Carrier fringe method of moire interferometry for tiny strain measurements in micro-field

In this paper, we demonstrate a new optical method for tiny strain measurements based on the principle of carrier fringes of moire interferometry. A cross-line grating with frequency of 1200 lp/mm is replicated on the specimen surface, and the strain can be deduced from the changes in carrier fringes before and after the deformation of an object. Four coherent laser beams are used to obtain the carrier fringe patterns of field U and V. Both theoretical analysis and numerical simulation indicate that the ideal accuracy of strain can be controlled within a range of ±1με. Case study of a plane extension experiment shows that the measurement accuracy of strain can be controlled within the range of ±10με. The average strain values of every row of field U and every column of field V can be obtained by using this method, and approximated strain of every pixel in the whole-field can be further acquired, and thus it is possible to measure tiny strains occurred in a micro-field. The technology in this paper can provide comprehensive information for analyzing related mechanical content in the field of MEMS.

基于片域理疗的济南夜市微更新改造策略——以环联夜市为例

夜市是城市重要的功能组成和具有象征意义的文化符号,基于片域理疗的济南夜市微更新改造研究有助于促进区域健康发展,对激发城市空间活力和延续城市文脉具有现实意义。文章以济南环联夜市为例,从片域诊断的角度,分析其交通情况、功能空间、配套设施、天气应对、文化特征等5个方面的现状,阐明了其同质化程度高、卫生安全隐患大、文化特色缺失等问题,并从空间微更新改造、场域文化融入和运营模式优化等方面提出了更新改造的策略;运用全面复合的微更新改造模式理疗济南夜市空间,以促进济南夜经济的发展,同时为夜市更新改造和城市的精细化治理提供参考。

微尺度下场致发射对电晕放电的影响机理

场致离子化微电晕器件基于一维纳米材料的电场增强效应,可产生大气压非平衡微等离子体,适用于气体检测以及生物医疗等领域,具有响应快、低功耗等特点。但微尺度下的电晕放电属于局部自持的低能放电,其场致发射的作用及影响机制尚不清晰。因此文章基于流体-化学混合模型框架,融合F-N发射模型,建立了常温常压N2-O2混合气体的二维微电晕放电模型。通过与无场致发射放电模型对比,探索不同间距下场致发射对放电动态过程的影响,发现针-板间距减至15μm时,两种模型放电过程差异很小,表明放电以二次电子发射机制为主导,当间距减至10μm时,两种模型的放电强度相差近1倍,场致发射的作用及影响不可忽略;通过进一步对电子密度分布、空间电场分布、电流密度等参量进行动态分析,发现场致发射、空间碰撞电离反应和离子轰击二次电子发射之间存在链锁影响规律。

磁场辅助场致射流微细放电加工研究

场致射流放电加工方法利用高压电场诱导形成的微细射流与工件间放电来蚀除材料。虽无电极损耗,但微细射流的柔性较大且易受外界干扰,导致放电分散性和随机性较强,因此难以对其进行精准控制。为此,设计了一种四极性磁场施加装置,通过磁场对离子束的约束作用控制射流,并分析了磁场的作用机理,研究了磁场约束对场致射流放电加工的蚀坑宽度、深度及表面粗糙度的影响规律。结果表明,随着磁感应强度的增大,放电蚀坑的最大深度和表面粗糙度值都减小;磁场散焦方向上蚀坑的宽度增加,而聚焦方向上蚀坑的宽度减小,同时放电时的极间距离也减小。经试验验证,所提出的磁场辅助场致射流放电加工方法适用于具有沟槽类型特征的部件加工。

微电场对人脐带间充质干细胞增殖和成骨分化的影响

背景:电刺激是一种可用于诱导细胞增殖、分化、凋亡等各种细胞活动的物理方法,诱导干细胞成骨分化将有利于骨的再生。目的:观察微电场是否可以促进人脐带间充质干细胞的增殖与成骨分化。方法:从人新鲜脐带组织获取脐带间充质干细胞,待细胞培养传代至第3代接种于6孔板内,24 h后分别给予0,50,100 mV/mm微电场刺激,刺激频率为每天1 h,连续刺激3 d,然后用显微镜观察细胞生长情况与形态变化,CCK-8和EdU染色法检测细胞的增殖情况,茜素红染色检测细胞的成骨分化能力,Western blot检测ERK通路蛋白的表达水平。结果与结论:①50,100 mV/mm组人脐带间充质干细胞的吸光度值和增殖细胞数目显著高于未刺激组(P<0.05);②微电场刺激前后人脐带间充质干细胞均能诱导分化为骨细胞,但50,100 mV/mm组的成骨分化速度比未刺激组快;③50,100 mV/mm组的p-ERK1/2蛋白表达高于未刺激组,且100 mV/mm组与未刺激组比较差异有显著性意义(P<0.05);④微电场促进人脐带间充质干细胞增殖的机制可能是通过促进ERK的磷酸化实现的。

微型宽频交流电场传感器设计及其电场无失真测量评价

电场信息是新型电力系统状态智能感知、信息深度融合的基础。电场测量需兼顾无失真、微型宽频、强稳定性、易集成等众多性能需求。针对新型电力系统数字化发展需求,对地线侵入造成的电场测量误差来源进行分析,提出了微型宽频交流电场传感器设计方案和电场无失真测量方法,开展了无失真电场传感器设计,并与微机电系统(microelectro mechanical systems,MEMS)和光学电场传感器进行了无失真测量效果对比。结果表明MEMS电场传感器向上偏移间隙中心2 cm时电场测量误差为13.2%,光学电场传感器的电场测量误差在3%左右。无失真电场传感器的测量误差均在2%左右,且不随传感器的偏移距离而增大或减小,实现了地线干扰的隔离效果,且电场无失真程度优于光学电场传感器。

低压静电场对红虾微冻贮藏过程中品质的影响

为研究添加低压静电场对红虾微冻贮藏保鲜过程中品质的影响,以舟山海捕红虾为研究对象,通过测定0~25 d内-3℃普通微冻及电场微冻条件下虾肉的各项指标,包括持水力(water-holding capacity,WHC)、挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)值、盐溶性蛋白(salt soluble protein,SSP)含量、硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)值、总巯基含量、菌落总数(total viable count,TVC)等,并通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)电泳探究红虾蛋白构象变化,比较分析有无低压静电场添加时舟山红虾品质的差异。结果表明,在25 d贮藏期内,-3℃普通微冻组样品的持水力大幅下降,TVB-N值和TBA值分别高达32.39 mg/100 g和1.03 mg/kg,TVC增加至7.98 lg(CFU/g),蛋白质变性程度高,已处于不可食用状态;相较之下,-3℃电场微冻组样品的持水力高达82.82%,TVB-N、TBA值和TVC均远低于对照组产品,肌原纤维蛋白受破坏程度低,虾肉仍能食用。综上说明,低压静电场与微冻技术叠加应用能够更长时间保持舟山海捕红虾的营养价值。

仿生鲨鱼皮复合微纳减风阻结构的仿真与制备

仿生学与减阻技术的结合,为减阻开辟了重要的研究方向,在航空航天领域有着潜在的发展与应用前景。为提高降低风阻效果,本文对复合微纳减风阻结构进行了研究,基于仿生学原理,采用CFD仿真及激光微纳制造技术,建立了减阻结构组合模型,并在飞行器的大气传感器半球头体模型表面制造仿生鲨鱼皮复合微纳结构,即在仿生鲨鱼皮鳞片结构的基础上,通过激光干涉扫描二级微沟槽,以进一步提升减阻效果。采用CFD仿真与风洞实验相结合的方式,对减阻机理进行理论分析,完成了复合结构的微纳制造,减阻率最高可达10.3%。

罗非鱼混养对广西三江传统稻渔综合种养系统环境及其菌群多样性的影响

研究罗非鱼混养对广西三江传统稻渔综合种养系统环境的影响,可为科学推广稻田金边鲤-罗非鱼混养模式提供基础。2021年5-10月设置3个试验组和1个对照组研究不同密度混养对种养系统环境及菌群多样性的影响,其中试验组内进行罗非鱼和金边鲤的混养,对照组为鲤单养组。结果表明,金边鲤的生长未受到罗非鱼混养的影响;高通量测序结果显示水体中的主要菌群为变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),其次为拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和蓝菌门(Cyanobacteria),主要功能为化能异养和有氧化能异养;底泥中的主要菌群为变形菌门和绿弯菌门(Chloroflexi),其次为酸杆菌门(Acidobacteria)、广古菌门(Euryarchaeota)和蓝菌门,主要功能类群为甲烷生成和化能异养。罗非鱼高密度混养组稻田底泥中的总氮和硝酸盐氮含量有所下降,水体中Polynucleobacter等水质良好的指示物种相对丰度增加,罗非鱼混养对稻渔综合种养系统环境及其菌群产生了有益的影响。

聚脲弹性体在高端领域的研究进展

总结了聚脲弹性体的发展,详细介绍了聚脲弹性体在航空航天、军事、可穿戴设备及医疗等高端领域的国内外研究情况,指出了目前研究中的一些不足之处和未来的发展方向,旨在为聚脲弹性体后续的研究提供一定的帮助。

基于超声辅助的汽车微小零部件内部缺陷无损检测方法

为了更准确、全面地分析汽车微小零部件缺陷,基于超声辅助的方式,设计了内部缺陷无损检测方法。根据超声波传播反射情况及声场变化,采集微小零部件图像;通过融合边缘信息消除图像中噪声,分割图像主体并完成边缘识别,确定存在内部缺陷的区域;利用核主成分分析技术,通过降维处理方式确定缺陷区域特征,进而完成无损检测。结果表明:利用所提方法获取的零部件图像清晰,缺陷检测准确率始终高于95%,对气泡和气孔缺陷的检测时间小于6 s,对裂纹缺陷的检测时间小于8 s,说明所提方法对内部缺陷的定位准确度和识别效率均较高。

空间电场对微冻贮藏中华管鞭虾(Solenocera crassicornis)鲜度和脂质的影响

研究不同强度的空间电场对微冻贮藏中华管鞭虾鲜度和脂质的影响,以挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB⁃N)含量、汁液流失率、脂肪含量、游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)含量、过氧化值(peroxide value,POV)、硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)含量为评价指标,采用无电场(对照组DY1)、加电场2 kV/m⁃50 Hz(试验组DY2)、3 kV/m⁃50 Hz(试验组DY3)的空间电场装置,研究其在-4℃贮藏28 d时鲜度及脂质的变化情况,并对鲜度及脂质特性指标进行相关性分析。贮藏28 d时,试验组DY3的TVB⁃N含量上升至31.79 mg/100 g,比DY1组、DY2组增加7.28、9.93 mg/100 g;对照组汁液流失率达9.37%,分别比试验组增加1.43%、1.79%;对照组脂肪含量下降至0.45 g/100 g,相比于试验组分别减少0.04、0.05 g/100 g;FFA含量上涨至4.87%,比试验组增加0.22%、0.35%;POV增至6.72 g/100 g,比试验组增加0.44、0.68 g/100 g;TBARS增至0.88 meq/kg,与试验组相比分别增加0.12、0.17 meq/kg。综上可知,添加电场可以有效保持中华管鞭虾在微冻贮藏中的鲜度及脂质品质,且3 kV/m⁃50 Hz的电场保鲜效果更佳。

基于稻田与台站气温的江西早稻高温热害指标对比

利用江西省90个县(区)2012-2021年国家气象站和2017-2021年8个稻田小气候站数据资料,分析稻田与相应台站气温差异,并对比台站日最高气温≥35℃指标H1(NS)、稻田日最高气温≥35℃指标H1(RS)、台站日最高气温≥37℃指标H2(NS)、稻田日最高气温≥37℃指标H2(RS)的高温热害统计结果,提出适用于江西的早稻高温热害指标,提升高温监测预警和防御能力。结果表明:(1)稻田较台站有降温效应,日最高气温(T_(max))、日平均气温(T)和日最低气温(T_(min))总体偏低0.6℃、0.4℃和0.3℃,且降温幅度随早稻生长增大,抽穗-成熟期>移栽-孕穗期>播种-移栽期。(2)高温期间,晴天条件下稻田降温幅度最大,T、T_(max)和T_(min)较相应台站平均偏低0.8℃、1.0℃和0.7℃,阴天多云和雨天稻田降温幅度总体较为接近。(3)H1(NS)热害下,稻田与相应台站的逐日气温、逐小时气温均差异显著,且夜间稻田降温强度大于白天。稻田气温总体偏低1.2℃左右,金溪稻田偏低最多,T、T_(max)和T_(min)平均偏低1.5℃、1.1℃和2.6℃。(4)不同指标统计近10a高温热害县(区)数、平均持续时间、灾害县(区)平均减产率模拟值和全省减产率模拟值,均以H1(NS)最大、H2(RS)最小。H2(NS)与H1(RS)统计的平均持续时间、灾害县(区)平均减产率模拟值和全省减产率模拟值差异不显著,但均与H1(NS)、H2(RS)统计结果差异显著,且H2(NS)统计的全省减产率模拟值与实际更接近。台站T_(max)≥37℃更适合作为江西省早稻高温热害指标。

基于ARMv4指令集的RISC微控制器设计

嵌入式系统在很多领域有着广泛的应用。嵌入式系统的核心是微控制器,其性能会直接影响整个系统。现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)器件间具有低延迟、高可靠性以及实时性,使其在实现高速控制方案等应用场景十分适用。微控制器与FPGA结合,使得嵌入式系统更加灵活。为了在FPGA系统实现微控制器的功能,基于ARMv4指令集设计微处理器内核,并基于一些其他开源知识产权(Intellectual Property,IP)核设计了一款满足基本需求的微控制器。整个微控制器包括微处理器内核,串行外设接口(Serial Periphera Interface,SPI)控制器、通用串口、定时器、通用输入输出(Input Output,IO)接口、外部中断以及中断控制器。该微控制器作为一个软核应用于FPGA系统,并在FPGA测试板上完成原型验证。结果表明,整个设计实现了完整的微控制器功能,能够满足FPGA对微控制器软核的需求。

寒区铁路路基微型盾构置换方法及防冻胀效果

针对寒区铁路路基冻胀整治难题,以我国一寒区铁路路桥过渡段冻害整治工点为依托,介绍了一种可在运营条件下实施的路基微型盾构置换方法。基于数值计算软件建立了环境-路基-盾构置换层-地基的多层结构水热力耦合模型,采用数值计算方法分析路基内部水分场、温度场、冻胀变形场的影响机理及演化规律,验证了盾构置换层所起冷屏障层、水分阻滞层、零冻胀填料夹层等预期效应。综合现场测试和计算结果分析,论证了微型盾构置换方法用于路基冻害整治的有效性与实用性。

集成差分电容式MEMS微型电场传感器设计与研制

在继电保护实际运行中,屏柜内部一些隐性故障将造成压板投退失效,严重威胁着电网的安全可靠运行。为了能够可靠、有效地监测出口压板的带电状态或电气导通性,设计了一种SOI差分电容式MEMS电场传感器。所设计的传感器以微机械元件物理设计为基础,构造出可靠的运行结构,并且依靠一个低噪声、高动态范围的接口IC来完成操作。所设计的接口集成电路在应对脉冲式的间歇性操作的同时,组织互补设备阵列以感应各种不同的测量信号。通过COMSOL Multiphysics仿真实验可以看出,所设计的传感器能够很好地满足压板状态监测的需求。

微功耗大气电场仪的设计与实现

针对旋转式地面电场仪能耗大、信号微弱、易受电磁干扰等问题,设计了一种新型微功耗大气电场传感器。该传感器通过驱动电子开关模拟传统传感器的屏蔽和去屏蔽过程,从而减小仪器能耗,延长电池持续供电时间。采用I/V转换器将传感器感应到的2路电流信号转为电压信号,并经过差分信号放大电路来消除工频干扰和共模影响。通过四阶带通滤波器进行滤波,进一步提高信噪比,并通过同步相敏检波器处理后得到了与场强成正比例关系的直流电压。经过16位模数转换器采样,测得大气场强的大小,试验验证了该系统在-50~50 kV/m场强范围内,测量分辨力可达10 V/m,测量线性度小于1%。

野外项目进度管理系统的设计与实现

针对野外地质调查项目管理过程中的管理方式原始、繁琐、汇总工作量大,效率低下、人工统计时间长等问题,基于Spring Cloud微服务架构,采用微服务架构和前后端分离的设计思路,面向对象软件分析和设计方法,以关系型数据库技术为核心,建立一套以数据采集与管理为基础,研发一套稳定、可靠且高效的数字化野外项目进度管理系统。具备方便的检索、查询、分析统计及图形、报表输出功能,解决野外项目进度实现野外项目实施进度的数字化管理,提高野外地质调查项目监督管理水平,为下一步工作的开展快速提供决策依据。项目负责人可以通过该系统WeLink端小程序进行工作量和进度上报,单位负责人通过系统Web端对野外项目数据进行管理、分析、可视化、报表统计与导出等。系统经过一年半时间运行,效果良好,能够很好地解决野外地质调查工作进度管理中的诸多问题,具有很高的市场价值和社会意义。

青岛冬季老旧小区室外舒适度影响因素的实测分析

居住区是人们生活和户外活动的重要空间,居住区的微气候直接影响居民的室内外热舒适、空气质量和幸福感。青岛存在大量老旧小区,研究选定金湖小区作为研究对象,通过实地测量分析微气候变化特征,建立包括温度、相对湿度、风速和黑球温度的通用热气候指数模型。实验结果表明:影响室外温度和黑球温度的主要因素是建筑和乔木阴影;乔木对风速具有一定的减弱作用,对相对湿度有一定的稳定作用;乔木覆盖率及高度对老旧小区室外舒适度有较大影响,在老旧小区改造中可通过调整乔木的覆盖率及高度来提高舒适度。

基于MEMS水听器的水下探测系统设计与实现

微电子机械系统(MEMS)水听器作为声呐的核心部件,具有灵敏度高、低频特性好的优势,在进行水下探测时,可同时得到水下声场的声压及振速信息,被广泛应用于声呐浮标、无人水下航行器(UUV)等水下平台,实现对水下目标的实时探测。以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,基于MEMS水听器,选择合理的存储协议和能量检测算法,设计并实现了一套应用于声呐浮标的水下探测系统,并开展了室内测试与室外湖试实验。室内测试结果显示,MEMS水听器的矢量通道灵敏度约为-210 dB@100 Hz,可测带宽为10~2000 Hz,具有平滑的“8”字指向性;标量通道具有全向性,灵敏度为-189.5 dB@100 Hz,可测带宽为10~1250 Hz;系统功耗约1.55 W,同步采样率为10 kHz,存储容量为64 GB,可实现信号的实时检测以及对3路模拟信号和3路数字信号的存储。湖试实验结果表明,该系统在水下能够稳定工作,可以连续工作约23 h,经数据处理分析,系统采集到的水声信号正常,对目标信号的探测性能良好。