摘要：以天津大学在国家自然科学基金申请管理工作实际中遇到的问题为例,对项目受理中形式审查工作进行归纳分析,运用信息化手段设计并研发了集人力资源测算分析、申请书批量重命名和形式审查等功能于一体的国家自然科学基金申请管理系统,实现了申请书的自动形式审查,有效提升了工作效率和审查的准确性,极大减少了依托单位管理人员的工作量,并为项目申请人提供了更充足的时间提升申请书内在质量。

摘要：光声光谱技术作为实现痕量气体浓度高效率、高精度测量的重要气体传感技术,因其响应速度快、灵敏度高、选择性好等优点被广泛应用到大气环境检测、电力系统故障诊断、医疗健康诊断等领域当中。首先介绍了光声光谱技术痕量气体浓度测量的基本原理,对应用光声效应实现痕量气体浓度测量的机理进行了简要的描述,同时,介绍了基于光声光谱技术的典型痕量气体浓度测量装置的结构。其次,从光声信号强度的理论分析出发,引出国内外学者在光声光谱痕量气体浓度测量领域的研究热点,为了实现基于光声光谱技术的痕量气体浓度测量装置更强的抗干扰能力、更紧凑的结构、更低的检测下限、更高的检测灵敏度,国内外学者的研究重点可以总结为以下三点:(1)辐射光源的选取和设计,以实现更佳辐射光源的输出波长、更宽的调谐范围、更高的辐射光源输出功率。(2)更优秀的光声池设计,以实现更高效的声能量积聚、更紧凑的结构和更强的抗干扰能力。(3)声敏探测器的设计,以实现更高的声音灵敏度、更高的信噪比。详细介绍了基于光声光谱痕量气体浓度测量装置的三个核心元件:辐射光源,主要介绍了相干光源和非相干光源的应用研究进展;光声池,主要介绍了光声池的设计原则以及非共振式和共振式光声池的应用研究进展;微音器,主要介绍了电容式微音器、压电式微音器的应用研究进展,并对近期研究热点石英增强光声光谱技术进行简要的介绍。在介绍目前辐射光源、光声池、微音器应用研究进展的同时,分析了各元件的优势和需要解决的问题。最后,总结了光声光谱技术应用于痕量气体浓度测量领域装置存在的信噪比不高、结构复杂、检测灵敏度和检测下限易受混合气体之间的交叉干扰等问题,并且对未来测量装置中的三个核心元件:辐射光源、光声池、微音器的发展趋势进行了展望。

摘要：温度是用来表征物体特性的一个重要的基本参数,被广泛应用于金属加工、生产生活、航空航天等各个领域,温度测量的准确与否对每个行业都有着至关重要的影响。随着电子设备的尺寸不断微型化以及各种可穿戴智能设备的普及和发展,小型化成为了电子元件技术水平的一个重要技术指标,所以电子元器件也一直朝着小尺寸、高集成化方向发展,而其焊接温度的波动引起的产品良品率也在不断降低。因此,如何实现电子元器件焊接过程中焊头温度的实时获取,已成为众多相关企业急需研究的课题。基于晶体管式焊接电源的工作特点,从分析焊头的结构特性入手,利用焊头的红外光谱辐射特性,设计了一种激光瞄准式的光学系统,采用朗伯体法对焊头进行温度测量,从而得到焊头工作时的实时真温。整个温度测量系统由硬件系统部分和软件系统部分构成。其中,硬件系统包括光学系统的设计、 I/V转换及放大电路和上位机的高速数据采集系统。软件系统主要包括上位机系统界面的设计。上位机软件采用LabVIEW进行程序设计,主要包括AD采集卡的配置与驱动、数据滤波、零点测量、温度标定、温度计算、实时温度曲线和数据存储。在系统建立、软件调试完毕后,采用标准空腔黑体炉对测温系统进行了校准。首先,利用整体黑体法对焊头工作时的发射率进行了试验,结果表明,在氧化和非氧化状态下,其发射率与文献数据基本一致。然后利用该发射率值,计算出了焊头上小孔的空腔黑体发射率。最后,利用恒流晶体管式焊接电源进行了系统稳定性和重复性实验。分析该方法的不确定度,得出该方法的总体不确定度在3%以内。通过对测温系统的标定和配置,该系统还可以应用在其他需要高速精确测温的场景。

摘要：在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)原理的混合颗粒系消光模型,将入射光束离散化成光子,通过追踪其从发射至接收/逃逸过程中所有事件,统计光子去向并研究混合颗粒系的消光特性。为了验证蒙特卡罗模型的准确性,分别对聚苯乙烯和玻璃微珠单一颗粒系中消光谱进行数值计算,结果与Lambert-Beer定律预测误差小于2%。进一步将模型扩展至由聚苯乙烯和玻璃微珠构成的混合颗粒系,其消光谱随玻璃微珠占比(混合比)增大而依次递增,直至混合比为1时退化为单一颗粒系,而波长减小时,消光随混合比变化趋势由线性向非线性转变,两种颗粒自身消光特性差异越大则非线性趋势越明显,说明混合系消光值由颗粒类型、混合比、颗粒粒径和光波长共同决定且相互耦合。根据预测消光谱,采用三种全局最优算法对混合颗粒粒径和混合比参数反演。结果表明:混合比单参数反演结果的误差最小,均在1.5%以内;对两种颗粒粒径进行双参数反演时,误差均在3%以内;对两种粒径和混合比进行三参数同步反演时,误差增大,但均在10%以内。综合分析三种反演算法,PSO算法耗费时间最长,是其他算法的数倍,IGA算法效果较好且更加稳定。初步验证了设计的蒙特卡罗模型可应用于混合颗粒系的消光谱预测,实现了两种颗粒粒径与颗粒系混合比的同步反演。

摘要：针对现有圆阵多项式结构宽带波束形成器频域设计方法在短抽头长度条件下性能严重下降的问题,提出了一种时域降维优化设计方法。首先,利用圆阵的对称性特点,理论分析了多项式结构宽带波束形成器权系数存在的对称性,继而导出圆阵多项式结构宽带波束形成器时域设计的降维形式,剔除了优化问题中近一半的冗余波束形成器权系数,有效降低了时域优化问题的维度。然后,结合交替方向乘子法进一步导出了圆阵多项式结构宽带波束形成器的时域降维优化方法。仿真结果表明,所提时域降维设计方法在短抽头条件下显著优于现有的频域设计方法,且在提升时域优化效率方面也具有明显优势。

摘要：提出了采用时域结构的低计算复杂度宽带波束图综合方法。首先,引入自适应零陷波束设计思想,通过在特定频率与角度设置虚拟干扰源,实现对旁瓣区域阵列响应的精确控制,多次迭代控制后满足波束设计要求。其次,所提方法能够在现有波束设计基础上实现灵活调整,根据旁瓣级等设计参数的变化快速更新波束图。理论研究表明,相较现有采用内点法的波束图综合方法,所提方法降低了单次迭代计算复杂度,有效提升了波束设计效率。仿真实验与半消声室实验结果表明,该方法所设计波束形成器相较传统固定波束形成器具有更低的旁瓣级,并且对方向性干扰有更好的抑制效果。

摘要：利用Telops公司设计的Hyper-Cam中波高光谱成像仪对水泥地上某坦克模型进行3~5μm波段的红外高光谱成像测量。对实验数据进行了逐像素点的大气校正。基于矫正后的实验数据,分析了仪器误差、随机误差、大气校正传递误差等对测试不确定度的影响。分析了该坦克模型在不同谱段上的亮度分布和模型上不同部位的光谱分布特性。结果表明:在波数为2000~3000 cm-1波段,其相对不确定度一直稳定在10%以内,但是在大于3000 cm-1的波段,其误差迅速上升,主要因为常温物体的中波辐射低,在该波段目标辐射与大气路程辐射接近,而引起的噪声增大,造成的测试信噪比降低。该坦克模型光谱辐射亮度测试数据的平均相对不确定度在20%以内,整体误差较低。光谱分布上,坦克各部分特征点和水泥地表的光谱辐射亮度在波长为4.2~5μm波段时的差异性比波长为3.0~4.2μm波段时的差异性更大,且探测器接收到的4.2~5μm波段的光谱辐射亮度要大于3.0~4.2μm的光谱辐射亮度。由于4.3μm波段处于大气吸收带,大气透射率几乎为0,以至于无法获得目标的光谱辐射亮度的真实测量值。空间分布上,模型的辐射亮度主要集中在侧边涂层上,炮口处和履带处的辐射亮度较小。目标各部位辐射亮度分布与周边水泥地表的辐射亮度有着明显差异性。在3~5μm的辐射亮度中,4.4~4.8μm波段的辐射亮度占比较高,该波段成像效果最好。3.2~3.8μm波段的辐射亮度占比较低,该波段成像效果较差。处于大气吸收带的4.2~4.4μm波段,由于大气透射率几乎为0,无法获得其准确的空间辐射亮度分布。研究表明该拓展中波高光谱成像仪在地面目标的中波红外高光谱成像特性研究上具有目标区分精确、误差小、“图像光谱合一”的特点,测试数据可以应用于目标的红外高光谱隐身设计、目标的分类与识别等领域。

摘要：Hg^(2+)是毒性最强的重金属离子之一,会造成空气、土壤和水的污染,严重损害人体健康,开发有效的分析方法检测环境体系中的Hg^(2+)尤为重要。荧光探针因其灵敏度高、选择性好、响应速度快、可实时在线检测等优点,已广泛应用于Hg^(2+)检测。以Hg^(2+)促进硫代缩醛的去保护反应设计合成了一种全新的以1,3-氧硫戊环为受体的开启型Hg^(2+)荧光探针[2-(pyren-1-yl)-1,3-oxathiolane,POX],通过^(1)H NMR、^(13)C NMR和HRMS对POX结构进行表征,考察了POX在CH_(3)CH_(2)OH/H_(2)O中对Hg^(2+)的选择性、竞争性、浓度滴定、pH滴定、时间依赖性、检出限和识别机理等。研究结果表明,POX可在较宽的pH范围内对Hg^(2+)快速识别,并表现出高度的选择性和灵敏度;向POX中加入Hg^(2+)后,在386 nm处出现明显的荧光发射峰,表明POX对Hg^(2+)呈现出显著的荧光“开启”效应,其识别过程几乎不受其他金属离子干扰;荧光滴定实验表明POX在Hg^(2+)浓度为0~6.5μmol·L^(-1)范围内具有良好的线性响应(R^(2)=0.9994),检出限为0.168μmol·L^(-1),在实际水样中检测Hg^(2+)的RSD小于2.92%。由于POX合成简单、原料易得且pH适用范围较广,可作为定性和定量检测环境中Hg^(2+)的潜在工具。

摘要：磷铝锂石为含F和OH的连续固溶体矿物,属于一种稀有宝石品种,然而国内对其鲜有研究报道,尤其对快速无损估计F含量从而确定宝石名称以及宝石颜色成因研究较少。对市场上收集的黄绿色宝石级磷铝锂石分别进行常规宝石学、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)测试与分析。常规宝石学测试结果显示较高的折射率和较低的相对密度的特征均指示研究样品属于羟磷铝锂石端元。研究样品在400~1500 cm^(-1)的红外光谱指纹区表现为430 cm^(-1)的吸收谱带,归属Li—O键的弯曲振动;494、546、604和664 cm^(-1)的吸收为PO43-的弯曲振动和AlO6键的伸缩振动共同作用所致;~832 cm^(-1)为OH的弯曲振动(δOH);~1032、~1090、~1211 cm^(-1)为PO43-的伸缩振动。~3386 cm^(-1)左右,是OH的伸缩振动(νOH)。拉曼光谱显示样品具有305、430、489、648、806、893、1013、1058、1107、1193和3367 cm^(-1)等典型拉曼峰。在3367 cm^(-1)左右的相对较宽的峰是典型的OH伸缩振动,1000~1200 cm^(-1)之间的一组峰是PO43-的非对称伸缩振动(V3)。在600 cm^(-1)以下的拉曼光谱峰,为PO43-的非对称伸缩振动和Al—O键的伸缩振动所致。通过利用折射率高值指数、红外和拉曼光谱指数对磷铝锂石F含量进行了综合估算,折射率高值指数nγ、拉曼光谱中3367 cm^(-1)左右的峰值和1058 cm^(-1)左右的峰值之差以及3367 cm^(-1)附近拉曼峰的半高宽(FWHM)指数是氟磷铝锂石-羟磷铝锂石系列中F含量的良好指标,可被用于快速和间接地半定量估计磷铝锂石刻面宝石的F含量。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱LA-ICP-MS结果显示,研究样品的主要元素组成为P2O5、Al_(2)O_(3)和Li_(2)O外,还含有微量的Fe,与羟磷铝锂石的化学成分相符。Fe在磷铝锂石中以类质同象取代Al,O^(2-)—Fe^(3+)之间电价转移,Fe^(3+)—Fe^(2+)价键间电荷转移和Fe^(3+)的d—d轨道的自旋禁阻跃迁同时对蓝紫区和橙红区的吸收,与紫外-可见光谱测试结果反映出蓝紫区(300~420 nm)和黄橙区(590 nm附近)的吸收较为一致,可能是导致羟磷铝锂石呈黄绿色调的主要原因。

摘要：火星探索项目是我国深空探测工程的重要组成部分,“天问一号”2021年成功着陆火星,是中国航天在火星探索研究迈出的一大步。火星大气的气氛主要以二氧化碳为主,表面气压远低于地球大气,由于大气成分和进入轨道的差异,火星进入器面临的热环境同地球返回器有很大不同,其进入过程为非空气介质的高速流动,将产生严重的气动防热问题。利用电弧风洞模拟火星进入器气动加热环境,是开展火星探测防热系统设计的关键。电弧风洞模拟火星进入高温过程,其主要过程是CO_(2)主导的离解反应,并且CO等高温离解组分与火星进入器防热材料相互作用,产生的催化效应会显著影响气动热环境。利用中红外量子级联激光吸收光谱测量技术,开展电弧加热火星进入流场特性的在线定量研究。电弧加热在线诊断研究利用CO在4.5μm附近中心波长为2212.625 cm^(-1)(v″=0,R(19))的谱线,实现了对火星地面流场的高信噪比测量,采用单线-直接吸收光谱诊断技术获得了自由流静温和关键组分CO摩尔浓度的实时测量结果。典型状态下,火星进入流场自由流静温和CO摩尔组分浓度在整个运行时间内保持稳定,显示出电弧加热流场良好的稳定性。六组重复试验显示自由流静温和CO摩尔组分浓度分别在(1757±69)K和(0.189±0.027)范围内,自由流温度波动≤3.9%,CO组分浓度波动≤14.3%,证明电弧风洞建立的火星地面流场具有非常好的重复性。基于该研究发展的电弧风洞中红外激光吸收光谱诊断技术,可以为研究火星进入器气动热环境和防热材料烧蚀-催化特性提供精细化测量能力。