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：针对航天复杂系统型号较多,传统测试流程与调度设计只能人工定制化排布,效率较低且未有效优化,同时,考虑到航天复杂系统快速测试的迫切需求,提出一种基于多目标遗传算法的航天测试流程自动生成方法。该方法在测试项集合明确的前提下,将测试项抽象为离散事件,以测试总时间和测试资源均衡度为优化目标,充分考虑航天器测试的诸多约束,将其作为遗传算法执行过程中交叉或变异的禁忌项。在初始种群确定后,对测试流程和调度方案进行自动生成和优化。对算例的仿真结果表明,该方法相对于同实验条件下的传统半串行测试方法和单目标优化方法,测试总时间或资源均衡度得到了较大提升。在进一步扩展优化目标和约束项后,该方法可有效提高航天复杂系统测试过程的快速响应能力和可靠性。

摘要：超分辨荧光显微镜突破了光学衍射极限造成的空间分辨率限制,使得生物学家能够在生命体和细胞具有活性的状态下,对其功能与结构进行高精度动态记录,有望揭示更多重要的生命现象细节。然而,由于超分辨荧光显微技术的成像视场、深度、分辨率、速度等不易兼得,所以解卷积作为一种最有效且直接的求解逆问题的框架,被广泛应用于增强超分辨显微镜的时空分辨率。研究人员聚焦于通过相应算法设计实现高质量显微图像的重建,在一定程度上克服了超分辨荧光显微镜的硬件限制,可以更好地恢复生物信息。本文首先介绍了解卷积方法的基本原理及其发展历程,接着列举了不同解卷积技术在不同模态下的重建原理和效果以及这些技术在生物学上的应用,最后总结了基于深度学习的解卷积方法在超分辨荧光显微镜技术上的最新进展和未来的发展潜力,并对包括傅里叶环相关的定量评估图像重建质量的方法的最新进展进行了阐述。

摘要：定期监测输电线路中导线弧垂的大小对输电线路的稳定运行有重要意义。传统的弧垂测量方法操作复杂且耗时较长,应用单目视觉获取完整导线图像是一种便捷的弧垂测量方法,但是当输电线路的档距过大时,相机受视场角和分辨率的限制,无法拍摄完整的导线,难以测量弧垂。针对上述问题,设计了一种便捷可用的局部摄影测量方法,将IMU中的加速度计传感器与高分辨率工业单目相机结合,在已知少量输电线路参数的条件下,只需拍摄待测导线的左侧部分即可。获得单幅导线图像后,引入语义分割技术提取图像中的导线,以摄影测量模型为基础将导线的实际点与对应成像点建立联系,以此建立非线性方程组,经非线性求解恢复导线的三维形状,进而计算导线弧垂。弧垂的测量相对误差可以控制在5%以内,满足实际应用需求。

摘要：为解决大数据时代国计民生相关的复杂问题,顺应教育改革、健康中国的战略方针,加强交叉学科建设和发展已经成为科技发展的必然趋势。新工科融合新医科能够形成医工交叉的学科背景,对此进行教学模式探索与实践设计,通过人工智能相关的专业课程挖掘生物信号中的隐藏特征,实现对疾病进行辅助诊断的同时为生物标志物的研究提供参考。该教学模式致力于发挥数字科学技术的引领作用,推动医学工程进入智能时代,为新时代培养更多背景复合型人才。

摘要：管道机器人是对复杂系统中管道损伤进行检测和评估的主要工具之一,通过沿行进方向搭载成像系统,实现了在管道中的运动导航和内环境观察。然而,这会导致管壁信息存在于图像传感器边缘,不可避免地会受到镜头畸变的影响而降低对损伤的检测精度,提高对损伤的定量难度。而搭载额外的成像系统观察管壁会大大增加机器人的承载负荷和整体体积,尤其在小尺寸管道机器人中。设计一款适用于管道机器人的微型化管壁成像系统。经过元件选型、光学系统优化和3D打印集成后,整个系统的体积为25 mm×30 mm×12 mm,最优横向分辨率为15.63μm。最后利用该系统制作了一款微型管道机器人,验证了其成像效果和定量能力。此系统有望搭载到其他管道机器人上作为扩展载荷,提升对管壁细节信息的捕捉能力。

摘要：集群机器人需要高效的通信和协同工作,但是受障碍物、其它机器人的位置和运动状态等因素影响,增加了无冲突协调自动联控的难度。为此,提出集群机器人的无冲突协调自动联控方法。采用马尔可夫决策描述机器人选取任务过程,利用博弈论,计算目标与机器人之间存在的距离与机器人移动耗时,建立机器人效用函数实现任务的分配;通过虚拟弹簧连接机器人,建立集群机器人网络,采用领导者-跟随者编队法对集群机器人编队;设计机器人在工作空间中的避障控制策略,实现集群机器人的无冲突协调联控。实验结果表明,所提方法的控制效率高、总路程短、不存在冲突和碰撞现象,验证了所提方法具有良好的联控性能。

摘要：针对机载外挂平台设备系统光电信号旋转传输的使用需求,传统产品存在小型化、轻量化不足及高空环境下高电压易打火等问题,本文提出了机载光电复合旋转连接器一体化成型设计方法,通过中心轴与绝缘片、电刷架与绝缘片一体化结构设计,电接触可靠性及小偏角光纤准直器高效耦合设计,解决了传统光电旋转连接器无法满足机载设备狭小安装空间的小型化及耐高电压等技术难题,研制出了1光5电复合旋转连接器产品,能够满足高空18000 m环境下光电信号动态传输的使用要求,同时,产品随整机通过地面和飞行测试,效果良好。

摘要：针对生物显微镜的使用需求,提出一种台式显微仪器的“人仪一体化”作业空间设计原则。“人仪一体化”的作业空间以操作者为中心,最大程度地提高操作者的作业效率和舒适度,减轻作业疲劳;针对生物显微镜的作业特点及工作路径,设计了3种作业空间布局方案;利用Jack软件对不同方案进行了任务用时和能耗评价;完成了作业姿态的操作舒适性对比实验,并对颈肩部主要肌肉的表面肌电均方根(RMS)值进行了配对T检验。结果表明转向一侧的头夹肌及对应一侧的胸锁乳突肌最为敏感、载荷变化较大,其RMS的平均变化率分别为56.4%和8.4%,并结合操作者主观评价最终确定了重叠型为最优布局形式。此评估方法验证了“人仪一体化”作业空间设计原则的有效性,可为相关显微仪器设备的作业空间设计起到一定指导作用。

摘要：航天复杂系统约束多,测试指令和测试数据庞大,其测发控流程设计成本高,可靠性难以保证。为提高航天复杂系统测发控流程的测试效率,规范设计步骤,结合工作流技术、仿真技术,设计一款测发控流程并行仿真引擎,实现流程的定制化、可视化绘制,对测发控流程进行并行仿真模拟。基于Petri网提出一种测发控流程逻辑评价方法来验证流程中逻辑的正确性,对其中的问题节点进行定位,为后续流程的优化和调整提供更为可靠的依据。实验结果表明,并行仿真引擎的开发和流程逻辑评价算法的建立,极大程度上减少了流程设计人员的工作量,可以准确验证出流程存在的逻辑问题,提高了流程设计的可靠性和效率。