An efficient approach to optimize the vibration mode of bar-type ultrasonic motors

The electromechanical coupled dynamic model of the stator of the bar-type ultrasonic motor is derived based on the finite element method. The dynamical behavior of the stator is analyzed via this model and the theoretical result agrees with the experimental result of the stator of the prototype motor very well. Both the structural design principles and the approaches to meet the requirements for the mode of the stator are discussed. Based on the pattern search algorithm, an optimal model to meet the design requirements is established. The numerical simulation results show that this optimal model is effective for the structural design of the stator.     

自动化学间断分析仪和原子吸收光谱法测定锥栗不同授粉组合果实的元素含量

为探讨锥栗不同授粉组合果实中矿质元素是否也存在花粉直感效应，应用全自动间断化学分析仪和原子吸收光谱法测定了“华栗1号”、“华栗2号”、“华栗3号”和“黄榛”四个锥栗主栽品种自交、异交以及自然授粉的子代坚果中主要矿质元素的含量。结果表明，锥栗不同授粉组合坚果的N，P，K，Ca，Mg，Fe，Zn和Mn八种矿质元素含量差异较为显著，其矿质元素具有明显的花粉直感效应，尤其是铁、锌元素受花粉直感作用的影响较大，“华栗2号”ד黄榛”授粉组合果实铁、锌元素含量最高，分别为162.13和41.79 μg·g-1；“黄榛”ד华栗1号”授粉组合果实中Mn元素含量最高为165.67 μg·g-1，为锰微肥的利用提供了参考；通过主成分分析，评价出19个组合中在矿质元素方面表现最优的授粉组合为“华栗2号”ד黄榛”。该研究结果可为锥栗生产上合理配置授粉树和改善果实品质提供科学的依据。     

“黄蜂石”的矿物成分及谱学特征研究

近期在广州荔湾珠宝市场出现一种具黄、黑条带的玉石品种，因其花纹形如黄蜂，商家称之为“黄蜂石”。“黄蜂石”的条纹状结构与缟玛瑙的条带状纹理非常相似，容易混淆。对“黄蜂石”进行显微岩相学、X射线粉晶衍射、电子探针、红外吸收光谱及拉曼光谱等分析，旨在探求其基本物理性质、矿物组成，以及谱学特征。结果显示：“黄蜂石”以灰白、黄橙、黑色为主，莫氏硬度3~5，相对密度2.58~2.73，长波紫外光下具弱黄色荧光，与稀盐酸反应起泡。显微岩相学分析显示，“黄蜂石”基质为方解石，呈不规则粒状，粒径0.02~0.3 mm，粒状、纤维状结构。“黄蜂石”中CaO的含量约为53.64%～56.66%，FeO的含量约为2.23%~3.62%，MgO的含量约为1.05%~1.79%，部分测试点中出现As和S元素。样品中Mg/Ca摩尔百分比为2.59%~4.68%，为低镁方解石。红外吸收光谱分析显示，“黄蜂石”的红外光谱特征吸收峰与碳酸盐类矿物理论值一致，为1 514，1 427，881和710 cm-1，由[CO₃]2-不对称伸缩振动、面内弯曲振动以及面外弯曲振动导致；黑色矿物中存在黄铁矿的特征峰1 123，1 050，423，1 123和1 050 cm-1为S-S伸缩振动，423 cm-1为Fe2+-[S₂]2-伸缩振动。拉曼光谱分析显示，样品的黄色部分中除具方解石的拉曼位移1 083，713，282和157 cm-1外，还有副雄黄的拉曼峰346，233和184 cm-1；橙红色部分显示雄黄的拉曼特征峰338，221及184 cm-1，338 cm-1由S-As-S伸缩振动所致，221 cm-1属于S-As-S弯曲振动结合As-S伸缩振动产生，184 cm-1与As-As伸缩振动相匹配。X射线粉晶衍射分析结果与红外吸收光谱、拉曼光谱等测试结果一致，即“黄蜂石”的主要矿物是方解石，次要矿物为黄铁矿、雄黄及副雄黄等，根据国家标准可定名为“碳酸盐质玉”。     

A b initio calculation of the growth of Te nanorods and Bi2Te3 nanoplatelets

In this paper the growth mechanism of a Te/Bi2Te3 novel structure is studied by ab-initio calculations. The results show that the growth of Te nanorods is determined by the adsorption energy of Te atoms on different crystalline Te surfaces. The adsorption energy of Te on the Te （001） surface is 3.29 eV, which is about 0.25 eV higher than that of Te on the Te （110）. This energy difference makes the preferential growth direction along the 〈 001 〉 direction. In addition, the higher surface energy of Bi2Te3 （110） and the lattice misfit between crystalline Bi2We3 and Te along 〈 001 〉 direction are considered to explain the growth of the Bi2Te3 nanoplatelets, in which Volmer-Weber model is used. The theoretical results are in agreement with experimental observation.     

生物激活磁共振成像造影剂的研究进展

介绍了磁共振成像新一代造影剂--生物激活造影剂（亦称之为“酶激活”、“生物应答”或“智能型”造影剂）的研究进展.主要讲述了这类造影剂的设计原理、性能与作用. 它们主要分别对生物体内的酶、金属离子浓度、pH等敏感.     

基于声学超材料的低频可调吸收器

在当今社会,噪声污染已经成为人类健康的一大威胁,如何有效地控制和消除噪声污染一直是科研领域的一个重要话题.本文以开口环嵌套结构为模型,设计并制备了一种声学超材料.通过理论分析、数值模拟和实验测试,发现由于模型内部空腔的强烈耦合共振效应,该超材料可以在低频区域实现接近完美的吸声效应.此外,通过简单地绕轴旋转其内腔开口方向,即可改变该超材料的相对阻抗值,进而在较宽的频带范围内实现对吸收峰位置的可调控制.由于该超材料具有深亚波长的尺寸,因此非常有利于低频吸声器件的小型化和集成化,同时该模型也为宽带吸收器的设计奠定了基础.     

Surface rumples and band gap reductions of cubic BaZrO3 （001） surface studied by means of first-principles calculations

Electronic properties of the （001） surface of cubic BaZrO3 with BaO and ZrO2 terminations have been studied using first-principles calculations. Surface structure, partial density of states, band structure and surface energy have been obtained. We find that the largest relaxation appears in the first layer of atoms, and the relaxation of the BaO-terminated surface is larger than that of the ZrO2-terminated surface. The surface rumpling of the BaO-terminated surface is also larger than that of the ZrO2-terminated surface. Results of surface energy calculations reveal that the BaZrO3 surface is likely to be more stable than the PbZrO3 surface.     

Passive control of discrete-frequency tones generated by coupled detuned cascades

Discrete-frequency tones generated by rotor-stator interactions are of particular concern in the design of fans and compressors. Classical theory considers an isolated flat-plate cascade of identical uniformly spaced airfoils. The current analysis extends this tuned isolated cascade theory to consider coupled aerodynamically detuned cascades where aerodynamic detuning is accomplished by changing the chord of alternate rotor blades and stator vanes. In a coupled cascade analysis, the configuration of the rotor influences the downstream acoustic response of the stator, and the stator configuration influences the upstream acoustic response of the rotor. This coupled detuned cascade unsteady aerodynamic model is first applied to a baseline tuned stage. This baseline stage is then aerodynamically detuned by replacing alternate rotor blades and stator vanes with decreased chord airfoils. The nominal aerodynamically detuned stage configuration is then optimized, with the stage acoustic response decreased 13 dB upstream and 1 dB downstream at the design operating condition. A reduction in the acoustic response of the optimized aerodynamically detuned stage is then demonstrated over a range of operating conditions.     

可见-近红外光谱的鸭梨黑心缺陷在线检测AdaBoost集成模型研究

黑心病是鸭梨贮藏期间发生的生理病害,其病变初期表现在内部果核处出现褐色斑块,而在果实外观上与正常果几乎没有任何差异,严重影响鸭梨的贮藏时间和品质,亟需一种快速无损的检测方法为鸭梨质量保驾护航。采用可见-近红外光谱法对鸭梨黑心缺陷进行在线检测和识别,结合平滑（Smoothing）、标准正态变量变换（SNV）、多元散射校正（MSC）、SG一阶导数（SG 1st-Der）以及小波变换（WT）预处理方法和主成分分析（PCA）、k近邻（kNN）、朴素贝叶斯（NBC）、支持向量机（SVM）以及基于Adaboost的集成学习等方法对鸭梨黑心病进行判别研究。Adaboost集成了kNN、NBC和SVM三个独立学习器。将120个健康鸭梨和165个黑心鸭梨共计285个样品划分为训练集和测试集进行模型的构建和评价,采用训练集的查准率/查全率的调和平均值（F-measure）和正确识别率（Accuracy）对分类模型进行优化和评价。研究结果表明：不同属性（正常和黑心）鸭梨样品光谱的前三主成分分布图相互交错,很难直观地对黑心鸭梨进行区分。样品光谱经小波变换（小波基为“Haar”）预处理的kNN模型训练集的F-measure和Accuracy分别为78.98%和82.62%;经过SG一阶导数预处理后的NBC模型训练集的F-measure和Accuracy分别为80.90%和82.11%;经过小波变换预处理后的SVM模型训练集的F-measure和Accuracy分别为90.24%和91.58%;经小波变换预处理的AdaBoost模型训练集的F-measure和Accuracy分别为91.46%和92.63%。通过测试集对模型进行验证可知：光谱经小波变换预处理后建立的Adaboost分类模型最优,分类的F-measure达到90.91%,较WT-kNN,SG 1st-Der-NBC和WT-SVM模型分别提高了11.39%,15.23%和2.30%;Accuracy达到92.63 ％,分别提高了10.52%,11.58%和2.10%;模型对测试集样品预测时的计算时间约为0.12s,满足在线分选要求。可见-近红外光谱结合AdaBoost分类方法,可以为鸭梨黑心病的在线检测提供一种快速简便的分析方法。     

基于ANSYS优化设计的蒸发器异型管板工程图的实现

基于制冷装置蒸发器异型管板无设计标准可依的现状,文中介绍开发的蒸发器异型管板辅助设计系统。在蒸发器异形管板三维优化设计模型的基础上,采用Visual Basic对ANSYS及AutoCAD软件进行二次开发,从三维造型图提取尺寸数据,实现了蒸发器异形管板二维工程图的快速生成,为企业快速响应市场奠定基础。     

高生长速度条件下的“层片↔棒状”共晶转变机理研究

低速生长条件下, 共晶“层片↔棒状”转变只由两相的体积分数控制. 高速情况下, 这种转变有时亦发生, 其转变机理不清楚. 本文应用竞争生长准则, 结合高速生长条件下层片共晶和棒状共晶生长模型研究了生长速度引起的“层片↔棒状”转变机理. 结果显示: 体积分数在临界值附近很小的范围内, 生长速度和溶质配分系数的增大可引起“棒状→ 层片”共晶转变; 而当体积分数远离临界值时, 转变不发生. 生长速度名义上引起“层片↔棒状”共晶转变实际上是由生长速度变化引起的体积分数的变化导致的. 关键词： “层片↔棒状”共晶转变 竞争生长 生长速度 体积分数     

基于色度学-拉曼光谱特征鉴定北红和南红玛瑙

产于黑龙江的“北红玛瑙”与四川凉山、云南保山的“南红玛瑙”是我国珠宝市场上常见的红色玛瑙,然而相应的产地特征研究较少,结合色度学、拉曼光谱、X射线粉晶衍射分析对三个产地的73件红色玛瑙的色度学、矿物学、光谱学特征进行了对比分析。结果表明,“北红玛瑙”的主要物相组成为α-石英和斜硅石,次要矿物组成为针铁矿、赤铁矿;四川凉山与云南保山“南红玛瑙”的主要物相组成为α-石英,次要矿物为赤铁矿、针铁矿、方解石等,少量样品含有斜硅石。黑龙江“北红玛瑙”的颜色主波长范围为574～605 nm,集中于[580, 590]区间,对应黄色-橙黄色-橙色色调,CIE1976Lab色空间中a≤6.2,b≤6.3;四川凉山“南红玛瑙”的主波长范围为589～624 nm,云南保山“南红玛瑙”主波长范围为589～599 nm,两个产地的“南红玛瑙”主波长均集中于[590, 600]区间,对应橙色-橙红色色调,大部分样品a＞6.2或b＞6.3,整体而言相比“北红玛瑙”颜色色调偏红,其彩度和亮度总体上也高于“北红玛瑙”。拉曼光谱中,斜硅石Si-O-Si对称伸缩-弯曲振动引起的501 cm-1峰在“北红玛瑙”中的强度高,在两个产地的“南红玛瑙”中不存在或者强度弱。斜硅石与α-石英特征峰强度比(I₅₀₁/I₄₆₃)和面积比(A₅₀₁/A₄₆₃)结果基本一致,在研究及鉴定过程中可以根据实际情况灵活选择。拉曼光谱粉末法测得的斜硅石与α-石英特征峰强度比(I₅₀₁/I₄₆₃)和面积比(A₅₀₁/A₄₆₃)结果位于大量随机点测的范围内,在日常鉴定中可以用多次无损点测的方法来获得接近粉末法的结果。黑龙江“北红玛瑙”的特征峰面积比(A₅₀₁/A₄₆₃)稳定在0.15～0.36,而四川凉山与云南保山“南红玛瑙”稳定在0.00～0.08,指示了两个产地“南红玛瑙”的斜硅石相对含量比“北红玛瑙”少,推测是两地的“南红玛瑙”在初期形成后都经历了较强的脱水和重结晶作用过程,使斜硅石转化成低温的α-石英所致。可以综合利用色度学特征及拉曼光谱,结合斜硅石与α-石英谱特征峰强度比(I₅₀₁/I₄₆₃)或面积比(A₅₀₁/A₄₆₃),对产于黑龙江的“北红玛瑙”以及四川凉山、云南保山的“南红玛瑙”进行区分,这也对玛瑙的产地鉴定、出土文物溯源等具有重要意义。     

基于色彩参数和高光谱特征的针叶树种色素含量预估

光谱成像技术广泛应用于植物理化参数无损伤测定等领域研究,而色素与色彩参数相关性研究也有学者探索.但比较并优选分别以色彩参数值、光谱参数值作为自变量与色素含量拟合出的模型,还未见报道.本实验以5种针叶树种为研究对象,筛选蓝边幅值Db、黄边幅值Dy、红边幅值Dr、绿峰幅值Rg、红谷幅值Rr、蓝边面积SDb、黄边面积SDy、...     

Relativistic nuclear physics at the Joint Institute for Nuclear Research

The basic stages of the development of the Veksler and Baldin Laboratory of High Energies, Joint Institute for Nuclear Research, in Dubna are described briefly. Some experiments on the investigation of cumulative particle production and the new direction of investigation of the processes of hadron-nuclear and nuclear-nuclear interaction in which the quark structure of nuclei can be manifested—relativistic nuclear physics—are considered. Basic methodical and experimental results obtained at the synchrophasotron and Nuclotron are presented, ideas produced in collaboration with theoreticians of the Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics are discussed. An overview of investigations in the field of relativistic nuclear physics planned at the Nuclotron is given.     

铜铅胁迫下玉米叶片弱光谱信息的LD-CR-SIDSCAtan探测模型

农作物在受到重金属污染以后,会破坏本身的组织细胞结构和叶绿素含量,从而影响农作物的新陈代谢和健康状况。人和动物如果食用了污染的农作物以后,会有致命的伤害。高光谱遥感目前被广泛应用于监测农作物受重金属污染的程度。重金属污染下的农作物叶片的光谱变化很微小,传统的监测方法和常规的光谱特征参数很难将光谱之间的微弱差异区别开,目前高光谱遥感应用是研究的重点和难点。通过设置不同浓度的Cu2+和Pb2+胁迫下玉米盆栽实验,采集玉米叶片的光谱数据、叶绿素的相对含量以及重金属Cu2+和Pb2+的相对含量。提出了包络线去除(CR)、光谱相关角(SCA)、光谱信息散度(SID)以及正切函数(Tan)和兰氏距离(LD)相结合的LD-CR-SIDSCA_tan模型,将其与传统的光谱测度方法,如光谱相关系数(SCC)、光谱角(SA)、光谱角正切(DSA)、光谱信息散度-光谱相关角正切(SIDSAM_tan)、光谱信息散度-光谱梯度角正切(SIDSGA_tan)和常规的光谱特征参数,如红边最大值(MR)、绿峰高度(GH)、红边一阶微分包围面积(FAR)、红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)、蓝边(DB)、红谷吸收深度(RD)相比较,验证了该模型的优越性和可行性。并且将LD-CR-SIDSCA_tan模型应用于不同浓度下Cu2+和Pb2+胁迫的玉米叶片的整体波形和子波段的光谱差异信息的测度上。结果表明,LD-CR-SIDSCA_tan模型实现了重金属Cu2+和Pb2+污染的定性分析,能够测度光谱相关系数达到0.99以上的相似光谱之间的差异信息,波形差异信息与叶片测得的叶绿素相对含量和重金属Cu2+和Pb2+相对含量显著相关,也分别找到了重金属Cu2+和Pb2+胁迫下的光谱响应波段。在测度光谱数据的整个波段区间范围,模型值为负值时的光谱差异要比模型值为正值更加明显;在模型值为正值时,如果数值越大,光谱的差异性也越大。因此,随着重金属Cu2+和Pb2+浓度的增加,光谱的差异增大,意味着重金属Cu2+和Pb2+污染程度更为严重;玉米植株受到重金属Cu2+胁迫污染,在测度光谱数据的局部子波段区间范围时,“蓝边”、“红边”、“近谷”、“近峰B”处对重金属Cu2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Cu2+污染程度的有效波段;当玉米植株受到重金属Pb2+胁迫污染时,在“紫谷”、“蓝边”、“黄边”、“红谷”、“红边”、“近峰A” 处对重金属Pb2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Pb2+污染程度的有效波段。最后通过LD-CR-SIDSCA_tan模型的应用结果与玉米叶片中Cu2+和Pb2+含量进行线性拟合分析,从而反演和预测了重金属Cu2+和Pb2+对玉米植株的污染程度。     

Finite element modelling of a rotating piezoelectric ultrasonic motor

The evaluation of the performance of ultrasonic motors as a function of input parameters such as the driving frequency, voltage input and pre-load on the rotor is of key importance to their development and is here addressed by means of a finite element three-dimensional model. First the stator is simulated as a fully deformable elastic body and the travelling wave dynamics is accurately reproduced; secondly the interaction through contact between the stator and the rotor is accounted for by assuming that the rotor behaves as a rigid surface. Numerical results for the whole motor are finally compared to available experimental data.     

A finite volume method and experimental study of a stator of a piezoelectric traveling wave rotary ultrasonic motor

Piezoelectric traveling wave rotary ultrasonic motors are motors that generate torque by using the friction force between a piezoelectric composite ring (or disk-shaped stator) and a metallic ring (or disk-shaped rotor) when a traveling wave is excited in the stator. The motor speed is proportional to the amplitude of the traveling wave and, in order to obtain large amplitudes, the stator is excited at frequencies close to its resonance frequency. This paper presents a non-empirical partial differential equations model for the stator, which is discretized using the finite volume method. The fundamental frequency of the discretized model is computed and compared to the experimentally-measured operating frequency of the stator of Shinsei USR60 piezoelectric motor.     

高光谱的矿区植物异常信息提取

白茎绢蒿是一种广泛分布于新疆富蕴县各个矿区的一种植物。在矿区进行矿产勘查时，由于植物等障碍信息的存在，传统的勘查方法已经难以发挥作用，急需一些新方法、新思路。遥感植物地球化学方法可以巧妙地利用植物这一天然的信息源，把植物从障碍信息转换为了有用信息。帮助人们快速、经济地获取植物屏障下的矿产有用信息。由于其具有大面积、快速、无损性等优点，受到了越来越多学者的关注，成为当下的研究热点。近些年虽然有学者综合考虑“吸收系数”和“衬度系数”这两个指标，证明了白茎绢蒿是对隐伏矿床的勘查具有较好指示性作用的植物，生在在矿床上部的植物可以较好的吸收土壤中的成矿元素，在其体内形成地球化学异常，相比于其他植物异常信息更加清晰可见。但是目前没有人研究是否可以从光谱的角度来发现白茎绢蒿体内的地球化学异常，进而为隐伏矿床的勘查提供参考。因此，本研究首次尝试从白茎绢蒿的光谱信息中寻找出与地球化学异常密切相关的特征波段或者特征值, 然后构建基于植物光谱的隐伏矿床预测模型。采取的方法是首先利用ASD FieldSpec3 型光谱仪分别对生长在矿床上部和背景区的植物进行光谱测定，然后从原始光谱、一阶导数光谱、二阶导数光谱、一阶导数的分形维数、二阶导数的分形维数五个层面对生长在这两个区域的植物光谱进行对比分析，最终优选出了10个差异显著的特征波段，分别为：R′₈₂₄，R′₈₃₄，R′_{1 533}，R′_{1 573}，R′_{1 633}，R′_{1 643}，R″_{1 284}，R″_{1 703}，一阶导数的分形维数以及二阶导数的分形维数。这些特征波段可以作为植物地区寻找隐伏矿床的植物地球化学标志。以优选出的10个特征波段作为输入参数，分别用随机森林 (RF)和偏最小二乘-支持向量机(PLS-SVM)构建了基于植物光谱数据的隐伏矿床预测模型。结果表明：(1)两种模型均可以取得较好的效果，但是相比于随机森林模型，偏最小二乘-支持向量机模型具有更好的鲁棒性，泛化能力也更强；(2)利用植物的光谱异常寻找隐伏矿床具有较大的潜力，因为相比于传统方法，更加简单、快速。课题组已经利用动力三角翼和HySpex成像高光谱传感器构建了“超低空探测平台”，可以实现对地“亚米级”的观测。但是如何有效的解决“空间尺度”和“光谱尺度”问题，如何把地面试验场建立的模型更好的应用于超低空探测平台，实现研究区大面积地、快速地植物异常信息提取将是我们下一步的研究重点。     

A novel configuration for a brushless DC motor with an integrated planetary gear train

This paper presents a novel configuration of a brushless DC (BLDC) motor with an integrated planetary gear train, which provides further functional and structural integrations to overcome inherent drawbacks of traditional designs. The effects of gear teeth on the magnetic field and performance of the BLDC motor are investigated. Two standard gear profile systems integrated on the stator with feasible numbers of gear teeth are introduced to reduce the cogging torque. An equivalent magnetic circuit model and an air-gap permeance model are applied to analytically analyze the magnetic field, while the validity is verified by 2-D finite-element method (FEM). Furthermore, the motor performance is discussed and compared with an existing design. The results show that the present design has the characteristics of lower cogging torque and torque ripple than the conventional design, which is of benefit to the widely applications on accurate motion and position control for BLDC motors.     

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从Braginskii冷离子流体模型出发,利用准环坐标系,导出了轴对称(环向模数为零的)扰动密度和扰动电位所服从的两个二维线性偏微分本征波方程。采用WKB法及Langer变换,解出了测地声模过转向点一致有效的整体模结构和分立本征频率谱;论述了不存在连续谱解的原因;指出Schrödinger意义下的径向高激发态对应了近零频模;论证了与测地声模定级分析的自洽性将导致“蝌蚪”定域化;并讨论了“蝌蚪”定域化理论与实验上所观察到的“多个测地声模共存”现象之间的关係。