基于双DMD的红外场景投影仪的结构设计及有限元分析

红外场景投影仪能够模拟多种类型的目标与背景,对光电探测系统进行动态测试评估。为提高中波红外场景投影仪帧频速度和灰度等级,提出了一种基于双DMD (数字微反射器件)的设计方案。根据光学系统的特点及中波红外投影仪使用环境,对总体结构进行选型。根据投影仪的使用环境要求,对其进行有限元分析,结论表明力学性能满足指标要求。投影仪的测试结果表明此系统完全满足指标要求。Infrared scene projector can simulate multiple types of targets and backgrounds, which can evaluate dynamic test of photoelectric detection systems. In order to improve the frame rate and the grey level of the midwave (MWIR) scene projector, the design scheme based on dual-DMD (Digital micro-mirror device) is presented. The overall structure is selected according to the characteristic of optical system and operational environment of the midwave (MWIR) scene projector. The finite element analysis of the system is carried out according to operating environment requirements, which results show that the mechanical properties meet the specification. The results of the testing for the projector illustrate that the performances of the optical systems meet the specifications of the infrared scene projector.

一例DMD基因Alu元件插入突变导致杜氏肌营养不良及其白发症状分析

杜氏肌营养不良(Duchenne muscular dystrophy,DMD)是由DMD基因突变引起的抗肌萎缩蛋白缺乏的一种严重X连锁隐性遗传病,突变形式主要包括外显子缺失和重复、点突变、插入突变等,这些突变通过不同方式影响了抗肌萎缩蛋白的正常表达,最终导致疾病的发生。本研究报告了1例DMD基因第59号外显子(exon 59,E59)插入突变引起的DMD,该患儿相关生化指标明显异常,表现较为明显的DMD早期症状,并出现了多处白发。其母亲和姐姐为携带者,生化指标轻微异常,母亲有轻微临床症状,姐姐无临床症状。其他成员基因和身体状况正常。经测序和序列比对发现,该插入片段为AluYa5亚家族的Alu元件,该片段插入可产生两个终止密码子,末端含一段多聚腺苷酸尾(polyA)。为了解该插入突变对于DMD基因的影响以及与临床症状的关联,通过外显子剪接增强子(exonic splicing enhancer,ESE)预测发现,该插入并不影响E59的剪接,由此推测该插入序列会最终出现在DMD基因的mRNA序列中,插入序列中的2个终止子和polyA很可能会在翻译过程中发挥终止作用,不能产生有功能的抗肌萎缩蛋白,这可能是导致DMD发生的机制。另外该患儿除了典型的DMD症状外,还出现了过早白发症状。本研究首次报道了1例DMD基因编码区插入Alu元件导致的DMD,为研究Alu序列逆转座引发基因突变提供线索,同时扩展了对DMD基因突变的认识。

POD和DMD方法对燃料棒流致振动特性的分析

燃料棒的流致振动是造成燃料失效和反应堆停堆的重要因素之一,研究其流致振动机理非常必要。本文建立了燃料棒的高保真有限元模型,基于ANSYS Batch和随机振动理论批量计算了不同支撑刚度下燃料棒的流致振动响应,并搭建了1个流致振动响应数据库。该数据库采用不同支撑刚度值来模拟和检查燃料棒可能遇到的情况。基于数据库组装快照矩阵,采用两种数据驱动方法(POD方法和DMD方法)搭建了1个高保真降阶模型(ROM),该ROM能够实现流致振动响应的快速重构。对比了POD方法和DMD方法重构燃料棒流致振动响应的效果以及各自的优点和缺点。研究发现:使用相同数量的模态重构燃料棒的流致振动响应时,POD方法的重构效果优于DMD方法;基于相同数量的模态重构时,刚度为1 N/mm的重构效果最差,这主要是因为刚度越小,频率越小,系统的振幅越大,需要更多数量的模态才能捕捉大幅振动带来的影响;DMD方法不仅能够高效地重构燃料棒的振动响应,还能够判断每个DMD模态的稳定性。

基于DMD的并行压缩感知时域关联成像

针对非周期时变光信号的高速探测问题,文章提出一种并行压缩感知和时域关联成像相结合的测量方法,同时借助空间光调制器DMD高速调制能力,可在探测器单次曝光时间内恢复快速时变信号,对非周期性快速时变信号具有良好的恢复效果。通过实验验证,方法可恢复频率1kHz的时变信号,并且具有很高的信噪比。

DMD基因突变的孤独症谱系障碍儿童1例报告并文献复习

目的对DMD基因突变的1例6岁孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)男性患儿进行报告,并通过文献回顾探讨DMD基因缺陷患者的ASD共患率,分析该类患者的遗传学特点,以提高对该亚型ASD的认识。方法利用染色体微阵列分析技术对ASD先证者进行检测,多重连接探针扩增技术(multiplex ligation-dependent probe amplification,MLPA)对候选突变进行家系验证。对患儿临床表型与基因型进行分析,并系统复习DMD基因突变与ASD的相关文献。结果患儿存在DMD基因arr[hg19]Xp21.1(31,518,750-31,878,971)×0微缺失,涉及DMD基因48—55号外显子,MLPA验证提示该缺失遗传自无疾病表型的母亲。文献回顾表明:贝克尔肌营养不良症(Becker muscular dystrophy,BMD)患者ASD的共患率在0.00%(0/17)~11.43%(8/70),而杜氏肌营养不良症(Duchenne muscular dystrophy,DMD)在0.0%(0/50)~54.5%(30/55)。BMD与DMD相比,前者所有队列ASD共患率的中位数(3.6%)低于后者的中位数(6.4%),但差异无统计学意义。DMD基因突变的位置与ASD发病是否相关存在争议。结论DMD基因48—55号外显子缺失可能是患儿存在BMD和ASD的共同病因。DMD基因的基因型与ASD临床表型的关系需要进一步的研究。

Dmd基因突变小鼠构建及在肌肉及免疫系统的表型验证

目的利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建抗肌萎缩蛋白(dystrophin,Dmd)基因第23号外显子点突变的Dmd基因突变小鼠,分析并验证该小鼠在肌肉及免疫系统中的表型变化,为杜氏肌营养不良症等疾病提供评价模型。方法针对Dmd基因23号外显子序列特征,设计合成小向导RNA(small guide RNA,sgRNA),将Cas9 mRNA、sgRNA片段和oligo donor DNA显微注射到C57BL/6J小鼠受精卵中,并将该受精卵移植至代孕鼠后出生获得F0代小鼠,F0代小鼠通过交配获得子代小鼠后,基因型鉴定筛选得到Dmd基因阳性突变小鼠(命名为Dmd^(Mu/+)小鼠)。选择3月龄和9月龄的雄性半合子Dmd^(Mu/+)小鼠(命名为Dmd^(Mu/Y)小鼠)和野生型C57BL/6J小鼠(作为对照)用于表型验证:称量记录活体小鼠体重,并通过悬挂实验检测小鼠肌张力,采集心脏和半腱肌,采用HE染色法观察组织病理学变化,进一步通过蛋白质印迹法检测9月龄小鼠肌肉组织内Dmd蛋白的表达情况。利用脂多糖诱导建立Dmd^(Mu/Y)小鼠急性炎症模型,采集小鼠颌下静脉血,采用流式细胞术检测外周血中性粒细胞和单核细胞比例变化。结果基因组测序和蛋白质印迹结果表明Dmd基因点突变小鼠(即Dmd^(Mu/+)小鼠)构建成功,Dmd^(Mu/+)小鼠骨骼肌和心肌中未见Dmd蛋白表达,与野生型C57BL/6J小鼠相比明显下降(P<0.05)。与背景相同的野生型小鼠相比较,3月龄和9月龄的雄性半合子突变小鼠(Dmd^(Mu/Y)小鼠)体重明显减轻(P<0.01),肌张力显著下降(P<0.05),9月龄Dmd^(Mu/Y)小鼠的骨骼肌和心肌发生肌间隙变宽等明显病变。未注射脂多糖时,与野生型小鼠相比,3月龄Dmd^(Mu/Y)小鼠的外周血中性粒细胞和单核细胞比例显著降低(P<0.01),经脂多糖诱导后,3月龄Dmd^(Mu/Y)小鼠的外周血中性粒细胞比例仍然较野生型小鼠显著降低(P<0.01),而9月龄Dmd^(Mu/Y)小鼠的外周血中性粒细胞比例在脂多糖诱导后显著升高(P<0.05),但较野生型小鼠仍显著降低(P<0.01),同月龄Dmd^(Mu/Y)小鼠经脂多糖诱导后外周血单核细胞比例与野生型小鼠相比仅有偏低趋势(P>0.05)。结论成功构建了Dmd基因突变小鼠模型,证实该基因具有维系肌肉组织正常形态和肌张力等重要功能,并初步发现该基因缺失会减少外周血液中性粒细胞比例,为后续研究杜氏肌营养不良症患者的免疫系统异变机制提供新的思路。

基于CYCBD和参数自适应DMD的滚动轴承微弱故障诊断

在旋转机械故障诊断中,传感器采集到的滚动轴承振动信号容易受到多个激励源的耦合影响,特别是微弱故障特征往往淹没在背景噪声中,给故障诊断带来挑战。为了抑制无关激励源并增强故障特征,本文提出一种基于最大二阶循环平稳盲解卷积(CYCBD)和参数自适应动态模式分解(DMD)的滚动轴承微弱故障诊断方法。首先根据包络谐波乘积谱(EHPS)估计CYCBD算法的关键参数循环频率α,将原始信号经CYCBD处理使故障特征得到增强;然后将CYCBD处理后的信号通过参数自适应DMD进一步消除残余噪声,其中DMD的最优截断秩参数r通过遗传算法自适应确定;最后通过包络谱分析来提取故障特征频率及倍频。仿真和试验结果证明了本方法的有效性。

双吸泵作液力透平叶轮内非定常流动DMD分析

为了精确分析双吸泵作液力透平叶轮内的非定常流动特性,采用SST k-ω湍流模型在设计工况下进行数值模拟。对一个周期的非定常速度场进行动态模态分解(DMD),并结合Q准则,得到前4阶主要模态及其相应的时空信息。分析结果表明:DMD方法将叶轮内复杂的流场特征分解为动静干扰模态、基本模态和耗散模态。其中动静干扰模态占主导地位,频率为叶轮旋转频率,反映出叶轮内流动受静止部件干扰的流动特征,涡结构主要为点状涡和不连续的管状涡;基本模态频率为0Hz,反映出叶片流道几何特征引起的稳态流场特征,涡结构主要为连续的管状涡;3阶及4阶模态为耗散模态,反映出叶轮内流动受静止部件干扰,在叶片上产生的流动分离及不稳定涡结构脱落的特征,以片状涡和不连续的管状涡为主。在特定频率下DMD方法可以对叶轮流场结构进行分解,能够清楚地分析双吸泵作液力透平叶轮内复杂流场的非定常特性。

基于FPGA与DMD的微型近红外光谱采集系统设计

为解决DMD型近红外光谱仪采集时间长、光谱实时性较低的问题,提出采用现场可编程门阵列(FPGA)作为主控单元,以DMD为核心的近红外光谱采集系统设计。FPGA控制图案数据通过24 bit的并行接口实时传输,驱动DMD选通入射光,同时进行A/D转换,实现光谱数据快速采集。对于阿达玛矩阵适配数字微镜面的问题,FPGA图案显示设计中,将常规阿达玛编码模板拆分为适配DMD微镜面的编码图案。最后通过样品采集实验对系统的性能进行测试验证,结果表明在900~1 700 nm的工作波段内,214个样本点的平均信噪比达到4 600∶1;在连续采集模式下,系统单次采集耗时优于0.147 s,满足工作中光谱实时采集的应用需求。

风力机翼型S809绕流流动特性的POD和DMD对比分析

失速时的流动分离现象对风力机叶片的气动性能有重要影响,S809作为典型水平轴风力机翼型,在临界失速攻角下气动性能会大幅降低。基于流动特征提取的非定常流场降阶模型(reduced-order model,ROM)是进一步深入了解非定常流动的重要手段。本文通过计算流体力学方法得到轻、深失速攻角下翼型的流动特征,对时变速度场进行本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和动态模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)分析,得到轻、深失速下翼型的非定常流场信息(能量占比、模态频率等)。通过两种方法的对比,结果表明,POD和DMD方法能够准确捕捉流动过程中的非定常结构和升力主频相同的典型模态,但是POD方法由于基于能量特征,在捕捉模态时会忽略与升力主频相近但能量较小的流动结构,而基于频率特征的DMD方法能够准确获得场的演化信息(增长率、频率等)。本文研究有利于针对主频结构发展相应的流动控制方法,从而改善翼型流场情况,提高气动性能。

基于运动补偿的DMD无掩模光刻拼接误差校正

在DMD光刻设备中,由于机械装调产生的机械误差导致曝光图像间产生拼接误差,进而造成曝光图像出现错位、交叠等问题。为了消除DMD在大面积曝光过程中的曝光误差,对误差校正方法进行研究。首先,利用显微镜对曝光后的基板进行测量得到曝光误差。然后,在曝光误差的基础上建立误差模型。最后,根据误差模型提出了基于运动补偿的DMD光刻系统误差校正的方法,该方法有别于目前已有的误差校正方法。实验结果表明,在微米级图像曝光过程中,曝光误差减少了80%以上,DMD曝光中心偏移距离由175μm减少为21μm。有效提高曝光图像的拼接精度,满足对大面积曝光图像的高质量、高精度等要求。

基于DMD的动态红外场景投影光学系统设计

为了能够在实验室内实物模拟红外成像,降低光电系统的研发成本和提供可重复的实验环境,需要红外场景仿真器。动态红外投影技术是红外成像测试与评估的关键技术,与传统仿真器相比,采用数字微镜器件(DMD)的红外仿真器可以在更大动态范围内进行高速模拟,这种模拟方法空间分辨率和温度分辨率较高,能满足较高的帧频要求,有较好的应用前景。回顾了动态红外场景投影技术及其分类,描述了基于DMD动态红外场景系统的原理。分析了红外光学系统的特点,给出了投影系统的设计参数,系统使用800×600的DMD,工作在长波波段。使用像差平衡理论设计了投影系统的基本结构,为了得到更好的分辨率和成像质量,利用CODEV软件进行了设计优化,并给出了设计结果及其像差曲线,结果表明:设计满足要求。

基于DMD的红外场景模拟器图像数据传输和分割存储方法

分析了DMD型红外场景模拟器相较电阻阵型在半实物仿真实验中没有广泛应用的原因。通过分析发现DMD型模拟器的数据传输带宽的大小和外同步触发延时长短对系统的实时性都有影响,并且指出图像接口的数据传输带宽高于有效带宽2倍时才能满足系统仿真的高实时性要求。设计了满足实时性要求的专用千兆网的硬件,具有极小的延时时间并且满足UDP/IP协议的数据传输软件和有利于DMD灰度显示高实时性的图像分割和存储的方法。实验验证了该方法能够传输100 Hz以上的分辨率为1024×768的8位灰度图像,而外同步触发信号与系统播放开始信号延时仅为70μs,并具有良好的稳定性。

基于DMD的数字全息显示及其再现像质增强

采用DMD作为空间光调制器构建了一套数字全息显示系统.分析了数字全息图光学再现中影响再现图像质量的因素,提出了一种采用频域滤波重建高条纹对比度滤波全息图来改善其光学再现图像质量的新方法·采用信噪比及图像亮度作为评价参量,对原始全息图和滤波全息图的数值再现像进行定量分析表明,滤波后全息图的再现像质量明显优于原始全息图的再现像·基于DMD数字全息显示系统的光学再现实验也验证了理论分析结果·

DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测

微镜阵列DMD空间光调制器结合图像传感器能够解决高动态场景中强弱目标同时探测的问题,获得高动态图像数据,能使光电成像设备动态范围扩展到130 dB以上。为了实现快速的像素级光强控制以及获得高质量的实际场景高动态图像数据,根据实际场景成像其非边缘区域的相邻像素值变化缓慢的特点,提出了一种适合DMD驱动方式的像素级调光算法-自适应空间区域法,它具有较快的收敛速度,最坏的情况下,经过N/I次即可完成调光权值的搜索;在以FPGA为驱动核心的高动态场景成像探测实验系统平台上,对DMD的驱动时序进行了分析研究。并通过此实验平台验证了自适应空间区域法的有效性,该方法能够实现对高动态场景中强弱目标的同时探测,具有很好的光强控制质量,对场景光强局部变化的适应性较强。

基于DMD的红外场景仿真器设计及测试

红外场景仿真器是红外制导武器半实物仿真系统中的关键设备。文中以某型号空地导弹导引头半实物仿真系统为应用对象,以微反射镜阵列(DMD)为实现方式,采用VC和Vega软件为开发工具,开发完成了基于DMD的动态红外场景仿真器系统。对系统结构、场景生成器及其参数测试方法进行了详细设计,给出了测试结果。该仿真器系统参数测试满足设计要求,并且目前已经在某型号红外成像导引头半实物仿真测试系统中获得应用,逼真度高,取得了理想的应用效果。

DMD基因突变及突变检测技术研究进展

假性肥大型进行性肌营养不良(DMD/BMD)是一类发病率较高的X连锁隐性遗传病。DMD基因庞大,突变机制复杂,随着分子生物学的进展,对DMD基因及其所编码dystrophin蛋白的认识不断深入,探索更简便、准确、经济的基因突变检测技术成为目前对DMD研究的热点,本文着重对DMD基因、突变与表型关系的研究进展,以及突变检测技术的进展做一综述。

高帧频DMD红外景象仿真设备电路与光学系统设计

针对红外半实物仿真试验中DMD红外景象仿真设备存在的时序同步、高帧频显示、光学匹配等使用问题,设计与研制了一套能够与常见被测红外凝视成像设备匹配使用的基于DMD的红外景象仿真设备。首先提出了合理可行的同步延时驱动方案和显示控制方案,设计与研制了同步信号处理电路和驱动电路,实现了仿真图像的时序同步和高帧频显示;其次根据常见被测红外凝视成像设备的光学参数,进行了光学系统设计与仿真,研制了照明光学系统和投影光学系统,实现了与常见被测红外凝视成像设备光学匹配。检测结果表明:该设备能够与多种被测红外凝视成像设备在时序上保持同步,并实现光学匹配,输出的仿真图像帧频可达300 Hz、最大可模拟温度为160℃、最小可模拟温差为0.03℃、最大图像对比度为0.7、空间非均匀性优于1%,已在红外半实物仿真试验中发挥了巨大作用。

应用胎儿特异性抗体HbF(γ链)标记法无创性产前基因诊断DMD

以孕8～26w孕妇外周血为材料,经过Percoll密度梯度离心初步富集,胎儿细胞特异性抗体———HbF标记、识别胎儿有核红细胞,母体和胎儿有核红细胞的精确区分是以胎儿和成人血红蛋白的组成差异为基础的。胎儿细胞胞浆黄染,而具有成人血红蛋白的母体细胞没有颜色。显微操作法获取全部阳性细胞后,以其全基因组扩增(PEP)的产物为模板,进行性别检测、DMD基因的多重PCR检测和STR连锁分析。结果,20名孕妇外周血中均发现与HbF呈阳性反应的胎儿NRBC。并完成7例DMD的产前基因诊断。HbF抗体标记法能有效识别胎儿有核红细胞,是无创性产前基因诊断中很有应用前景的标记方法。

多重聚合酶链反应检测DMD基因的初步分析

目的 在更广泛的区域内寻找DMD基因的缺失范围。方法 用 2 5对引物以多重PCR技术对 17例DMD或BMD患者进行DMD基因检测。结果 8例患者 (47.1% )被检出DMD基因片段性缺失 ,其中 7例患者的缺失部位集中在 44～ 5 1号外显子 ,另 1例患者的缺失部位处于DMD基因的 5′端。结论 我国DMD或BMD患者DMD基因的缺失热点主要位于该基因的中央部位 。