摘要：设计制备了金纳米棒-聚二甲基硅氧烷(AuNRs-PDMS)微柱结构,利用微柱结构的地形特征作为机械线索进行细胞调控,同时在微柱结构上组装AuNRs作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,用于被调控细胞的无标记SERS检测.首先对比分析了利用溶剂蒸发法、吸附转移法和压印转移法3种AuNRs组装及修饰方法获得的AuNRs-PDMS微柱结构的SERS增强性能和结构均一性.通过比较不同测试点处4-巯基苯甲酸(4-MBA)的拉曼光谱信号变化发现,由压印转移法获得的AuNRs-PDMS微柱结构具有较高的SERS增强性能,同时也可保证基底的良好均一性,相对标准偏差(RSD)为7.3%,表明该结构可以作为细胞无标记SERS检测的基底.以间充质干细胞(MSCs)作为调控与检测对象,将其分别培养于由压印转移法获得的AuNRs-PDMS微柱结构以及AuNRs-PDMS平面结构上,发现受到微柱调控作用的细胞呈现出沿地形特征生长的特点,并且细胞形貌发生了改变.同时,对细胞的无标记SERS检测结果表明,被调控细胞的脂质含量增多,蛋白质含量和分子键的拉伸振动模式也发生了改变,这暗示了被调控细胞的接触导向和形貌变化与其脂质和蛋白质含量变化相关,进一步揭示了细胞-基底的相互作用关系.

摘要：在无创可穿戴式光谱传感器领域,确保人体与传感器接触状态的稳定性对于提升传感器性能至关重要。人体的动作会改变肌肉和皮肤的扭曲程度,改变接口处传感器与皮肤的接触状态,使得光的入射角度发生偏移。入射角的变化影响光在皮肤中的传播路径,进而影响到传感器接收的皮肤表面漫反射光的强度。为了解决这一问题,开发了一种专用于人体成分无创检测的可穿戴式近红外光学传感器。该传感器的感光部分采用环形结构设计,这不仅增大了接收光的面积,还能够360°角度平均经皮肤表面漫反射的光,有效地减少了由光源入射角度变化引起的各向异性干扰。利用蒙特卡罗模拟,分析了光入射角度在1.2°、2.5°、5°、15°、45°范围内随机变化,以及0°至5°单方向变化时,单点与环形传感器的性能差异。模拟结果显示,环形传感器的信噪比显著高于单点检测器,大约提高了十倍,相应地,其检测的最低血糖浓度限也更低,是单点检测器的十分之一。环形探测器不仅降低了由于入射角随机变化引起的各向异性干扰,而且在两个不同的探测器处接收到的干扰表现出更强的共模特性。因此,采用一对同心圆环形探测器并对其信号进行差分抵消,可以进一步抑制入射角变化带来的干扰。在人体实验中,受试者在空腹状态分别使用环形检测器和单点检测器采集动作变化下的漫反射光信号。实验结果表明,环形传感器结合差分方法可以有效地抑制由人体动作引起的人-传感器接触状态变化的干扰,信号变化幅度在0.0005~0.001 a.u.,满足0.5~1 mmol·L^(-1)精度的无创血糖检测要求。综上所述,本文提出的双环形接收的穿戴式光学传感器在人体检测中表现出优异的高信噪比性能,显示出其在无创人体成分检测领域的广泛应用潜力。

摘要：针对激光跟踪测量系统跟踪目标的运动轨迹不确定、加速度与速度不断变化的特点,为提升其稳态及动态性能,对伺服跟踪控制方法进行研究,提出一种基于模糊自适应的激光跟踪双闭环控制方法。电机定位控制环路采用模糊自适应微分先行PID,位置跟踪控制环路采用模糊自适应整定PI,设计不同模糊规则,实现控制参数实时整定,使其始终保持在最优区间。实验结果表明,该方法能够根据跟踪目标运动的不确定性产生的误差来实时调整控制参数,有效提升激光跟踪的稳态和动态性能,使跟踪系统的稳态误差降低至1.90′以内,跟随误差则降低至0.56′以内。

摘要：结合压力管道受力特点,采用相关理论分析了修复后纤维增强塑料内衬软管和原管道的承压特性,并根据具体实例研究了不同条件下内衬软管和原管道的内压分担情况。研究表明,压力内衬软管与原管道紧密贴合时,内衬管道分担内压荷载能力与内衬材料的弹性模量和壁厚正相关。计算实例中的内压大于0.5 MPa后,纤维增强塑料内衬软管与原管道接触,二者共同承担内部压力。随着压力上升,内衬软管承压比例近似以乘幂函数曲线形式下降。采用纤维增强塑料软管进行半结构性修复时,应根据原管道的剩余承载能力,将内衬软管设计为独立承压型和共同承压型,设计使用年限应小于原管道的剩余使用寿命。

摘要：“仪器控制理论”课程蕴含着诸多工程哲学思想,能够从思想观念、价值取向及行为方式等方面对学生产生影响。基于“仪器控制理论”课程思政教学案例库的建设,建立了“爱国主义教育—工程哲学—价值引导”的思政教学线索,将爱国信念、价值理念、道德观念有机融入课程教学当中。挖掘仪器工程领域内的典型控制问题,开发“激光动态跟踪系统”实践教学案例,搭建实验平台,通过课程设计、仿真实验、实践互动等方式研究具有仪器类专业特色的思政实践教学方法。

摘要：针对小型化高性能谐振式压力传感器的应用需求,提出一种以压电驱动氮化铝(AlN)双端固支音叉型(DETF)微谐振器为敏感元件的新型压力传感器,并设计加工了其核心元器件.首先,通过理论分析,研究了尺寸参数对谐振器在面内弯曲振动模式下的频率-轴向位移灵敏度及品质因数Q值的影响;同时,讨论了层叠结构和电极驱动方案对谐振器性能的影响,从而确定了谐振器设计参数,进一步采用微机电系统(MEMS)工艺加工了该谐振器并对其性能进行了测试.测试结果表明:在真空度为0.1 Pa的环境下,谐振器的Q值为11039,串联谐振阻抗Rs为6.2 kΩ;在常压环境下,谐振器的Q值为844,R_(s)为44.3 kΩ.两种测试条件下谐振器的性能均优于现有文献报道的同类型谐振器研究结果,为进一步实现高灵敏度、高精度和宽动态响应范围的谐振式压力传感器奠定了良好的基础.最后,采用有限元仿真方法确定了谐振器的频率-轴向位移灵敏度,研究了压力传感器灵敏度与压力敏感隔膜厚度的关系,设计了压力传感器加工流程,从而有望制作出完整的压力传感器芯片.

摘要：线结构光三维测量技术在各行业中已广泛应用,对于不同的测量对象,其测量范围与测量精度也有所差异。围绕线结构光测量精度的影响因素展开研究,着重分析了光源、相机和扫描装置在系统性能中的作用。介绍了非沙姆结构的线结构光传感器数学模型以及线结构光扫描点云拼接数学模型,深入分析了关键组件特性对系统性能的影响以及它们之间的相互约束关系。针对常见的检测需求,明确了系统关键参数设计逻辑,这为系统设计优化提供了理论支持。最后,该研究搭建了一套微米级线结构光扫描测量系统及标定实验平台,并进行了三维重建实验,为线结构光技术在实际应用中的进一步发展提供了宝贵的实验数据和经验。

摘要：提出一种基于二维图像基准的动态线扫描点云校正方法,采用基于重投影图像全局变换和基于重投影图像光流分析的两步式校正手段,实现点云轮廓与二维图像基准在复杂扰动下精准、可靠的关联,优化每条点云轮廓的位姿,并结合图像和点云信息设计基于低噪声基准的校正补偿方法,实现6自由度全面校正。这为运动状态下基于点云的细节分析检测提供了有效的技术支持。

摘要：为满足大尺寸测量仪器性能与制造水平提升的需求,基于非正交轴系架构理念对激光经纬仪进行设计。针对非正交轴系经纬仪在无参考末端情况下计算反向运动旋转角度的难题,提出反向运动线性模型,以实现旋转角度的快速、高精度计算。首先,基于李群李代数基本理论构建非正交轴系经纬仪正向运动学模型。其次,构建空间目标点与视准轴位姿参数间的约束关系,并结合旋转角度误差传递模型,确立用于求解旋转角度误差修正值的线性方程组。最终通过旋转角度初始估计值与误差修正值线性相加,获取高精度的反向旋转角度值。仿真结果表明,该方法所计算的旋转角度误差趋近于0,真实实验的旋转角度误差均小于0.02 mrad,验证了所提反向运动学线性模型的可行性与实用性。

摘要：针对工作空间测量定位系统扫描光面相较于理想平面存在变形的问题,利用高精度转台对扫描光信号进行细分采样,通过对比旋转激光扫描时间,建立了面型变形信息和仪器原始观测量之间的映射关系,从而准确评估了扫描光面型,并分析了该评估方法的误差影响因素。根据面型评估结果,研究了基于差分进化算法确定最佳分割角度的分区平面模型建立方法,并设计实验对模型拟合效果及测量精度进行了评价。实验结果表明,采用本文方法评价扫描光面型更加准确,新参数模型的拟合效果及测量精度也有明显提升。