二维透射式Terahertz波时域谱成像研究

通过THz(Terahertz)波的相位信息和振幅信息来解析出样品某些可用于成像的参量;并且对THz波相位信息成像和振幅信息成像进行了比较.结果显示当样品对THz波的吸收比较小时,利用THz波的相位信息进行成像比通过振幅信息进行成像质量要好一些;时域谱峰值位置的漂移会对相位信息成像产生较大的影响.实验中发现输出光谱中出现了劈裂现象,即由输入的单峰变成了双峰.分析表明,这一现象是由样品内部厚度或折射率突变导致的,该现象可用于THz波轮廓成像研究.

Terahertz波相干层析成像技术

介绍和讨论了Terahertz波相干层析成像技术(T-CT)。与X-射线计算机层析成像技术(X-CT)相比,Terahertz-CT可获得更丰富的信息来处理图像。理论上,该技术可获得被测物在Terahertz波段的复折射率的三维分布。这意味着有可能利用Terahertz-CT进行暗箱识别探测,该技术在安全检查和无损探测等方面有着广阔的前景。

Terahertz波参量振荡器辐射THz波的理论研究

从固体的元激发理论出发,应用声子的受激散射原理,阐述通过激光抽运LiNbO3晶体产生THz波的参量过程的机理.按照Henry和Garrett的波耦合方法并考虑LiNbO3晶体对THz波的吸收损失,进行推理计算得出THz波参量增益计算式.

夹心杆系统中一维弹塑性波演化精细分析(Ⅰ):典型加载波的透反射

准确地剖析反射波与透射波的形成过程与影响机理是SHPB(split Hopkinson pressure bar)精细化试验设计与精准数据处理的核心前提之一。针对夹心杆系统,分析矩形、梯形与半正弦三种典型入射波加载阶段系统中一维弹塑性波的传播与演化,定量研究试件中弹塑性波的传播、两个界面上弹塑性的透反射及其系列透反射波的相互作用影响。结果表明:首先,弹塑性波特别是应力波在弹塑性交界面上的透反射中占主要地位,纯弹性波的透反射与传播反而影响较小;其次,当入射波加载区间有一定的宽度时,杆2中弹性波在两个界面上的多次透反射对反射波造成衰减的同时对透射波进一步强化,这种衰减使得半正弦波对应的反射波峰值并不是在0.5个无量纲时间时,而是有所提前;第三,与传统SHPB分析中弹性波在界面上透反射的初步规律不同,无论是矩形波、梯形波还是半正弦波入射时,试件材料的杨氏模量与密度改变虽然明显影响其弹性波的阻抗比,但对透反射波波形及其峰值强度影响并不明显。研究结果可为SHPB的精细化设计与数据的精准分析提供科学依据。

机器学习辅助太赫兹涡旋波超表面快速设计方法

太赫兹涡旋波产生与调控被认为是6G通信、雷达探测、新型传感器的关键技术之一。利用人工超表面产生涡旋波,相较于传统方法具有平面化、集成化、低成本的特点,但是面临复杂的参数设计和分析,需要耗费大量的时间和算力。为此,提出一种机器学习辅助太赫兹涡旋波超表面快速设计方法,通过长短期记忆(Long Short-Term Memory, LSTM)神经网络法快速得到满足相位需求的超单元并进行一体化组阵。利用该方法,设计构筑了三块模数l分别为1、2、3的太赫兹涡旋波超表面,仿真结果表明,设计的太赫兹涡旋波束模式纯度达到80%以上。机器学习辅助太赫兹涡旋波超表面设计方法具备精度高、快速、一体化设计等优点,有望运用于太赫兹幅度、相位、极化、轨道角动量等复杂波束调控领域。

基于连续小波变换的黑北凹地砂砾储卤层沉积特征研究

柴达木盆地西部中深层“砂砾型”钾盐储卤层与沉积水体变化息息相关,高密度网状二维地震资料包含的频率信息,有助于识别发育砂砾储卤层的沉积环境,为深层富钾卤水储层研究提供支撑。采用连续小波变换时频分析技术将地震信号从一维的时间域拓展到二维的时间-频率域上,能够在频谱中更清晰地刻画沉积体内部岩性组合的旋回结构特征。基于正演数据和实际钻井数据,总结了低水位体系域、水进体系域、高水位体系域和水退体系域层序框架下,沉积体的地震时频谱旋回响应特征:低水位体系域的时频谱能量主要聚集在低频,高水体系域的时频谱能量主要聚集在高频,水进体系域的时频谱能量随时间减小向高频方向移动,水退体系域的时频谱能量随时间减小向低频方向移动,指出35 Hz是划分有利沉积旋回——水退体系域末期、低水位体系域和水进体系域初期的频率阈值。选择合适频率区间重构地震数据能突出弱振幅砂砾层的反射特征,结合全频带数据有助于快速识别有利沉积旋回,为寻找砂砾型深层卤水钾矿提供依据。

V_(1)导联r'波振幅结合阻抗变化评价左束支区域起搏电极植入深度的研究

目的:探讨左束支区域起搏时,V_(1)导联r’波振幅结合阻抗变化判断电极植入的合适深度。方法:纳入2019年1月1日至2021年12月31日于南昌大学第二附属医院就诊的心脏结构正常、有起搏器植入指征并行左束支区域起搏的住院患者78例,收集患者基线数据、术中数据和影像学资料,以及术后3、6、9和12个月的随访情况。将起搏时V_(1)导联r’波振幅、阻抗、电极植入深度进行线性相关性及回归分析。结果:78例患者中70例(89.7%)起搏时V_(1)导联QRS波末端出现r’波,8例(10.3%)QRS波表现为r S、RS型或终末端无r’波。线性相关性分析显示,r’波振幅与电极植入深度呈正相关(r=0.424,P<0.01),与阻抗呈负相关(r=-0.256,P=0.03);电极植入深度与阻抗无明显相关性(r=-0.132,P=0.27)。回归分析显示,电极植入深度是r’波振幅的重要影响因素(回归系数=0.056,P=0.000)。结合建立的回归模型和阻抗大小显示,V_(1)导联r’波振幅在0.24~0.69 mV范围内,阻抗在648.30~828.90Ω之间,电极植入深度6~11 mm最合适,穿孔风险小,且能较大概率成功夺获左束支,起搏参数满意,起搏QRS波时限较窄。在术中、术后48 h及12个月随访期间内,患者均未出现电极穿孔、血栓栓塞、心脏填塞、感染、导线脱位等并发症。结论:左束支区域起搏是一种安全可行的起搏方式。在左束支区域起搏时,V_(1)导联r’波振幅在一定合适范围内,并结合阻抗变化可指导左束支区域起搏,有助于降低电极穿孔的风险。

太赫兹波段介质电磁参数测量与提取对比研究

本文完善了基于太赫兹时域光谱系统和基于矢量网络分析系统材料参数测量的一般理论,在2类系统的交叉频段,建立了相同准光学参数的测量条件,对比分析了2类系统信号参数测量和理论提取的过程。实验验证了在光子学和电子学的重叠区域,不同测量系统在相同测量条件下,能够获取趋于一致的测量结果,证实了结果的准确性只取决于物理模型、理论方法和测量条件是否匹配。提炼出采用单次时域法同时适用于时域系统和频域系统参数测量和提取的适配条件,并形成匹配条件经验理论公式,用于判断材料太赫兹参数测量结果的可靠性。

基于曲波域模型优化的多次波压制方法在浅地层剖面的应用

浅地层剖面主要用来探查海底的浅部构造和浅部资源,但因地震数据采集时受水深和海底地质条件等的影响,多次波极其发育,并且多次波能量强、频带宽,常规的自由表面多次波压制方法很难取得较好的压制效果。基于此,将地震数据自身褶积产生的多次波模型分为低频段模型和高频段模型,同时,将原始数据分为低频段数据和高频段数据,利用多个自适应相减法优化低频段模型;而对于高频段数据和高频段模型,将其转换到曲波域,比较其不同尺度、不同角度的差异,然后,对高频段模型进行优化,最后,将优化后高频段模型和低频段模型相加,得到最终优化后的多次波模型,再将其从原始数据中直接减去,以达到压制浅地层剖面中多次波的目的。实际资料的应用结果表明,该技术对多阶的海底相关多次波和强界面产生的多次波的压制效果较好,剖面的信噪比得到明显提高,有效信号得以凸显,有利于后期资料的应用。

单相级联型多电平变换器直流纹波电压分析及抑制策略

级联H桥型多电平变换器采用移相变压器+整流供电时具有功率因数高、输出电压谐波含量低等优点,在大功率工业领域范围内得到了广泛应用。传统的调制算法都以假设直流母线电压恒定为前提,然而在直流侧会出现低频纹波并被调制和传输到负载,导致输出电压波形畸变。目的为了探讨级联H桥单元供电侧存在大量直流纹波电压导致输出负载电压波形畸变的问题,方法本文首先采用双重傅里叶理论分析直流纹波电压,在此基础上引入一种直流纹波前馈补偿策略,通过测量每个级联H桥的直流侧实际输入电压除以电压基准值并与传统载波信号相乘,进而与调制电压进行载波移相调制;同时采用矢量控制,通过FFT变换虚拟出无功电压,以获得更快的收敛速度、更高的稳定性和更小的振荡。结果仿真和实验结果表明,所提调制算法和控制策略可有效抑制负载电压中的低次谐波,减小输出电压波形畸变,实现逆变电源的快速动态响应和无稳态误差控制。结论实验结果验证了本文所采用的调制策略和控制策略的可行性与合理性。

基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法研究

本文提出了一种基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法,在结构中央布置环形压电传感器阵列实现对结构的全方位扫描监测,消除了主动Lamb波空间滤波器监测方法中盲区及远场对监测效果的影响。环形阵列由直径方向不同角度的4个线阵组成,每个线阵采用主动Lamb波空间滤波监测方法对结构损伤进行监测、成像,各阵列成像结果通过PCA-小波变换进行融合对损伤位置进行判别,从而实现结构全方位损伤扫描监测,消除单个阵列损伤监测的盲区、远场及虚假成像等影响,进而获得更加准确的损伤监测结果。通过实验研究,验证了该方法的有效性和实用性。

道路地下空洞探地雷达波场和时频特性

根据城市道路地下介质的分布特征和电性参数设计模型,采用时域有限差分法和广义S变换,对道路地下存在的充气空洞、充水空洞、回填不密实、埋藏金属物状态进行探地雷达正演模拟和时频特征提取。结果表明,地下空洞顶界面的反射波同相轴均呈弧形反射形态,但充气空洞的反射波能量强于充水空洞;地下空洞发育区域的中心频率集中在某个低频区间,其余频率成分分布较均匀;埋藏金属物区域出现两簇高幅值能量团,频率分布较分散;回填不密实区域频率未能显示出较明显的规律。最后,通过工程实测验证了数值模拟的可靠性。

开展可见光—红外线—太赫兹波成像系列实验培养解决真实问题人才

物理学的研究成果有力推动了三次工业革命的发展。进入新世纪以来,量子计算、低维物理、量子探测等现代物理研究成果正在促进第四次工业革命暨工业4.0向纵深发展。笔者在大学物理实验中规划布局多层次物理实验题目,以开展可见光-红外线-太赫兹波探测与成像系列实验为例,介绍了学生深刻理解不同波段的电磁波在新旧产业领域应用性的异同。这一教学模式有利于学生掌握近现代物理成果与实验综合技能,培养他们成为解决新产业领域面临的真实问题的新理工科人才,从容面对新技术革命与职业选择。

多物理场下超薄吸波磨耗层微波加热性能研究

微波加热技术在沥青路面除冰中的应用得到了广泛的关注,然而目前多对沥青路面整体进行微波加热增强,从而导致路表加热效率提升缓慢。为了进一步提高沥青路面路表的微波加热性能,采用碳化硅(SiC)微波增强集料制备了一种超薄吸波磨耗层,通过微波加热以及除冰试验分析了超薄吸波磨耗层的微波加热性能以及加热耐久性,确定了超薄吸波磨耗层的最佳厚度。并采用COMSOL Multiphysics有限元软件建立了多物理场沥青混凝土微波加热模型,分析了超薄吸波磨耗层的设置对微波加热过程中电磁场的强度与分布以及温度场的影响。研究结果表明:在2.45 GHz频率的微波加热下,超薄吸波磨耗层具有良好的微波加热性能,10 mm厚的超薄吸波磨耗层的微波加热效率相比于普通沥青混合料以及整体微波增强的沥青混合料提高了4.47倍和1.40倍。SiC稳定的微波吸收性能保证了超薄吸波磨耗层具有良好的微波除冰耐久性,在经过反复的微波加热除冰后超薄吸波磨耗层的除冰时间仍然可以保持在45 s左右。数值仿真模拟结果表明超薄吸波磨耗层较强的微波吸收能力可以局部增强试件表层的电磁场强度,从而使更高的温度分布在试件表层。超薄吸波磨耗层内部的电场强度和磁场强度分别比普通沥青混合料试件提高了50.9%和15.7%。综上可知,超薄吸波磨耗层的设置可以提高沥青路面表面的微波加热性能。

基于波形群灵敏角特征的输电线路故障单端行波辨识与测距

针对输电线路单端行波测距难以可靠、有效辨识第二个波头的不足,该文提出基于波形群灵敏角检测的单端行波辨识与测距方法。首先,对线路故障波过程的解析和规律分析,发现波头局部波形呈现灵敏角和非轴对称性的特点。进而提出利用Radon变换变角度投影检测最灵敏角并判别最灵敏角两侧非轴对称特性,实现单端故障初始行波及多次同极性行波群的可靠辨识。最后,基于多次同极性行波到达时差构造多测距算式,输出最合理测距结果。所提方法将时域波头辨识转化为波形图像空间域最灵敏变化方向和几何轴对称性的检测,抗干扰能力强,大幅提升检测可靠性和后续波头的识别能力,提升单端测距算式冗余性。大量实测和仿真数据测试表明,算法有效、可靠、直观,适用范围广,为单端行波分析故障测距及扩展应用提供了新思路。

融合多小波分解的深度卷积神经网络轴承故障诊断方法

针对卷积神经网络及其与信号降噪预处理集成方法面临高噪声环境和低质量数据挑战时难以有效地提取信号有用特征的问题,提出了一种融合Geronimo-Hardin-Massopust多小波分解的深度卷积神经网络模型(GHMMD-DCNN)。该模型思想是将多小波包分解与卷积神经网络深度融合,即设计多个一级多小波分解层以提取信号的低频分量和高频分量,再将多个一级多小波分解层与卷积层交替联接,使模型能够多尺度地提取并学习信号有用的时频域信息,信号分解和特征学习交替执行,进而实现强噪声鲁棒特征提取。在不同工况下的航空高速轴承振动数据上进行测试,结果表明:所提模型训练时能够快速达到稳定收敛,并且识别准确率均能达到99.9%以上;提出的方法在强噪声干扰下的故障辨识准确度和识别稳定性均优于对比方法,验证了其优秀的抗噪声干扰能力;在少训练样本测试中,提出的方法在单类训练样本数量为60时的平均诊断准确率高达91.19%,相比于其他方法最低提升了13.19%,验证了GHMMD-DCNN模型具有更优的低样本泛化能力。

利用瑞利面波提高近地表横波速度精度的方法

二维油气地震勘探中,由于受野外施工条件、成本效益等诸多因素限制,地震记录的野外采集道间距往往较大,这种地震记录往往容易产生空间假频,降低其频率—速度谱信噪比。为此,提出利用小波变换良好的时频分析特性,对大时空采样记录进行基于小波基的道内插值,以提高P-SV转换波地震资料中的瑞利面波频散高频信息的精度,从而提高反演表层横波速度结构精度,提高P-SV转换波的横波静校正精度。对理论模型和实际数据进行的验证计算表明,基于小波基的道内插值方法具有抗假频性,瑞利面波基阶频散曲线拐点更清晰,高频段能量更加集中,反演的横波速度精度更高,取得了较好效果。

二维超声联合剪切波弹性成像在老年肌少症诊断及疗效预测中的临床价值

目的探讨二维超声联合剪切波弹性成像在老年肌少症诊断及疗效预测中的临床应用价值。方法选取我院收治的84例老年肌少症患者(观察组)和同期42例健康老年人(对照组),两组均行二维超声和剪切波弹性成像检查,比较两组肌肉厚度、羽状角、肌束长度及收缩状态下腓肠肌杨氏模量平均值(以下简称杨氏模量值)的差异。观察组患者行常规药物治疗和弹力带训练,记录其治疗后总有效率,比较入院时与干预1、3、6个月后握力、四肢骨骼肌指数(ASMI)、简易躯体能力测试表(SPPB)评分的差异。绘制受试者工作特征(ROC)曲线分析二维超声和剪切波弹性成像参数单独及联合应用对老年肌少症诊断和疗效预测的效能。结果观察组肌肉厚度、羽状角、肌束长度及杨氏模量值均低于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。观察组患者治疗后总有效率86.90%(73/84);干预1、3、6个月后握力、ASMI、SPPB评分均高于入院时,差异均有统计学意义(均P<0.001)。ROC曲线分析显示,肌肉厚度、羽状角、肌束长度、杨氏模量值诊断老年肌少症的曲线下面积(AUC)分别为0.775、0.716、0.621、0.749,各参数联合应用的AUC为0.911,高于其单独应用,差异均有统计学意义(均P<0.05);肌肉厚度、羽状角、肌束长度、杨氏模量值预测老年肌少症疗效的AUC分别为0.805、0.846、0.785、0.775,各参数联合应用的AUC为0.889,高于单独应用,差异均有统计学意义(均P<0.05)。结论二维超声联合剪切波弹性成像在老年肌少症诊断及疗效预测中均有较好的临床应用价值,可为临床评估提供参考。

VTI介质改进声学近似qP波交错网格正演模拟

Alkhalifah提出的声学假设近似令沿TI介质对称轴的qSV波速度近似为0,建立了相应的qP波波动方程并进行了数值模拟,但存在两个不足:一是方程中存在退化的qSV波解,不是纯qP波波动方程;二是方程不适用于ε<δ(ε和δ为Thomsen参数)的介质。为此,在Liang等的工作基础上,将改进声学近似方法的思想引入qP波频散关系和一阶波动方程推导。令qSV波的精确频散关系中的圆频率为0,同时结合椭圆分解,推导了VTI介质纯qP波解耦频散关系,利用改进标量算子的空间域渐近近似建立了VTI介质改进声学近似qP波一阶速度—应力波动方程,采用交错网格有限差分算法实现了基于改进声学近似的VTI介质纯qP波正演模拟。频散关系分析和数值示例表明,基于改进声学近似的qP波一阶波动方程不包含退化qSV波,是纯qP波方程,与弹性波波动方程模拟结果吻合较好,具有较高精度,并且该方程在ε≥δ和ε<δ的VTI介质中均是稳定的,同时也适用于复杂VTI介质。

经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像联合检查对宫颈癌的诊断价值

目的探讨经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像联合检查对宫颈癌的诊断价值。方法选取98例宫颈病变患者,所有患者均行经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像及病理检查。病理检查结果显示,宫颈癌患者58例,宫颈上皮内瘤变(CIN)患者24例,其他宫颈良性病变患者16例。比较宫颈癌、CIN及其他宫颈良性病变患者弹性模量值的最大值及平均值。以病理检查结果为金标准,分析经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像单独及联合检查对宫颈癌的诊断价值。结果宫颈癌患者弹性模量值的最大值及平均值均高于CIN及其他宫颈良性病变患者,差异均有统计学意义(P﹤0.05)。经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像联合检查诊断宫颈癌的灵敏度、特异度、准确度、阳性预测值、阴性预测值分别为94.83%、95.00%、94.90%、96.49%、92.68%,均高于三者单独检查。结论经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像联合检查对宫颈癌具有较高的诊断效能。