密封界面微孔结构的三维分形重构技术与泄漏特性

基于分形粗糙表面的三维数值重构技术,对界面微孔结构的分形表征进行详细研究,并应用分形多孔介质输运理论构建界面泄漏机理模型,建立微观形貌与宏观泄漏率之间的理论关系式.用有限元分析法对单粗糙峰的接触变形进行模拟,获得最大孔径的变形位移,实现微观接触力学与微观泄漏模型的有效耦合.应用所提出的预测模型对金属垫片泄漏率进行计算,结果与已有实验结果相吻合.由预测模型可知,粗糙表面分形维数、特征尺度系数以及变形位移量对微孔几何结构影响显著,是影响界面泄漏率的关键因素.     

基于固有光学量的高光谱数据反演城市河网水质

水体辐射传输模型是水体光谱特性分析的理论基础,水体固有光学量由水体组成决定,与水体表面光场无关。基于统计的半经验算法虽然能获取指定区域水质参数反演结果,但是缺乏物理意义;基于生物光学模型的分析算法,针对城市河网内陆Ⅱ类水体光学特性复杂、空间分布异质性强、水体细小、流动性大等特点,利用高光谱数据,研究基于固有光学量的城市河网水质参数反演模型,对内陆城市浑浊水体光谱特性研究具有重大意义。提出了适用于内陆城市河网水体的改进QAA算法,以获取水体固有光学量,改进包括后向散射估计模型调整和参考波段优化两个方面;计算参考波段总吸收系数、颗粒物后向散射系数等固有光学量,得到浮游植物吸收系数和剔除纯水吸收系数;对浮游植物吸收系数最优波段比值与叶绿素a浓度进行线性回归分析,构建叶绿素a水质浓度反演模型,对剔除纯水吸收系数最优波段比值与悬浮物浓度线性回归分析,构建悬浮物水质浓度反演模型。针对内陆河网Ⅱ类水体,以典型的河网城市嘉兴市为研究区域,获取了研究区域航空高光谱数据,以及水质采样化验数据和水面以上光谱数据等地面准同步测量数据;利用QAA算法和IIMIW算法对实测水面以上光谱进行固有光学量反演,对比分析两个算法并结合城市河网水体特点,提出改进QAA算法;利用改进的QAA算法实现了研究区域水体的固有光学量反演,基于反演的水体固有光学量建立了叶绿素a浓度和悬浮物浓度两项水色参数定量反演模型,反演模型决定系数R2分别为0.64和0.71;并用航空高光谱数据同步区域的4个地面样点实测数据,对反演结果进行验证分析。通过水质参数浓度反演值与实测值的对比,叶绿素a和悬浮物水质浓度反演的平均相对误差分别为9.2%和9.4%,反演得到的叶绿素a和悬浮物浓度分布图,也与城市河网的特点和实际情况相符,为城市河网水质监测提供方法和模型参考。     

Analytical prediction for depth of subsurface damage in silicon wafer due to self-rotating grinding process

Subsurface damage (SSD) induced by silicon wafer grinding process is an unavoidable problem in semiconductor manufacturing. Although experimental attempts have been made on investigation of the influential factors on the SSD depth, however, few theoretical studies have been conducted to obtain SSD depth through grinding parameters. To fill the gap, an analytical model is developed to predict the SSD depth in silicon wafer due to self-rotating grinding process, which can reveal the relationship among SSD depth and the grinding parameters, the size of the abrasive grains and the radial distance from the wafer center. The establishment of the proposed model is based on scratch theory and fracture mechanics of isotropic brittle materials, and we further consider the effects of elastic recovery, cleavage plane and crystalline orientation on SSD formation. To validate the applicability of the proposed predictive model, grinding experiments with varied grinding parameters are performed and the depths of SSD along the <110> and <100> crystal directions are also measured and analyzed. The results given by the proposed model present reasonable accuracy of less than 20% deviation with experimental results. Effects of grinding parameters, wafer radial distance, crystalline orientation, and abrasive grain size on SSD depth are discussed in detail.     

兴城地区岩石光谱特征与物性参数、金属元素间响应关系研究

岩石物性参数、元素含量和光谱特征三者之间的相互关系并非独立存在, 研究三者之间的相互关系,对于探索通过遥感信息进行岩石矿物成分、物性参数的定量反演方法奠定基础。采集了兴城地区590块岩样本,分析其物性参数（密度、介电常数、电阻率、磁化率）、金属成分含量（Fe, Ti, V, Mn, Zr, Co, Zn, Nb, Bi, Pb）以及岩石光谱之间的关系。将各物化参数与原始光谱、光谱吸收深度、光谱小波包分解后的高低频做相关性分析,找出各物化参数影响光谱吸收和反射的特征波段,探究关系密切的参数。该研究为岩石岩性分类、某种金属元素和物理特性的反演以及用某种参数来预测关系密切的参数奠定了基础,取得如下结论：（1）获得了火成岩中Fe,Ti,Mn,V,Zn,Bi和Pb等元素的特征谱带,其中Fe元素含量更高,与光谱的相关性更显著。在0.4和0.54 μm波段附近存在Fe的特征反射波段,1.0~1.5 μm波段范围内存在Fe元素的特征吸收波段;在0.4~0.55和0.6~0.65 μm波段范围内,Ti元素与光谱的相关性更显著,在2.28 μm波段附近存在Ti的特征吸收波段;在0.41 μm波段附近存在Mn的特征反射波段;火成岩、沉积岩V元素与光谱相关性差异性较大,在0.76,0.81,0.89,0.95 μm波段附近可能存在火成岩的特征吸收波段和沉积岩的特征反射波段;沉积岩的Zn元素含量与光谱的相关性比火成岩要显著,在0.41,1.36,1.59 μm波段附近可能存在火成岩Zn的特征反射波段,在2.34 μm波段附近可能存在沉积岩Zn的特征波段;2.14 μm波段附近,Bi元素对沉积岩光谱的吸收有一定的作用;Pb的特征谱带可能存在于0.45,0.54,2.29 μm附近;（2）在岩石各物理特性和光谱的关系研究中,在0.57~0.85 μm波段范围内,密度对光谱有很好的吸收反射特征,在0.53 μm波段附近,磁化率使光谱有较强的反射,在1.08 μm波段附近,磁化率使光谱产生较强的吸收;电阻率和光谱的相关关系与密度和光谱的相关关系极为相似;（3）在岩石各物性参数间的关系中发现,密度和电阻率呈显著正相关的关系;（4）在岩石各物性参数与金属元素的关系中研究发现,密度与各金属元素相关性较弱;磁化率与Fe和Ti元素呈显著的正相关关系;电阻率与各金属元素间的相关关系较弱;介电常数与各金属元素含量呈正相关关系,其中与V,Zn,Bi元素的相关关系最显著;（5）在金属元素间,Fe与Ti有较显著的正相关关系,Ti与Fe,V元素间有较强的正相关关系,Zn和Pb存在较强的正相关。     

工矿业城市区域水质参数高光谱定量反演

工矿业城市区域易受工业活动、矿产开采影响,使其水环境遭受不同程度的破坏,以至于水体污染问题突出。当前常规水质监测主要采用“以点代面”的工作方式进行野外采样及其室内化验分析,然而环境复杂多变,空间差异大,导致调查点代表性受限,整体精度不高,效率低下,更难以实现区域性动态监测。以因矿兴市的矿业重镇湖北黄石大冶市为研究区,同步开展无人机高光谱航飞、地面光谱测量和水体样品采集测试,分别获得具有49个波段的高光谱影像数据和光谱分辨率为1 nm的水体光谱曲线,其中影像数据波谱范围为505~890 nm,光谱分辨率为7.78 nm,空间分辨率为30 cm。对获取的高光谱影像和光谱数据剔除异常值、光谱定标、辐射校正等预处理后,对比分析研究区内水体的不同光谱吸收、反射及光谱曲线形态特征信息,从而提取出高光谱影像和测量光谱的反射光谱曲线形态特征、去包络线后光谱曲线形态特征、三阶求导后光谱曲线形态特征和光谱四值编码共四大类25个光谱特征。采用皮尔森相关系数分析样品水质参数与光谱特征之间的相关性,以此筛选出存在显著相关的水质参数与光谱特征。在此基础上,采用逐步回归分析方法筛选出最大反射率及其波长位置、对称度、光谱编码Ⅲ、三阶导最大及最小值等光谱特征作为模型变量,构建出水质参数的多元线性反演模型,并对模型进行F检验和t检验。将检验后的反演模型推广运用于研究区内高光谱影像,获得尾矿库、河流、湖泊等典型区域的水质参数反演结果,从而实现“由点到面”水质参数信息的快速获取。结果显示水质参数pH、硬度（Ca2++Mg2+）、钾与氯离子比值（K+/Cl-）、镁与碱度比值[Mg2+/(HCO3-+CO2-₃)]的反演精度较高,其pH的判定系数R2最小为0.669,镁与碱度比值的判定系数R2最大为0.895,相对均方根误差均小于28%;而总溶解固体（TDS）反演精度较低,其判定系数R2仅为0.463,相对均方根误差达36.762%。提出了一种基于光谱曲线形态特征的高光谱遥感水质参数定量反演模型方法,实现了pH值、硬度、镁离子与碱度之比等水质参数的高光谱定量反演,为区域水环境动态监测提供了新方法。     

X射线光场成像技术研究

X射线三维成像技术是目前国内外X射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统X射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像理论的X射线三维立体成像技术.首先从同步辐射光源模型出发,对X射线光场成像进行建模;然后,基于光场成像数字重聚焦理论,对成像目标场在深度方向上进行切片重建.结果表明:该方法可以实现对成像目标任一视角下任一深度的内部切片重建,但是由于光学聚焦过程中的离焦现象,会引入较为严重的背景噪声.当对其原始数据进行滤波后,再进行X射线光场重聚焦,可以有效消除重建伪影,提高图像的重建质量.本研究既有算法理论意义,又可应用于工业、医疗等较复杂目标的快速检测,具有较大的应用价值.     

A DAMAGE CONSTITUTIVE MODEL OF ROCK WITH CONSIDERATION OF RESIDUAL STRENGTH

基于岩石微元强度服从Weibull分布规律,引入损伤变量修正因子,建立了考虑残余强度影响的岩石损伤本构模型.运用多元函数求极值的方法,推导了含修正系数的模型参数\(m\)和\(F_{0}\)的理论表达式;对模型修正因子的选取进行了讨论分析. 结果表明：本文修正模型的实质是增加了一个含有修正系数的线性项;修正系数 \(\delta \)主要反映岩石的残余强度特征,选取合适的 \(\delta \) 值可以提高修正后本构模型的准确性.     

A convolutional neural network approach to calibrating the rotation axis for X‐ray computed tomography

This paper presents an algorithm to calibrate the center‐of‐rotation for X‐ray tomography by using a machine learning approach, the Convolutional Neural Network (CNN). The algorithm shows excellent accuracy from the evaluation of synthetic data with various noise ratios. It is further validated with experimental data of four different shale samples measured at the Advanced Photon Source and at the Swiss Light Source. The results are as good as those determined by visual inspection and show better robustness than conventional methods. CNN has also great potential for reducing or removing other artifacts caused by instrument instability, detector non‐linearity, etc. An open‐source toolbox, which integrates the CNN methods described in this paper, is freely available through GitHub at tomography/xlearn and can be easily integrated into existing computational pipelines available at various synchrotron facilities. Source code, documentation and information on how to contribute are also provided.     

ʵʱ����ƽ�ⷴ�ݳ�����EAST PCS�еļ���

为提高等离子体实时平衡反演过程的精度和效率,开发了基于图形处理器(GPU)的P-EFIT程序.简要概括EAST PCS软硬件架构后,描述了并行实时平衡反演程序P-EFIT在EAST PCS中的集成工作.为了验证集成系统的正确性与可用性,用历史实验数据作了性能测试,满足实时控制的要求.目前P-EFIT已集成在EAST中并用于等离子体控制,EAST实验证明控制性能良好.