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.     

信号完整性仿真在失效分析中的应用

良好的信号完整性是高速PCB设计成功的关键因素,在PCB布线设计阶段,硬件设计人员通常采用信号完整性仿真对设计进行验证和约束。不仅如此,对于电路板调试或现场应用时出现的失效问题,还可以通过信号完整性仿真来开展失效分析工作。     

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。     

一种基于关联规则的代理缓存模型

将数据挖掘中关联规则技术应用到代理缓存管理和调度上，提出了一个新颖的基于关联规则的代理缓存模型，同时对该模型系统实现的一些关键技术做了详细的说明，并初步分析了其性能代价。试验表明该模型具有相当的可行性和有效性。     

增强人工蜂群算法求解半导体最终测试调度问题

本文提出一种增强人工蜂群算法(Enhanced Artificial Bee Colony,EABC),用于最小化半导体最终测试调度问题(Semiconductor Final Testing Scheduling Problem,SFTSP)的最大完工时间.该算法采用混合启发式方法初始化种群,并利用前插式解码策略来提高初始解的质量.在算法搜索阶段设计多种基于问题性质的探索策略和基于贝叶斯网络的概率模型对问题解空间进行深度与宽度的协同搜索.此外,提出基于重启策略的种群更新机制以加强算法跳出局部最优的能力.实验部分构造多种对比算法来验证EABC中各关键环节的有效性.通过基于实例的数值仿真以及与NFOA(Novel Fruit fly Optimization Algorithm)、KMEA(Knowledge-based Multi-agent Evolu-tionary Algorithm)和CCIWO(Cooperative Co-evolutionary Invasive Weed Optimization)的算法比较验证了EABC的有效性和鲁棒性.     

基于密度梯度理论的MOS量子隧穿解析模型

提出了一种基于物理的MOS电容超薄氧化层量子隧穿解析模型,量子力学效应在应用奇异微扰法求解密度梯度方程时得以体现.将泊松方程和经量子修正的电子势方程同时求解,得出电子和静电势在垂直于沟道方向的分布.结果反映出量子效应明显不同于经典物理学的预测.对解析解结果和精确的数值模拟进行比较,结果表明,在栅极偏压和氧化层厚度的较大变化范围内,二者都能很好地吻合.     

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.