X-CT噪音条件下数字体积相关算法评测

数字体积相关是通过分析具有相关关系的两组三维图像,获得物体变形过程中位移场和应变场的计算方法。了解该算法在实际噪音下的表现,对这种方法的应用具有十分重要的意义。利用爬山法、最小二乘法,结合三次B样条插值,建立了一套数字体积相关计算方法,用两组具有真实噪音的三维X射线CT数据对该算法进行了系统评测。在没有噪音的理想情况下,该算法的位移误差为0.0065voxel;在真实X-CT噪音的情况下,位移误差增加到0.008voxel,应变误差约为100με。结果表明,本方法可对真实物体变形进行三维位移场、应变场分析。     

高能激光辐照下光纤布拉格光栅响应特性

为探索光纤布拉格光栅在高能激光参数测量方面的应用,通过实验和数值模拟研究分析了其在高能激光辐照下的响应特性。通过解传热方程,获得了光纤布拉格光栅在高能激光辐照下的热响应特性。利用一个光纤光栅解调仪,记录了光纤布拉格光栅在高能激光辐照下的波长漂移现象。实验结果表明：在一定的功率密度范围内,光纤布拉格光栅的最大波长漂移与其所受的辐照功率密度成线性关系,该结果与理论模拟相符。     

干涉光谱结合偏最小二乘法反演热液CH4的研究

热液释放的高温甲烷气体经扩散作用先后进入海洋和大气,并对地球物理、化学和生物方面产生深刻影响。由于海洋溶解甲烷数据的缺乏,导致人们对深海热液释放甲烷的活动机制和环境效应还缺乏足够的认识。我们前期提出一种光学被动成像干涉系统OPIIS用于热液甲烷浓度、温度和压强的实时探测和长期观测。为了从OPIIS的干涉光谱中精确、稳定、快速的获取热液甲烷信息,采用将干涉光谱与偏最小二乘法相结合的方法处理OPIIS数据。首先分别建立三个甲烷浓度、温度和压强的单因变量预测模型,再利用干涉条纹与辐射光谱的关系,间接建立干涉光谱与甲烷浓度、温度和压强的PLS预测模型,提高了预测模型在实际应用中的抗干扰能力和稳定性。基于洛仑兹线型建立了不同于大气环境的深海气体辐射模型,并利用HITRAN2016分子光谱数据库的光谱参数,建立了深海甲烷在任意浓度、任意温度和任意压强下的辐射光谱数据库。挑选热液其他气体对甲烷探测干扰较小的甲烷泛频带1.64～1.66 μm内的六条谱线建立甲烷辐射光谱与浓度、温度和压强的偏最小二乘回归模型。另外,分析了训练集取样个数、取样间隔和主成分个数对提高预测模型综合性能的作用。利用不同训练集样本数,不同训练集取样间隔和不同的主成分数,分别建立96个浓度、温度和压强预测模型,并分别利用25组预测集样本对预测模型进行交叉验证。不同模型预测均方根误差和决定系数的对比表明,训练集取样个数、取样间隔和主成分个数等单一因素的改变并不能同时提高预测模型的预测精度、稳定性、适用范围和运算量等综合性能。经过平衡选取各项指标确定的最优回归模型的参数为：浓度、温度和压强的适用范围分别为5～375 mmol·L-1,580～678 K,10～34.5 MPa, 浓度、温度和压强的训练集取样个数分别为50组,25组,25组,采样间隔分别为5 mmol·L-1,2 K,0.5 MPa, 浓度、温度和压强预测模型的主成分数分别为2,2,5。浓度、温度和压强预测模型的预测均方根误差分别为3.082×10-6,0.977 0,5.052×10-3,决定系数分别为0.999 9,0.998 9,0.999 9。浓度、温度和压强的预测误差分别为±1.21×10-7,±3.63×10-3,±9.49×10-4,对应的预测精度分别为±45.4 nmol·L-1,±2.5 K,±3.3×10-2 MPa。结果表明,干涉光谱结合偏最小二乘法的反演算法可以精确、稳定、快速的获取热液甲烷气体的浓度、温度和压强信息。     

利用一种偏振方法减小由强反射或弱反射强度引起的植被反演误差（英文）

无论是多角度遥感的发展、还是偏振、高光谱遥感的发展,它们有一个相同的目的,即利用电磁波的种种特性、以及空间特性来对地球表面的一切地物进行精确的识别。任何单一的方法和手段不可能完整地描述和反映地物的所有特征。偏振测量是目标测量识别技术中不可缺少的技术之一,并且成为近年来全世界目标识别领域中的研究热点。由于定量遥感的反射强度对植被遥感的影响不可忽视,反射辐射信号呈现饱和或过弱都不能被检测到。而偏振是植被定量遥感的重要手段,因而有必要开发一种克服由反射强度强弱引起的植被反演误差的方法,这也是我们目前的研究目标。如果反射的辐射信号太强或太弱,都会影响遥感的准确性,而来自植被的偏振光可以提供有用的信息,特别是当反射的辐射信号饱和时,使得传感器不能获得足够有用的非偏振信息。本研究采用基于地面的偏振成像光谱仪系统,开发了一种偏振方法来克服反射强度过强过弱引起的植被反演误差。利用FISS-P偏振成像光谱仪系统研究了反射强度对遥感植被NDVI和DoLP效用的影响,实验地点在北京市中国科学院奥林匹克科技园。在对目标采样时对反射率强,反射率弱以及反射率适中的植被分别测量,同时对目标植被的不同波段(470,555,670,864nm)的DoLP进行计算与分析。地基成像光谱仪系统(FISS-P)提供了具有偏振信息的高空间分辨率图像,我们可以确定在阴影和强反射区域中单个像素的光谱偏振特性。在成像光谱信息的基础上,利用光的偏振性来对地物的物理特性进行分析。本文使用斯托克斯分量来表征反射光的各个偏振分量,使用线偏振度(DoLP)表征反射光偏振程度。信号饱和度和阴影效应导致归一化植被指数(NDVI)植被密集程度非常低,造成严重的反演误差,然而强反射对线偏振度(DoLP)的影响不大。研究结果表明,反射辐射信号饱和时,偏振效应可以通过适当的频带提高植被的反演精度,平均NDVI的相对误差为33.8%,而DoLP(670nm)的相对误差仅为6.3%,而其他波段的DoLP(555nm,864nm)的相对误差要大很多。这项研究结果表明,在植被识别时可以忽略强反射,然而,阴影(弱反射)效应是不容忽视的。FISS-P偏振成像光谱仪是用于计算具有不同反射强度的样品类型的偏振和非偏振参数的有效工具,同时发现在识别植被时,强烈的反射可以忽略不计,但是植被的阴影(弱反射)效应不容忽视。与非偏振方法相比,偏振效应可以提高反射辐射信号饱和时的植被反演精度。这项研究分析了使用偏振法强弱反射强度引起的误差减少。为了进一步揭示植被的阴影(弱反射)效应与DoLP之间的关系,还有一些问题需要解决。     

极化控制的双波段宽带红外吸收器研究

红外吸收器在红外隐身、辐射制冷、红外探测、传感器等方面有重要的应用前景.一维光栅型吸收器由于其结构简单、易于加工的优势备受关注,然而其不足之处是频带很窄,且只对一种极化有效.本文提出了一种基于简单一维周期结构的双波段宽带吸收器,对横磁波和横电波都有效,且吸波频段随入射波的极化方式而改变.该结构的基本单元由八个梯度排列的子单元构成,每个子单元由两层金属-介质双层膜垂直层叠组成.全波仿真结果表明,在1.68—2μm波段,该结构对横磁波吸收超过90%,而对横电波吸收很小(小于6%);在3.8-3.9μm波段,该结构对横电波吸收超过90%,而对横磁波吸收很小(小于5%).另外,该结构具有宽角度吸收特性,当入射角增大到60°时仍然能够保持较高的吸收率和较宽的吸收频带.     

微流控光学透镜阵列内芯表面的电润湿特性测量

采用特定的“导电基片／绝缘膜层”微透镜阵列内芯材料,研究其表面的介质上电润湿（EWOD）特性。利用图像采集与数据处理方法测量了0～60V电压范围内硫酸钠水溶液液滴在“不锈钢基片／Parylene绝缘层”芯片表面的接触角变化数据,通过EWOD理论模型计算得到硫酸钠溶液的表面张力值,此值与理论值相吻合。进而计算了内芯与液滴的界面张力,这种方法可用于一般固液界面张力的测量。     

MnCo改性的MCM-41催化剂用于氯苯催化燃烧的研究（英文）

含氯挥发性有机化合物(CVOCs)是对人体健康和环境危害极大的有机化合物.常见的有二氯乙烷、三氯乙烯、三氯甲烷、四氯化碳和氯苯等.有些CVOCs是"三致"(致畸、致癌、致突变)物质,有些少量进入大气就能破坏臭氧层,亦或与臭氧等形成光化学烟雾,引起全球变暖.因此,对于其消除迫在眉睫.CVOCs通常采用高温直接燃烧、吸附、光催化氧化和催化燃烧等方法降解.其中,催化燃烧是非常有效的.我们选择氯苯作为CVOCs探针分子是因其不仅存在于农药和化工产品中,在室内环境中也大量存在,而负载贵金属和非贵金属型催化剂可用于其催化降解.贵金属催化剂价格高而且易氯中毒,但过渡金属催化剂价格低且抗失活,因而是不错的选择.通常过渡金属催化剂使用V_2O_5,Cr_2O_3,MnO_2,Co_3O_4及NiO等活性组分,而Mn和Co氧化物有较好活性且没有环境污染,常用作活性组分.另外,MCM-41是有序介孔硅酸盐和硅铝酸盐家族中M41S的一员,具有高的比表面积和较窄的孔径分布,常用作催化剂的载体.我们利用具有大比表面积、大孔径的MCM-41作为载体,采用浸渍法负载MnO_x,CoO_x,MnO_x-CoO_x等活性组分,制备系列的催化剂用于低浓度氯苯的催化燃烧,研究催化剂的催化活性、选择性及稳定性.并利用XRD、N_2吸脱附、高分辨电镜-能谱分析、H_2-TPR和CB-TPD等手段对MCM-41及催化剂的织构-结构、表面形貌、活性组分分散状态、氧化还原性能及吸附性能等做了系统的研究.采用表面活性剂软模板技术合成了具有大比表面积、大孔径、耐热稳定性高的MCM-41介孔分子筛,负载不同比例的Mn/Co(摩尔比是3:1、6:1及9:1,其中总负载量为10%),以氯苯催化燃烧为探针反应,筛选出活性最佳时的Mn/Co比例.活性评价实验结果表明,各催化剂的活性以下列顺序依次降低:MnCo(6:1)/MCM-41MnCo(9:1)/MCM-41MnCo(3:1)/MCM-41Mn/MCM-41Co/MCM-41,其中MnCo(6:1)/MCM-41活性最佳,在270 oC即可完全催化燃烧氯苯.耐久性实验结果显示,MnCo(6:1)/MCM-41在连续反应1000 h后,其活性没有降低,表明其具有非常良好的稳定性.XRD实验结果表明,在Mn/MCM-41及Co/MCM-41催化剂上分别检测到MnO_2及Co_3O_4的特征衍射峰.在MnCo(6:1)/MCM-41催化剂上,MnO_2及Co_3O_4的特征衍射峰消失,同时出现了MnCoOx的特征衍射峰,这是由于MnO_2及Co_3O_4的强相互作用经过焙烧后形成的,且MnCoO_x的特征衍射峰较小,表明双金属活性组分的分散比单金属催化剂好.N_2吸脱附结果显示,MCM-41的比表面积达到805.9 m~2/g,孔体积达到0.795 cm~3/g.负载活性组分后其比表面积及孔体积均有不同程度的减小,这是由于活性组分进入了MCM-41的孔隙.高分辨电镜结果表明,MCM-41具有均匀的介孔孔道结构,MnCoO_x在MCM-41表面的颗粒小,分散好.能谱扫描出Mn,Co,O等元素,表明活性组分成功地负载在MCM-41载体上.H_2-TPR表明,双金属催化剂的还原峰温较单金属催化剂低,表明其具有更好的氧化性能.CB-TPD结果表明,MnCo双金属催化剂脱附氯苯的温度高于单金属催化剂,说明氯苯与催化剂之间的相互作用更强,即双金属催化剂对氯苯的吸附能力更强,使得氯苯催化燃烧更加充分,因此其催化性能更好.同时,深入探讨了MnO_x,CoO_x,MnCoO_x和MCM-41之间的相互作用及对催化燃烧性能的影响.     

SiO2-GeO2薄膜二次谐波产生的稳定性研究

利用溶胶－凝胶（ｓｏｌ－ｇｅｌ）方法制备了ＳｉＯ２－ＧｅＯ２薄膜,并测量了薄样品电场极化后光学二次谐波信号的相对大小和时间弛以豫特性,通过对汪同衬底材料及不同温度下电场极化薄膜样品二次谐波信号的时间弛豫特性比较,表明薄膜与衬底之间界面电荷的稳定性受衬底材料体电导率的影响,从而影响了薄薄膜样品二次谐波信号的稳定性。     

铈铬比例对CeO2-CrOx复合氧化物催化剂上1,2-二氯乙烷催化氧化性能的影响

采用共沉淀法制备了不同铈铬比例的CeO₂-CrO_x复合氧化物(Ce/Cr 摩尔比分别为9/1、4/1、2/1、1/1、1/2、1/4、1/8)以及单纯的CeO₂和Cr₂O₃, 并研究了各催化剂对1,2-二氯乙烷(DCE)的催化氧化性能. 结果表明,相较于单纯的CeO₂, 不同铈铬比例的复合氧化物催化剂对DCE的催化氧化活性有明显提高, 其中Ce/Cr 摩尔比为2/1的CeO₂-CrO_x复合氧化物上DCE的氧化活性最好, 且只有极微量的含氯等副产物产生; 随着Ce/Cr 摩尔比减小, 对HCl的选择性有下降的趋势. 通过X射线衍射(XRD)、N₂吸附/脱附(BET)、紫外拉曼(UV-Raman)光谱、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)等实验技术, 研究了铈铬比例对铈铬复合氧化物的物理化学性质的影响. 结果表明, 适当比例Ce-Cr的复合, 形成了结构较稳定的Ce-Cr-O固溶体, 提高了催化剂活性氧物种的流动性, 催化剂表面酸量及强弱酸比例, 从而有利于DCE的吸附活化, 进一步脱氯降解以及深度氧化.