基于模式跳变的井下便携式高精度CH_4浓度监测系统设计

为了在矿井中实现快速、便携式的甲烷浓度检测,同时系统还具备高灵敏度及长的工作周期,设计了基于半导体激光器模式跳变的差分光学光谱吸收法,建立了井下甲烷浓度无线检测系统。系统利用调制电流使半导体激光器的输出波长发生模式跳变,从而获得了两个相近波长的激光,其中一个在甲烷的特征吸收峰上,而另一个基本不被吸收。实验中将两束光分别照射被测气室时,两束光的光强之差代入比尔朗伯定律即可求解气室内的甲烷浓度。实验结果显示,调制电流从20.0 mA增大到60.0 mA过程中,输出波长在电流达到48.3 mA时发生跳变,由1 650.888 nm改变为1 651.020 m。通过HITRAN光谱数据库可知,波长1 650.888 nm位置可作特征吸收峰,而波长1 651.020 nm适合作参考波长。在此基础上,对密闭容器内标准浓度的甲烷气体进行测试,采用H-BD5GD410-HC型便携式甲烷检测仪的测试数据作对比。两种检测结果相近,但随着浓度不断地增高,该系统的检测误差相对平稳,略优于甲烷检测仪。系统的检测误差均低于0.050%,在不采用昂贵的锁相器、检相电路的条件下,实现了精度优于0.10%的井下甲烷浓度检测。     

Te溶剂Bridgman法CdMnTe晶体核辐射探测器的制备和表征

碲锰镉(CdMnTe)作为性能优异的室温核辐射探测器材料,可用于环境监测和工业无损检测领域。本文中采用Te溶剂Bridgman法生长In掺杂Cd_0.9Mn_0.1Te晶体,制备成10 mm×10 mm×2 mm大小的室温单平面探测器,研究了该探测器对²⁴¹Am@59.5 keV γ射线源的能谱响应。通过表征红外透过率、电阻率以及探测器能谱响应等参数,综合评定了探测器用CdMnTe晶体的质量、电学和探测器性能。结果表明,晶片的红外透过率均在55%以上,最好可达到60%。采用湿法钝化,100 V偏压下的漏电流由钝化前的9.48 nA降为钝化后的7.90 nA,钝化后的电阻率为2.832×10¹⁰ Ω·cm。在-400 V反向偏压下,CdMnTe探测器对²⁴¹Am@59.5 keV γ射线源的能量分辨率在钝化前后分别为13.53%和12.51%,钝化后的电子迁移率寿命积为1.049×10^-3 cm²/V。研究了探测器的能量分辨率随电压的变化特性,当偏压≤400 V时,探测器的能量分辨率主要由载流子的收集效率决定,而当偏压>400 V时,能量分辨率由漏电流决定。本文研究结果表明,Te溶剂Bridgman法生长的CdMnTe晶体质量较好,电阻率和电子迁移率寿命积满足探测器制备需求。     

基于能量变化的微尺度金属应变突变准则研究

微尺度金属在塑性变形过程中呈现出显著的应变突变特性。本文以力加载条件下单晶Ni微米柱体和位移加载下Au纳米柱体为对象，探讨应变突变的判定准则与不同特征阶段的判别条件。首先从经典塑性理论Hill稳定性条件出发，分析微柱体变形过程中的动能变化，提出了应变突变发生与结束的判定准则。进一步分析柱体变形过程中的内能变化，结合动能变化的分析结果，给出了微尺度金属不同变形阶段的判别条件。通过与文献中实验与理论结果对比发现，基于动能变化的应变突变判定准则能够判断应变突变的发生与结束，基于能量变化的判别条件可以有效区分微柱体的不同变形阶段。最后对新理论准则的可靠性与适用性进行了讨论。     

大脑血液动力学现象中的能量编码

神经信息的编码与解码是神经科学中的核心研究内容,同时又极具挑战性.传统的编码理论都具有各自的局限性,很难从脑的全局运行方式上给出有效的理论.而由于能量是一个标量具有可叠加性,因此能量编码理论可以从神经元活动的能量特征出发来研究脑功能的全局神经编码问题,取得了一系列的研究成果.本研究以王-张神经元能量计算模型为基础,构建了一个多层次结构的神经网络,通过计算机数值模拟得到了神经网络的能量消耗和血液中葡萄糖供能的变化情况.计算结果显示,和网络的神经活动达到峰值的时间相比,血液中葡萄糖的供能达到峰值的时间延迟了约5.6s.从定量的角度再现了功能性核磁共振(fMRI)中的血液动力学现象:大脑某个脑区的神经元集群被激活以后经过5~7 s的延迟,脑血流的变化才会大幅增加.模拟结果表明先前发表的由王-张神经元模型所揭示的负能量机制在控制大脑的血液动力学现象中起着核心的作用,预测了刺激条件下大脑的能量代谢与血流之间变化的本质是由神经元在发放动作电位过程中正、负能量之间的非平衡、不匹配性质所决定的.本文的研究结果为今后进一步探究血液动力学现象的生理学机制提供了新的研究方向,在神经网络的建模与计算方面给出了一个新的视角和研究方法.      

统计能量分析中参数不确定性分析

统计能量分析方法是计算结构高频振动噪声的有效方法之一，内损耗因子和耦合损耗因子是其中重要的参数但不易测量，测量误差通常比较大，导致计算得到的子系统振动能量和真实值之间存在偏差.为解决上述问题，该文采用了4种不同的区间分析方法:区间矩阵摄动法、基于区间变量特性法、仿射算法和仿射逆矩阵法，从理论上计算了统计能量分析子系统的振动能量区间，该区间结果充分考虑了内损耗因子和耦合损耗因子的测量误差对计算结果的影响，对传统的统计能量分析理论进行了完善.然后，通过算例比较了每种方法所求子系统总能量区间的优劣.     

惯容器非线性减振与能量采集一体化模型动力学分析

为了解决航天工程中减振和能源供应的问题，构建了一种应用于航天工程的整星减振和能量采集一体化装置，设计并考察了一种基于非线性能量汇(nonlinear energy sink, NES)的新型非线性减振装置，通过以惯容器(inerter)替代传统的惯性元件以减少负载质量，并在该装置中整合了基于超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material, GMM)的能量采集器.在整星减振的实际背景下对其进行了建模、仿真和分析，同时通过数值计算，考察分析了能量采集器采集振动能量的效果，研究结果表明，在合理选择的参数下，该NES-inerter-GMM(NES-I-GMM)装置能够很好地起到减振作用，同时收集一定的振动能量.     

加性和乘性噪声对随机偏微分方程的激励性（英文）

本文研究加性噪声和乘性噪声对一类随机偏微分方程激励性问题.利用It?公式和能量估计方法方法,得出在两种不同噪声下,相对应的随机偏微分方程噪声激励指标不同.从而从这个角度来看,加性噪声与乘性噪声对随机偏微分方程的影响是不一样的.     

激光产生温稠密物质的微观动力学过程及状态诊断

随着大型激光装置的建立和精密测量技术的发展，强激光与固体相互作用成为实验室产生温稠密物质的一个重要手段。温稠密物质的结构复杂性、瞬态性和非平衡性给理论建模和实验测量带来了巨大挑战。本文系统介绍了激光产生温稠密物质的实验手段和理论模拟方法方面的重要进展，分析了其中的电子激发动力学、电子-离子能量弛豫过程、离子动力学等物理过程，总结了温稠密物质状态诊断的实验技术和理论方法，并论述了激光产生温稠密物质的发展趋势。     

InSb芯片碎裂与迸溅金点的关系

批量生产中经常发生的锑化铟(InSb)芯片碎裂问题制约着InSb红外焦平面探测器(IRFPAs)成品率的提升.经分析认为:低周期液氮冲击下发生在器件边沿区域的InSb芯片破碎与该区域中迸溅金点的存在有关.为从理论上明晰迸溅金点对InSb芯片局部碎裂的影响,本文建立了包含迸溅金点的InSb IRFPAs结构模型,分析了迸溅金点的存在对应力分布的影响.在此基础上,在应力集中处预置不同长度的初始裂纹用以描述InSb晶片中的位错,以能量释放率为判据,探究InSb芯片碎裂与迸溅金点和位错线长短的关系.结论如下:1)迸溅金点的存在对InSb芯片碎裂的影响是局部的,在迸溅金点与InSb芯片接触区域的两侧会形成两个应力集中点; 2)环绕预置裂纹的能量释放率会随着预置裂纹长度的增加而加速增大,当预置裂纹长度接近InSb芯片上表面时,能量释放率近乎指数增加,并在预置裂纹贯穿InSb芯片时达到最大值; 3)迸溅金点引起的InSb芯片破碎属于Ⅰ型断裂失效模式,在多周期液氮冲击中,位错线在应力集中效应的驱使下逐步扩展,直至贯穿InSb芯片,最终形成宏观碎裂失效现象.