高盐样品中锂的电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定研究

锂是重要的战略金属和新能源材料,其开发利用受到全球的高度关注。在高盐卤水特别是盐湖卤水和地下卤水中富含巨量的锂资源,在对这些资源进行锂的开发利用过程中,需对锂的含量进行准确测定,然而卤水中共存的高浓度Na+, K+, Ca2+和Mg2+会对微量锂的准确测定产生严重的干扰。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)具有线性范围宽和多元素同步分析能力,针对卤水中锂的快速准确测定,详细开展了高盐样品中锂的ICP-OES分析方法研究。结果表明,锂在610.364 nm处具有较高的信噪比,且Na+, K+, Ca2+, Mg2+和Ar不会对锂的测定产生显著的谱线干扰。然而,样品中大量共存的Na+, K+和Mg2+会对锂的测定产生严重的基体正干扰,而Ca2+产生负干扰。尽管内标法在消除基体干扰方面具有广泛的应用,但传统的以钇和钪为内标元素的内标法不能有效解决该问题。此外,针对标准加入法操作繁琐、不适合批量样品分析问题,以及基体匹配法需多离子匹配,且不适合样品基体组成变化的批量样品分析等问题,考察了采用单一组分进行复杂基体匹配的可行性。由于NaCl广泛存在于卤水中,且对锂的测定具有显著的增敏效应,通过系列研究发现,通过同时向样品和标准溶液中加入10 g·L-1的NaCl,成功解决了总量不超过40 g·L-1的NaCl, KCl和MgCl2所产生的干扰。尽管采用该法或沉淀预分离方式均不能消除Ca2+产生的负干扰,但当样品中Ca2+含量不高于1.8 g·L-1时,对测定不产生显著的影响。通过采用该方法对三种不同基体组成的卤水样品进行加标回收测定,其回收率在96.60%~104.20%范围内。此外,通过与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定结果进行对比,充分论证了该法的准确性和可靠性(相对误差±3.66%)。该法仅以单一的NaCl进行复杂基体匹配,不仅简化了操作,还实现了基体组成变化的批量样品分析,因而在卤水中锂的快速准确测定及锂资源开发利用方面具有重要意义。     

基于无人机多光谱图像的土壤水分检测方法研究

以表层土壤为对象,探究土壤的多光谱反射率与土壤水分含量相关性,进行基于无人机多光谱图像的土壤水分含量预测模型方法的探究。选取中国农业大学通州实验站为研究区域,实地采集试验田的土壤样本100组,按照一定梯度配制土壤含水量,配成的土壤含水率为10%~50%之间,土壤含量的真实值采用土壤烘干法进行测定。多光谱相机灵巧便捷,可搭载在无人机上对土壤进行监测。将RedEdged-M型多光谱相机搭载在Phantom 3型无人机上,选择阳光充足的采集环境,实时采集土壤样本的多光谱图像,建立土壤多光谱信息与水分含量之间的模型。利用处理光谱数据的ENVI5.3软件提取土壤样本多光谱信息,以多光谱相机自带的标准白板反射率为100%,计算出土壤样本在蓝、绿、红、红边、近红外五个波段的光谱反射率。采用BP神经网络算法、支持向量机算法、偏最小二乘算法分别建立基于无人机多光谱图像的土壤水分含量的预测模型。以80组土壤样本数据作为训练集,建立基于多光谱图像的土壤水分含量预测模型。采用莱文贝格-马夸特算法对BPNN进行改进,提高了其训练速度,当网络结构为5-10-1时,训练效果最好,本文选择该网络结构;SVM采取高斯核函数,当参数为0.56时,模型效果最好。本研究采用归一化均方根误差(NRMSE)和决策系数(R 2)对三种土壤水分含量的预测模型进行定量对比。以20组土壤样本数据作为测试集,结果可知,基于BP神经网络土壤水分含量预测模型的NRMSE为0.268,R 2为0.872;基于支持向量机的土壤水分含量预测模型的NRMSE为0.298,R 2为0.821;基于偏最小二乘土壤水分含量预测模型的NRMSE为0.316,R 2为0.789。对三种模型分析可知,基于BPNN的土壤水分含量预测模型效果均较好。结果可知,土壤的光谱反射率与含水率间存在较密切的相关性,将多光谱相机搭载在无人机上可以对土壤水分含量进行有效的实时监测,对监测土壤墒情提供技术支持和理论支撑。     

LAMOST光谱J152238.11+333136.1 P-Cygni轮廓分析

LAMOST一期巡天成功获取河外星系光谱超过150 000条,大样本光谱数据为探索奇异、稀有的天体从而完善现有的天体演化理论提供了必要的数据条件;而先进的信息技术为从海量的数据中挖掘这些珍稀样本提供了有效途径。针对采用基于DoPS的数据挖掘方法,从LAMOST DR5星系光谱数据获得的离群数据挖掘结果中,呈现出疑似P-Cygni轮廓特征的光谱J152238.11+333136.1进行了深入讨论。首先针对该光谱的基本信息、疑似P-Cygni轮廓特征以及相应的离群数据挖掘方法进行了简要表述,光谱在Hβ和[OⅢ]λ4860处呈现P-Cygni轮廓,在NeⅢλ3869和HeⅠλ5874处呈现反P-Cygni轮廓;其次,对该特征的真实性及其生成机制从以下4个角度展开讨论。(1)交叉同源观测。Sloan巡天2004年(相差11年)的同源观测,其光谱上并未呈现对应的特征,据推测可能是正在进行的演化活动或者光纤定位误差所致;(2)通过分析光谱质量、减天光残差等方法,分析P-Cygni特征是否为观测或数据处理所致。NeⅢλ3869和HeⅠλ5874处呈现反P-Cygni轮廓可信度较低;同时,通过比较目标光谱与超级天光,以及相邻光纤观测到的光谱在对应波长处的光谱特征,说明存在P-Cygni轮廓为减天光过程导致的可能性;(3)光谱子型差异。IRAS和WISE等近红外同源观测,显示其为Seyfert 2型星系,光学波段发射线强比[NⅡ]/Hα,[OⅢ]/Hβ显示其为HⅡ区,结合光学、红外测光图像特征,推测目标可能是两个星系进行并合活动;(4)从导致P-Cygni轮廓的物理机制的角度,分析了由星系并合触发外流、由恒星形成(爆发)电离气体触发的外流以及由Wolf-Rayet特征星系的超星风等原因引起的可能性。     

基于机器视觉的刀具轮廓在线检测方法的研究

超精密单点金刚石车削过程中需要对刀具参数进行检测。基于机器视觉原理,采用新型的机械结构设计了新型刀具在线检测系统。通过垂直放置的两组由同轴远心镜头和CMOS相机组成的光学系统来获取车刀刀尖正面及侧面的图像,再经图像处理系统来获取刀具的轮廓及位置信息,完成对刀具轮廓及位置的在线检测,实验验证可实现测量的重复性定位精度达1μm。在线检测的方式借助了超精密车床自身的高精度和运动机构,可以保证相机焦点和机床主轴之间的相对位置关系,弥补了目前刀具检测系统稳定性差和重复性精度低的不足,提高了加工的整体效率。     

软体操作器结构设计及植入式光纤传感方法

为解决微创手术软体机器人的形状实时监测问题,将刻有三个光纤布拉格光栅的单根光纤植入软体操作器中,利用其研究柔性硅胶软体操作器光纤传感和三维形状重构方法。进行了软体操作器的结构设计及模型建立,并对光纤光栅波长漂移量和软体操作器弯曲曲率之间的关系进行了理论分析;通过实验验证了软体操作器结构设计及其模型建立的有效性,测试了软体操作器不同弯曲状态下三个FBG传感器的反射谱特征及其变化规律;通过分析三个FBG传感器的中心波长漂移量,利用线性插值算法计算出软体操作器在不同弯曲状态下的曲率等参数,并结合曲线拟合方法实现软体操作器的三维形状重构。实验结果表明:植入式光纤光栅传感方法可以实现硅胶软体手术操作器的三维形状传感,在微创外科手术领域具有广阔的应用前景。     

消光式核壳二聚体传感器的设计与光谱特性分析

根据ITO/Au纳米核壳二聚体粒子在生物医学领域的应用合理性,设计了一种实时检测生物液体的核壳二聚体探针消光式传感器;由偶极子理论推导出输出波长与外界环境折射率关系;利用MATLAB设计ITO/Au纳米核壳二聚体粒子结构;采用软件DDSCAT7.3结合离散偶极近似法,利用二聚体有效半径模拟计算了300~950nm可见光到红外光波段不同核壳比、二聚体间距、以及不同介质折射率的消光光谱;根据传感芯片折射率与偶极共振、耦合八级共振的响应关系得出ITO/Au二聚体的折射率灵敏特性。与传统Ag/Au核壳纳米粒子相比,ITO/Au纳米核壳二聚体结构引入了可作为传感芯片灵敏性自参考参数的耦合八级共振峰,同时ITO/Au二聚体结构的折射率灵敏度可达到419nm/RIU。这些工作及其结果对制作消光式传感器具有重要的意义。     

超空泡射弹水下侵彻靶板三相耦合数值模拟

超空泡射弹侵彻问题的实质是特殊水下结构受到高速冲击载荷作用下的动态响应。对12.7 mm口径超空泡射弹侵彻典型水下目标壳体的毁伤效果开展研究,基于LS-DYNA有限元分析软件建立水环境中超空泡射弹垂直侵彻曲面靶板的等效模型,探讨射弹侵彻过程中动能侵彻和气泡溃灭对靶板联合毁伤效果,获得了靶板在各阶段的应力变化和结构变形规律。结果表明:侵彻靶板前,射弹着靶速度为200 m/s时的头部表面水介质压力峰值达768 N,靶板表面有明显下凹变形;侵彻靶板时,伴随着射弹动能侵彻和气泡溃灭冲击,水介质造成的影响不足动能侵彻的2%;侵彻靶板后,在靶板正面形成峰值速度为42 m/s的水射流进一步作用于破口;靶板整体弯曲变形,在200~300 m/s范围内,随着射弹着靶速度的增加,靶板弯曲形变量减小;靶板局部发生延性穿孔,射弹在水环境中具有更好的破口效果,射弹速度变化对破口尺寸影响不大。     

基于八面体理论的岩石循环加-卸载本构模型及修正

探究岩石的受力特点及破坏特性是研究岩石地下工程安全性的关键,诸多学者都期望能在岩石本构模型的研究上取得突破性进展。在此背景下,提出了一种能够描述循环加-卸载条件下岩石的本构模型。首先,假设岩石的微元强度服从八面体剪应力理论并且微元破坏服从Weibull概率公式,将岩石本构中的损伤变量以及岩石微元强度表达式里包含的损伤因子进行本构变换,得到关于应力、应变等其他表现加-卸载下岩石损伤本构模型的参数,表示出岩石微元强度和损伤变量,再将得到的岩石微元强度和损伤变量代入所提出的岩石本构模型中,并进行等式变换得到一个函数表达式。通过将其与实验数据进行拟合对比分析,得出修正后的拟合参数,将其代入函数式中,得到损伤本构模型的修正式。最后将拟合参数进行必要的敏感性分析,得出各拟合参数的实际物理意义。     

不同材料弹体超声速侵彻钢筋混凝土靶的结构破坏对比实验

设计了超声速钻地结构弹,采用203 mm口径的火炮,开展了25 kg量级弹体在1100~1300 m/s速度范围内侵彻钢筋混凝土靶的实验研究,应用数值仿真对弹体侵彻钢筋混凝土靶的过程进行了模拟计算。基于实验和仿真结果,对超声速侵彻条件下两种金属材料弹体的结构响应、质量损失等问题进行了分析。结果表明:在超声速侵彻钢筋混凝土靶的过程中,两种金属材料的弹体结构变形破坏形式主要为头部侵蚀和侧壁磨蚀,头部侵蚀量的大小与弹体壳体材料有关,高强度G50钢材料更适合用于1200 m/s速度量级的超声速侵彻环境。对出现的“径缩”现象作了初步分析,并对今后工程应用的结构弹体设计提出了指导意见。     

基于相移偏折法的高反射表面面形测量技术

利用单相机所采集的图像实现了对光滑高反射表面面形的直接检测.首先利用相机获取参考平面在标准平面镜中的镜像,然后通过参考平面上的点与归一化成像平面上图像点之间的密集折返对应关系,求得待测镜面的深度距离,从而实现对高反射表面面形的测量.通过光线追迹将该测量过程转化为求解物空间中关于两对应光线束之间的相交问题.以相位为载体获取面形梯度分布,求得该表面的法向量场,并求解相应的反射光线束.通过光线追迹对该光线束与相应入射光线束求“交点”检测高反射表面.对标准平面镜进行实验检测,测量得到的面形平面度为0.19 mm.采用传统方法与本文所提方法对汽车后视镜进行检测,所得检测结果对应点之间的平均距离为0.15 mm,验证了本文方法检测镜面面形的有效性.