摘要：以“安培力大小”教学设计为例,结合传感器、微控制器、3D打印技术创新教具,提升实验数据的可视性和人机交互性。在此基础上,将STEM教育元素融入中学物理课堂教学,解决传统物理教学跨学科融合不明显的问题,探索培育学生物理学科核心素养的途径。

摘要：为进一步研究光子晶体对电磁波传输的影响,提出了等离子体光子晶体阵列结构波导模型,以期能够实现对电磁波的传输调控.该模型结构能够在W波段实现多频点高效传输,在缺陷空位中心处加入等离子体柱后能够对电磁波进行限幅.通过改变渐变结构参数、等离子体参数等因素可调控电磁波的传输效果.研究结果表明,电磁波在无等离子体干扰的情况下,能实现85.2,92.1,98.5,102.4,106 GHz等多个频点的高效传输,其传输系数均大于-0.42 dB.构造的渐变结构能够使在谐振频率下缺陷空位周围形成不同的强电场,致使气体击穿产生高浓度微波等离子体,实现对电磁波的反射功率、传输功率和吸收功率的有效调控.此外,改变等离子体柱的尺寸大小,可以进一步调节电磁波在不同频点下的传输特性.该研究能够为高频电磁波的传输与微波器件的设计提供支撑依据.

摘要：针对基于深度卷积神经网络的RGB-D显著性检测性能差等问题,提出利用注意机制和多尺度跨模态融合进行RGB-D显著性检测的方法.首先采用多尺度残差注意模块对骨干网络提取的特征进行预处理;然后提出多尺度跨模态融合策略,对高层RGB特征和深度特征进行融合,获得初始显著图;最后采用边界细化模块细化初始显著图中目标的边界,使最终显著图包含敏锐的边界和完整的突出目标.在5个基准数据集上与10种先进方法进行实验的结果表明,所提方法在4个评价指标上均处于前3名;尤其是在NJUD和SIP数据集上,该方法在4个指标上提升了0.5%~1.5%.

摘要：微波促进化学反应具有加热速度快、效率高、选择性加热等优势,对于节能减排具有重要的意义,但在工程应用过程中存在微波功率反射大、加热不均匀和热失控等问题,限制了微波能的进一步应用。为了解决以上问题,设计出高效的微波化学反应器,必须在宏观上深入研究微波促进化学反应的动力学过程,将电磁场方程、热传导方程和反应动力学方程等多个微分方程相互耦合。然而,现有研究一直缺乏以上方程之间的严格耦合关系。因此,本文介绍了化学反应的极化及微波在化学反应中的耗散,建立了微波促进化学反应过程的宏观动力学耦合模型。首先,梳理了微波化学的宏观动力学耦合模型,并对该模型存在的挑战进行了总结,即现有模型缺乏微波在化学反应中的极化过程及耗散过程。其次,针对微波在化学反应中极化过程的挑战,引入了新的介电特性表征,结果表明,反应体系的介电特性由反应物浓度和生成物浓度的概率分布函数对应的1阶勒让德多项式展开式的系数决定。然后,针对微波在化学反应中耗散过程的挑战,根据能量守恒,引入了新的耗散功率公式,结果表明,微波在反应体系中的耗散由微波在反应物中的耗散、在生成物中的耗散及生成物和反应物耦合产生的耗散等部分组成。最后,通过实例,阐述了微波促进化学反应的宏观动力学应用,以推动微波化学工程化的进一步发展。

摘要：针对边缘智能设备低功耗、轻算力的要求,采用新型存算一体器件—–忆阻器作为基础电路元件,设计低功耗图像识别电路.该电路采用多个忆阻卷积层和忆阻全连接网络串联的方式,获得较高的识别精度.为了减小忆阻卷积层计算所需的忆阻交叉阵列的行尺寸与列尺寸的不平衡,同时降低输入电压方向电路的功耗,将输入电压反相器置于忆阻交叉阵列之后.所设计电路可以将完成忆阻卷积网络运算所需的忆阻交叉阵列的行大小从2M+1减少至M+1,同时将单个卷积核计算所需的反相器的数量降至1,大幅度降低忆阻卷积网络的体积和功耗.利用数学近似,将BN层和dropout层计算合并到CNN层中,减小网络层数同时降低电路的功耗.通过在CIFAR-10数据集上的实验表明,所设计电路可以有效地对图像进行分类,同时具备推理速度快(136 ns)和功耗低的优点(单个神经元功耗小于3.5 uW).

摘要：基于高阻表面的表面波波导在微波系统中被广泛用于传输表面波能量或者导引表面波至别处,但大多数表面波波导都存在如下问题:(1)导波路径是固定不变的,不能依据实际情况实时改变导波路径;(2)工作频段都很高,几乎都在X波段或以上频段.这两个问题限制了表面波波导的应用范围,尤其第一个问题意味着需要为每一条导波路径设计一个波导,将极大地提高设计加工成本.本文先设计了一个花瓣形开槽的正方形高阻单元,并加载了四个变容二极管(SMV1408),通过调整变容二极管的反向偏置电压从20V下降到0.2V,实现了在常用的S波段单元阻抗从j390Ω增加至j1710Ω;然后基于该可调高阻单元提出了可重构表面波波导概念,并通过HFSS仿真证明了该概念的可行性.该波导可以同时形成多条导波路径,并可实时调整导波路径;同时为了抑制表面波能量泄漏,利用我们之前的研究成果对导波路径的设计提出了相应的建议,仿真结果很好地验证了我们建议的有效性.

摘要：微波加热作为一种新型、高效的加热方法,在化学催化及材料处理等方面有着巨大的优势,但是微波加热的非均匀性限制了其在化工等行业中的大规模应用.本文设计了一种可移动金属壁的微波加热多模腔.在加热过程中,通过单向移动微波多模腔的金属壁,实现腔体内电场分布的不断改变,从而达到提高加热均匀性的目的.在仿真计算中,通过使用移动网格方法实现了整个加热过程的模拟计算.通过与离散位置的电场值和端口反射系数比较,验证了计算方法的准确性.通过比较被加热物质的温度变异系数(COV),可以看出移动金属壁的微波多模腔的加热均匀性相对于固定尺寸的多模腔的提高了近18%~38%.同时,本文分析了不同金属壁移动方式对加热效果的影响,提出可根据材料的属性和要求,计算选择理想的金属壁移动方式,获得更优的处理结果.

摘要：分析了带反馈环路的光子器件信号处理的特点,提出了利用MATLAB的循环流程控制模拟光学反馈环路和设计MATLAB元件的方法,解决了Opti System不能模拟光学反馈环路的困难。模拟了无损耗微环滤波器,设计了无损耗微环滤波器的MATLAB元件,并实现了MATLAB与Opti System系统的协同仿真。仿真结果表明,提出的模拟光学反馈环路方法是可行性的,设计的无损耗微环滤波器MATLAB元件的性能与理论值吻合。

摘要：高速列车维护维修过程中最重要的环节之一是对转向架上齿轮箱及其圆锥轴承进行安全性能检测,如何根据不同服役里程来确定轴承的维修等级以及通过监测轴承运行状态参数达到排查故障的目的,具有重要研究价值。这里以动车组齿轮箱中R215型圆锥轴承为研究对象,在生产现场对不同服役状态的圆锥轴承进行了标准的跑合试验,并通过有量纲和无量纲多组时域参数进行分析,结果表明服役超过120万公里齿轮箱轴承的各项参数指标均大于未服役的新轴承的各项参数指标。由此可见,利用时域分析方法可以初步判定齿轮箱轴承的故障状态,为进一步定量诊断轴承的磨损程度与故障类型提供参考。

摘要：液晶光波导的本征模场分析是其器件设计的基础与理论支撑,模场分析的准确度直接影响到液晶光波导器件性能的好坏。为了准确分析液晶光波导中本征模场分量间的关系,我们执行了以下步骤。首先,根据麦克斯韦方程组推导出向列相液晶的磁场耦合方程,然后得出非寻常光波本征模式的磁场分量间比值与指向矢旋转角间的定量关系,并利用OptiBPM13.1进行数值仿真。仿真结果验证了场分量间比值与指向矢旋转角的正切函数互为相反数这一定量关系。根据这一关系,可通过改变外加电压来控制液晶光波导中本征模场的横向磁场分量间的相对数量级,进而实现非寻常光波所激励的偏振模式的转换。这一规律有助于推动基于液晶光波导的偏振旋转器和模式转换器的研究。