性更高，性能更稳定。

浅谈城市景观水处理

目前,随着城市的发展,景观水体的水质已开始发生变化,水体中富集氮、磷等营养物质,使藻类异常增殖,水体透明度下降,溶解氧降低,水质严重恶化。景观水体的处理,主要是控制水体中的COD、BOD5、TN、TP等污染物的含量及藻类的生长,使其不过度繁殖,目的是为了保护整个流域的水质,重现生动自然美丽的水景。

氧化处理Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr合金表面生物活性研究

对氧化处理后的Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr合金进行碱处理,其表面具有了生物活性.将处理后的合金在仿生溶液中浸泡后,有类似骨组织的磷酸钙生成.

受生物视觉“图形–背景”分辨机制启发的遥感影像水体信息提取方法

蝇类昆虫–果蝇复眼视觉系统的高适应性和高可靠性是一种自然特性,对于视觉杂乱场景中感兴趣目标/区域(统称“图形”)的分辨和飞行追踪过程,在本质上却是良态和适定的。本文针对遥感影像水体信息提取所涉及的图像分割和“图形–背景(figure-backgrounds, FB)”分辨这一逆问题求解存在的病态的(不适定的)本质性困难,基于昆虫生理学研究的新发现,分析果蝇复眼视觉信息加工的神经过程,模拟其无需背景建模、先验信息以及不依赖于样本数据训练隐式模型,所具有的视觉杂乱背景且噪声干扰下“图形–背景”分辨的功能优势,提出一种仿蝇视觉“图形–背景”分辨的遥感影像水体提取方法,通过多组仿真实验,并与标准的归一化差异水体指数NDWI、改进的NDWI (MNDWI)、决策树模型以及SVM分类等方法做了分析对比,验证了新方法的优越性。

Calcium Phosphate Coating on Al_2O_3 Ceramics by a Biomimetic Method Using Electric Pulse Technique

The preparation of calcium phosphate （CP） coating on alumina ceramics using electric pulse stimulating methoe has been investigated. The cup-shaped alumina ceramics were soaked in a simulated body fluid （SBF）, and a square pulse potential with frequency of 1 Hz and voltage of 110 V was applied between the inner and outer surfaces of the alumina cup. Surface morphology of CP coatings during different deposition periods was observed by a Philips XL-30 scanning electron microscope （SEM）. Compositional analysis was examined by EDAX. The mechanism of nucleation and growth of CP coating was discussed. SEM result indicates that the coating comprises of a large number of tiny needle-like grains and has a porous microstructure. There is a strong bond between the deposited layer and Al2O3 substrate, which may be due to the gentle growth of the biomimetic method. The EDAX analysis indicates that main composition of the coating is calcium and phosphor. The formation of CP coating may be contributed to the stimulation of electric pulse and the high ions concentration which is 1.5 times of the concentration of SBF solution （1.5SBF solution）. Such surface functionalization method by electric pulse potential can be used to prepare CP coating on various electric-insulating bioinert materials for improving their bioactive character.

用于图像增强的仿生自适应忆阻细胞神经网络

细胞神经网络(cellular neural network, CNN)具有简单的局部互联结构和高速并行处理能力,是构造人工视网膜的基础模型,可被应用于机器视觉中图像处理时的图像增强等方面.然而,现有的此类图像增强方法尚存在一些不足,例如,在处理实际复杂图像时,采用固定模板难以取得理想效果;而且,未能模拟人类视觉系统的全局和局部自适应调节特性,缺乏仿生考虑.因此,本文融合自适应三高斯(tri-Gaussian)理论和纳米信息器件忆阻器,提出了一种用于图像增强的新型仿生自适应忆阻细胞神经网络.其中,基于忆阻器的可编程性、非易失性、突触可塑性等优点,构建忆阻细胞神经网络架构.基于神经元感受野三高斯模型,利用高斯核函数和细胞神经网络的图像处理特征,提出对应的仿生自适应图像增强模板设计算法.最后,分别以灰度和彩色图像为例进行了图像增强实验和对比分析,结果表明,提出的仿生自适应忆阻细胞神经网络能够显著提高图像的全局亮度、局部对比度和清晰度.本研究可为细胞神经网络提供自适应模板设计及实现方案,提升细胞神经网络的仿生特性和硬件实现的可行性,并为图像增强等智能图像处理提供新思路.