四连杆膝关节假肢的动力学建模与分析

相比于单轴式膝关节,四连杆膝关节具有更好的仿生特性和运动安全性,因而在下肢假肢研究中得到广泛关注. 本研究以一款四连杆膝关节被动假肢为研究对象,主要关注足-地交互作用力以及膝关节单边接触力等强非线性因素对下肢假肢步态的影响. 为此,采用 Kelvin-Voigt 模型和库伦模型描述足-地接触力和摩擦力,并采用 Kelvin-Voigt 模型描述膝关节单边接触力,从而基于第一类拉格朗日方程建立假肢动力学模型. 本研究以步态实验测得的髋关节运动数据为模型的驱动信号,针对假肢的步态特征进行了数值分析. 计算结果显示,当膝关节液压阻尼器的刚度较小时,强非线性作用力会使假肢产生显著的亚谐波响应,进而导致步态周期失谐. 进一步研究发现,提胯行为能够避免步态周期失谐,这也为残疾人行走时的提胯等代偿行为提供了一种新的力学解释. 为了评价假肢步态与健康人实测步态的一致性,本研究进一步定义了步态相关系数并分析了膝关节液压阻尼器刚度、阻尼参数对相关系数的影响. 结果表明,通过合理的刚度、阻尼参数设计,两者步态的相关系数可达到 0.9 以上,这为四连杆膝关节被动假肢进一步优化提供了理论支撑.      

微流控技术制备微胶囊负载钯催化剂

采用微流控技术结合悬浮聚合方法实现了百微米级含膦配体聚苯乙烯微胶囊的可控制备, 微胶囊尺寸在320~420 μm范围内可调, 且单分散性好. 扫描电子显微镜、能量散射光谱和电感耦合等离子发射光谱结果证实了其形貌和组成的均匀性及钯负载的可控性和有效性. 以溴代芳烃与苯硼酸的Suzuki偶联反应为模型反应评价了负载Pd(PPh₃)₄的百微米级微胶囊的催化性能, 发现其性能与文献报道的7~8 μm的同类催化剂微胶囊接近, 且均优于均相催化剂; 该催化剂经简单过滤后, 可实现多次循环使用, 未发现活性物种的流失. 该法实现了连续制备, 因而有助于提高制备的效率和可控性. 另外, 所制百微米级催化剂微胶囊在固定床反应器内具有较高催化剂浓度和机械性能, 且优于浆态床中使用的微米级催化剂微胶囊.     

中国区临近空间太阳辐射环境研究

临近空间(20~50km)航空活动是全世界航空大国竞相研究的热点。太阳辐射环境研究是开展该高度层航空活动的必要前提,然而临近空间辐射观测资料空白对其开发利用造成了障碍。臭氧是影响高空辐射环境的关键因子,基于欧洲中尺度预报中心再分析资料对中国区临近空间臭氧的空间分布、季节变化特征进行了分析,发现其时空分布及演变具备区域性特点,同时根据平流层大气数据及地表特征等将中国临近空间划分为5个区域,确定不同区域关键参数值,利用SBDART辐射传输模型对临近空间全波段太阳辐射及紫外辐射分别进行模拟。模拟结果显示受纬度、臭氧总量、垂直分布等影响,辐射值变化规律较为复杂。全波段太阳辐射年均和逐月值随纬度降低而增大,年较差则相反;大气的吸收作用与纬度、海陆差异有关,表现出不同的强度和季节变化特征;在紫外波段,南海上空辐射最强,年较差小,月较差很小且夏强冬弱,其他区域辐射值夏强冬弱,月较差呈双峰特征,春秋强,冬夏弱;大气的吸收作用受多因子影响,除南海外,各区域夏季辐射垂向差异更大;大气吸收引起的月较差垂向变化均表现为6、7月高低空月振幅一致,其它月份辐射值在高层月较差更大。     

基于光学厚度光谱特征改进北京地区气溶胶积聚模态比例估计

积聚模态比例(AMF)是细模态气溶胶光学厚度占总光学厚度的比例,是估算直接辐射强迫和评估细颗粒物污染的重要参数。利用2011年北京地区AERONET网站提供的气溶胶光学厚度(AOD)和粒子体积谱分布等微观参数,计算极值修正后的细模态Angstrom指数(α_f)并进行气溶胶光学厚度光谱退卷积计算,改进AMF估算精度。AMF估算误差主要是由于α_f的误差估计偏小造成的。通过统计模拟的α_f极大值与极小值范围获取约束条件,建立极值修正方法。通过敏感性试验可知,极值修正可将α_f约束在合理范围内,且α_f和AMF对气溶胶归一化体积谱分布敏感,不同谱分布可使α_f从0.662变化到2.849,AMF从0.08变化到0.84。经过极值修正后,AMF的平均误差从0.072减小到0.044,减小了38.89%,尤其在冬夏两季,误差减小明显。AMF精度的提高可直接提高细模态及人为气溶胶光学厚度的估算精度,对人为气溶胶的直接辐射强迫估算、气候变化评估和环境质量评价有着重要意义。     

Near-Range Large Field-of-View Three-Dimensional Photon-Counting Imaging with a Single-Pixel Si-Avalanche Photodiode

Large field-of-view(FoV) three-dimensional(3 D) photon-counting imaging is demonstrated with a single-pixel single-photon detector based on a Geiger-mode Si-avalanche photodiode. By removing the collecting lens(CL)before the detector, the FoV is expanded to ±10°. Thanks to the high detection efficiency, the signal-to-noise ratio of the imaging system is as high as 7.8 dB even without the CL when the average output laser pulse energy is about 0.45 pJ/pulse for imaging the targets at a distance of 5 m. A 3 D image overlaid with the reflectivity data is obtained according to the photon-counting time-of-flight measurement and the return photon intensity.     

微化工过程研究进展

微化工过程是化学工程学科的研究前沿和热点方向之一,是实现化工过程安全、高效、绿色的重要途径.近年来,关于微化工过程的研究主要集中在微尺度多相流动与结构调控、微尺度混合与多相传递以及微尺度反应过程等方面,并且取得了显著的进展.本文主要针对以上几个方面的研究进展进行综述,分析总结了微化工过程的优势和特点,并对其未来的发展方向进行了展望.     

白天单光子探测激光测距

单光子探测激光测距是实现远距离高精度测距的一种重要方法。由于白天的背景噪声约为夜晚的100万倍,传统的单光子探测器白天极易饱和甚至损坏,单光子探测激光测距在白光背景噪声环境中非常难识别微弱的回波信号。本文发展了一种基于FP标准具滤光的单光子探测激光测距装置,采用532 nm窄带干涉滤光片和线宽为10 pm的FP标准具进行二级滤光,并且通过压电旋转台驱动FP标准具,使其中心波长与激光波长锁定,保持最大的透过率。该测距装置有效地降低了白光背景噪声,采用PMT单光子探测器,在532 nm波段实现了白天单光子探测激光测距。在实验中,阳光照度为1.1×10~4 lx时,背景光噪声计数被抑制到900 kcps,探测距离为1.4 km时,信噪比可达16 dB。     

T形微通道中气泡分散流的传质性能

在T形微通道中,以错流剪切的分散方式实现了微米级分散气泡的制备,并以NaOH水溶液吸收CO2为对象,考察了气．液微分散体系的分散规律和传质性能．通过考察两相流速对气泡分散尺寸的影响,建立了预测气泡形成尺寸的数学模型．根据气泡的初始分散尺寸、流动阶段的体积变化以及传质完成后的尺寸,首次测定和区分了气泡形成阶段和运动阶段的传质量,建立了原位测定气泡分散流传质系数札的方法,并考察了两相流量对札的影响．结果表明,由于微通道中气泡的形成时间很短,形成阶段的传质量在总传质量中所占的比例很低．气泡分散流的传质系数主要受液相流量的影响,气相流量的影响基本可以忽略．基于实验结果,建立了计算传质系数鼠的无因次准数关联,计算结果与实验结果符合良好．     

A Closed-Form Model for Position-Dependent Potential across the Channel in DG-MOSFETs

A closed-form model for electrostatic potential distribution in the direction normal to the channel for double-gate （DG） MOSFETs is presented. The effects of doping （NA for nMOS） and minority carriers both are taken into account for the first time, in solving Poisson＇s equation analytically. Excellent agreement between model-predicted results and numerical device simulation is achieved for a wide range of body thickness, light or high channeldoping, under various bias conditions. This complete closed form for position-dependent potential distribution has wide applications for MOS compact modelling and device design.     

混合堆共生系统核燃料循环模式情景研究

为计算混合堆在未来燃料循环过程中起到的作用,进行了混合堆共生系统物料平衡计算。根据我国核电发展现状和中长期发展规划及中长期(2030年、2050年)发展战略研究,并充分考虑了我国经济发展速度、人口数量和人均用电量,计算得到了2100年之前,我国核电机组装机容量。假定不同堆型搭配的混合堆共生系统核燃料循环的4种情景并建立对应的物料平衡模型进行计算。计算结果表明,压水堆、混合堆和快堆共生模式能最大限度的减少天然铀的需求和节约乏燃料处置费用。