课程文献中心 更多>>

关键词： 文物保存环境   温度   湿度   CO2浓度   光纤传感器  

摘要： 文物是中华优秀传统文化传承的重要载体,继承和保护好文物是时代赋予我们神圣使命。但由于大部分文物经历了考古挖掘、长时间地下深埋以及无数年的腐蚀,变得十分脆弱。保存环境中的温度、湿度和CO浓度都是导致文物病变的关键因素。在线准确检测文物保存环境中温度、湿度、CO浓度及其分布式信息是实现文物预防性保护的基础和关键。虽然国内外关于文物保存环境参数检测已经提出了一些检测方式,如电阻型传感器、电容型传感器和场效应管型传感器,但这些方法因稳定性差、无法避免电火花风险等问题,尚不能很好地应用于文物保存环境信息的在线检测;尤其是关于文物保存环境湿度及CO浓度准分布式/分布式检测方法还未见文献报道。由于缺乏对文物保存环境温湿度及CO浓度及其准分布有效检测方法,无法及时对文物腐蚀采取有效的预防措施,最终导致文物仍然受到腐蚀的侵害。基于此,本文提出光纤布拉格光栅（FBG）在线实时准分布式检测文物保存环境温湿度与CO浓度及其分布新方法,首先开展光纤湿度与CO浓度传感器研究,接着构建文物保存环境温湿度与CO浓度准分布式在线检测的FBG传感器阵列;最后利用构建的FBG传感器及其传感阵列对文物保存环境中温湿度及CO浓度变化信息进行在线实时检测,获得环境温湿度及CO浓度分布信息。本文研究内容主要包括3个方面: （1）为了实现对文物保存环境中相对湿度的实时在线检测,本文提出了一种新的基于壳聚糖（CS）/聚乙烯醇（PVA）/纳米碳粉（CNP）复合物涂敷的FBG湿度传感器的制作方法。搭建了湿度测量系统,建立了传感器检测湿度的理论模型。引入参考光纤FBG-T1的方法对温度解耦,以消除温度对湿度传感器测量结果产生的干扰;使用黑色聚四氟乙烯毛细管封装光纤湿度传感器,用于消除光辐射对传感器测量结果准确性与使用寿命产生的负面影响。实验结果表明,当湿敏薄膜中碳纳米粉掺杂质量百分含量为10 wt%、湿敏膜厚度为185μm,传感器在5～65℃温度范围、光辐射源波长为220-1200 nm、光辐照强度为50 m W/cm条件下,能对相对湿度（20～90%RH）进行高灵敏、快速、准确的检测;传感器灵敏度湿度达到57.7 pm/%RH,响应时间为420 s、恢复时间为540 s,最大相对误差为5.8%。 （2）为了实现对文物保存环境中CO浓度的实时在线检测,本文提出了一种新的基于聚酰亚胺（PI）/聚砜（PSF）复合有机物薄膜的光纤Bragg光栅二氧化碳传感器的制作方法,搭建了二氧化碳浓度测量系统,建立了传感器检测二氧化碳浓度的理论模型。引入参考光纤FBG-T2的方法对温度解耦,以消除温度对CO浓度传感器测量结果产生的干扰;使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）对CO浓度传感器进行疏水处理,消除湿度对CO浓度传感器测量结果产生的干扰。实验结果表明,当CO敏感膜厚度为63μm,传感器在5～65℃温度范围、环境相对湿度位于20～80%RH范围内,能对CO浓度（0-100%）进行稳定准确地检测;传感器灵敏度湿度达到1.8 pm/%,响应时间为729 s、恢复时间为1397 s,最大相对误差为4.3%,满足了实际测量需求。 （3）为实现对文物保存环境中温湿度及CO浓度的分布式实时在线检测,搭建了模拟温湿度及CO浓度变化的文物保存微环境;同时利用研制的FBG湿度与CO浓度传感单元构建了FBG传感阵列系统（其中用于温湿度与CO浓度检测的FBG传感阵列分别为5路,每路分别有3个温湿度与CO浓度传感单元,即共有15个温度FBG传感单元、15个湿度FBG传感单元与15个CO浓度FBG传感单元）、最后利用光纤光栅解调仪,构建了准分布式测量系统。实验研究了不同环境变化下,温湿度及二氧化碳浓度的变化情况,实验结果表明:随着温度的上升,各层光纤温度的传感器谐振中心波长漂移量也在逐渐增大,根据加热源的远近,从上到下呈现出逐层递减的温度梯度分布。温度测量范围为5～65℃,温度分辨率可以达到0.1℃;随着湿度的增加,各层的光纤湿度传感器谐振中心波长漂移量也在逐渐增大,根据距离加湿源的远近,从上到下呈现出逐层递增的湿度梯度分布。对于相对湿度测量范围为20～80%RH,相对湿度分辨率可以达到0.5%RH;随着CO浓度的上升,各层光纤CO浓度传感器的谐振中心波长漂移量也在逐渐增大,根据距离供气管的远近,从上到下呈现出逐层递增的CO浓度梯度分布。CO浓度测量范围为0～100%,CO浓度分辨率可以达到0.5%。本文搭建的温湿度及CO浓度准分布式测量系统是一种能有效监测馆藏文物环境温湿度及CO浓度的在线检测方法。

关键词： 不规则张量分解   超图嵌入   多视角数据  

摘要： 在现代数据科学领域,面对来自不同角度获得的多视角数据,研究越来越注重于有效地捕捉和利用这些数据中的一致性信息或互补性信息。多视角数据通常通过多个维度相同的特征矩阵表示,但也存在着不同视角下的特征矩阵维度不相同的情况。针对这一问题,不规则张量分解技术展现了提取多视角数据中相关联信息的潜力,尤其是在挖掘不同视图间高阶信息方面,为后续节点分类、链接预测等任务提供了有力的支持。目前基于PARAFAC2和Hy Tuck2的方法是不够灵活的,不能很好地捕捉这些嵌入特征之间的共享特征。本文着重研究了一种新型的不规则张量分解算法及其在多视角数据与超图嵌入问题上的应用。 首先,在本论文中提出了一种新的不规则块项张量分解方法,称为不规则张量块项分解(Irregular Block Term Decomposition,IBTD)分解,该方法将不规则张量表示为子张量的和,每个子张量都以Hy Tuck2的格式进行因子分解,用于多视角数据提取重要信息。目前的一些多视图学习算法是将多视角数据利用投影或者是堆叠矩阵的方式,使得所有视图在某个空间(例如欧几里得空间)的相关性最大化,得到共享嵌入矩阵,容易忽视高维数据的内部结构,不能够较好的捕获多视角数据集之间的交互和内在模式。现存的PARAFAC2和Hy Tuck2分解不能很好的拟合原始张量,在数据规模比较大的情况下,算法运行速度缓慢,拟合效果尚缺。与现有算法相比,IBTD的算法能够更完美的拟合原始不规则张量,并表现出优越的收敛速度。在四个真实网络数据集上的综合实验表明,所提出的IBTD算法在对提取高维数据的共享特征方面优于PARAFAC2和Hy Tuck2。 进一步的本文还探索了一种基于超图嵌入的多视角数据优化策略。传统的超图嵌入方法往往仅基于单一视角的数据,忽略了来自不同视角的数据可能蕴含的互补信息。为了克服这一限制,本研究提出了一种多视角数据的超图嵌入方法,旨在通过融合不同视角下的信息来提高嵌入质量和泛化能力,通过多视图学习或不规则张量分解算法得到一个综合的低维嵌入矩阵。通过在IMDB与DBLP数据集上的实验证明,这种方法得到的多视角数据不仅能够提升超图顶点分类的精度,而且具有很强的鲁棒性,并且所提出的IBTD算法在此类任务下表现的最好。

关键词： 光栅制备   激光直写   二维振镜   误差补偿  

摘要： 光栅传感器作为制造业中不可或缺的组成部分,已经有百年的应用历史。随着科学技术的不断发展,精密生产器械的不断进步,对于高精度光栅传感器的制造也提出了新的要求。目前我国制造业的发展逐渐向着高质量、高精密方向不断发展,作为精密仪器的眼睛,必须走在发展的前端。当前阶段我国的光栅传感器远远不及国外的产品,只能应用于低精度的加工生产,许多技术都存在着“卡脖子”的情况。 在当前光栅制造技术中应用最为广泛的是掩膜光刻方法,这种方法的光刻方法精度取决于掩膜的精度。同时掩膜制造技术存在相应缺点:光刻掩膜在替换回收中会对环境产生离子污染,同时光刻掩膜的制造价格昂贵且在使用时容易被光刻胶污染。并且由于摩尔定律的存在导致这种方法的进展越来越慢,其研究前景已经可以预见。所以未来光刻技术必须要进行改变。 激光直写技术具有无污染、结构工艺简单以及加工尺寸大、效率高的优点。同时可以避免掩膜套刻对准的环节,进而提高光刻的精度。目前已经有多个国家开始对激光直写技术进行深度研究。本文开展激光扫描光栅刻线方法及误差补偿研究。首先对激光振镜直写光栅系统的总体结构从机械机构和控制结构进行研究分析,接着对激光振镜直写光栅系统中存在的误差进行了研究。将激光振镜系统存在的误差分为聚焦误差、振镜扫描误差、控制延时误差和机械安装误差。并对误差提出相应的优化方法。对于其中的振镜扫描误差进行了数学建模和数据仿真。然后对于其中的主要误差-枕形误差进行了误差补偿。本文采用了双重曲线拟合方法,分别从角度和扫描坐标两方面进行误差补偿。先反推出振镜扫描角度的映射公式,然后引入相应的f(x)与f(y)进行角度应用优化。对于坐标根据光栅尺条纹的结构特性,设计了特殊的拟合公式对扫描枕形误差进行了补偿,经过双重优化补偿将最大误差降低98.5%。然后解析振镜通讯协议xy2-100,并将振镜的扫描区域进行数据化分割,计算出扫描分辨率。进行实验扫描刻线出一列光栅条纹。证明了激光振镜直写技术的可行性。最后对激光直写技术存在的缺陷和未来的发展提出了自己的建议。对于以后光栅传感器的制备技术具有一定的借鉴意义。

关键词： 痉挛型脑瘫   极早产儿   弥散张量成像   早期诊断  

摘要： 目的: 研究弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)在早期诊断极早产儿发生痉挛型脑瘫(cerebral palsy,CP)中的应用价值。 方法: 回顾性纳入从2018年6月至2023年2月在海南省妇女儿童中心儿童康复科就诊的64例4-10月龄(矫正月龄)极早产儿作为研究对象,所有研究对象均行DTI头颅平扫。在15-24月龄(矫正月龄)行标准化的神经发育评估,根据评估结果,排除不随意运动型CP患儿4例和混合型CP患儿1例,最终纳入结果为非CP组39例和痉挛型CP组20例,对痉挛型CP患儿进行粗大运动功能分级系统(gross motor function classification system,GMFCS)评估。DTI后处理方法:(1)使用工作站后处理软件自动生成FA图,手动勾画胼胝体膝部、胼胝体压部、双侧内囊前肢、双侧内囊膝部、双侧内囊后肢作为感兴趣区域(region of interest,ROI)得出部分各向异性指数(fractional anisotropy,FA)。(2)运用DSI studio软件进行确定性纤维追踪,对双侧皮质脊髓束、下纵束及丘脑后幅射进行三维重建,取双侧纤维束平均FA值。分析两组间FA值的差异,采用受试者工作曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)分析两组间差异有统计学意义的FA值对痉挛型CP的早期诊断效能,并采用Spearman分析痉挛型CP组受损部位的FA值与GMFCS评估之间的相关性。 结果: 1.痉挛型CP组较非CP组的FA值降低的部位为胼胝体压部、左侧内囊后肢、双侧皮质脊髓束、左侧丘脑后幅射(<0.05)。***分析结果显示胼胝体压部、左侧内囊后肢、左侧皮质脊髓束、右侧皮质脊髓束、左侧丘脑后幅射的FA值早期诊断效能曲线下面积(area under curve,AUC)分别为0.76、0.72、0.71、0.67、0.68,上述指标联合诊断时早期诊断效能进一步提升,其AUC为0.82,灵敏度及特异度为60%,92%。3.双侧皮质脊髓束的FA值与GMFCS评估呈负相关(左侧皮质脊髓束,=-0.627,=0.003;右侧皮质脊髓束,=-0.547,=0.012),其余部位FA值与GMFCS不相关(>0.05)。 结论: 1.胼胝体压部、左侧内囊后肢、双侧皮质脊髓束以及左侧丘脑后幅射的FA值下降在早期诊断极早产儿发生痉挛型CP中起着关键作用。2.痉挛型CP患儿早期的皮质脊髓束FA值与其后续粗大运动功能发展有着显著相关性。

关键词： 变系数波动方程   梁方程   周期解   多重性   跳跃非线性   幂次增长  

摘要： 非线性偏微分方程可以解释和反映非线性科学中复杂多样的自然现象,例如弦的振动、桥梁的振动和水的流动等现象.周期振动是一种特殊且十分重要的现象,因而非线性偏微分方程的周期解问题是当今数学物理、工程学与应用数学领域中一个前沿的研究方向.波动方程与梁方程是偏微分方程周期解问题中两个重要的研究对象,而且周期解的多重性也一直受到学者们的广泛关注.因此,本文主要考虑了非线性波动方程与梁方程周期解的多重性问题.全文分为以下四章: 第一章介绍了非线性波动方程和Euler-Bernoulli梁方程的研究背景、研究现状及其研究意义以及本文所需的定义、性质、定理等. 第二章研究了跳跃非线性变系数波动方程周期解的存在性和多重性.首先,对于任意给定的外力,利用Leray-Schauder度理论证明了周期解的存在性.进一步,对于外力是正特征函数倍数的情形,结合变分约化方法和临界点理论,得到了非线性穿过相应波算子的第一负特征值时周期解的多重性.同时,刻画了解的正负性. 第三章研究了跳跃非线性常系数梁方程周期解的存在性和多重性.首先,对于任意给定的外力,应用Leray-Schauder度理论证明了周期解的存在性.此外,如果外力是正特征函数与第一负特征值对应的特征函数的线性组合,利用临界点理论和Brouwer度理论,揭示了当非线性穿过第一负特征值时周期解的多重性与外力之间的关系.同时,对解的符号进行了讨论. 第四章研究了幂次增长非线性变系数梁方程周期解的多重性.非齐次(受迫)项的存在破坏了相应齐次问题中自然的对称性(Z2对称性),进而导致变分问题缺乏不变性.本文将非齐次项作为对称方程中的扰动.首先,利用特征值问题的结果给出线性微分算子特征值的渐近表达式.其次,研究线性微分算子和相应能量泛函的基本性质.最后,通过分析扰动的影响,构造修正的泛函,建立了修正泛函与初始能量泛函之间的联系.基于上述结果,对于幂次增长但不要求其单调性的非线性项,利用Minimax原理证明了无穷多个周期解的存在性.

关键词： 不完全多视图聚类   图学习   低秩张量   缺失视图推断   张量子空间学习  

摘要： 网络时代和信息采集技术的快速发展产生了海量的多视图数据集。如何对多视图数据集进行有效的聚类分析是当前研究的热点。现有的多视图聚类算法通常假设样本在各个视图下均是完整的。然而,在实际应用中,由于设备限制或其他不可控因素,视图中的特定样本可能存在缺失。为应对不完全多视图数据的场景,近年来涌现出许多不完全多视图聚类算法,但仍存在一些亟待解决的问题。例如,数据采集过程中往往会采集到一定的噪声,这不可避免地影响后续的聚类性能。其次,部分方法只能处理两个视图且具有配对样本的情况,导致模型的泛化能力较差。此外,现有方法大都未考虑视图间及样本间存在的高阶相关性,无法得到最佳的聚类结果。针对上述问题,本文提出了三个通用的不完全多视图聚类框架,主要研究内容概括如下: (1)本文提出了一个通用的不完全多视图聚类的广义高阶框架。该模型首先利用鲁棒主成分分析学习每个视图的鲁棒表示。为了探索视图之间的高阶关系,将特定于视图的谱嵌入叠加到具有低秩约束的三阶张量中。通过在全局范围内扩散来自每个视图的高质量可用数据的互补信息,该框架能够减轻数据噪声的不利影响,并揭示潜在的共同簇结构。本文提出了一种有效的迭代优化策略来求解该模型。在七个数据集上的实验结果表明,该模型在不同的缺失多视图聚类场景下均能取得优异的性能。该工作为不完全多视图聚类提供了一个通用框架,既缓解了噪声的影响又探究了视图间的高阶相关性。 (2)本文提出了一个基于鲁棒高阶图学习的不完全多视图聚类模型。该模型首先采用鲁棒主成分分析从原始可用数据中获取鲁棒表示,然后将该表示用于局部流形学习。随后,模型将从局部相似性图生成的特定视图的基本分块表示进行对齐,并优化完整的相似性图学习以探索全局相似性结构。为捕获视图之间的高阶关系,模型将所有完整的相似图堆叠成具有低秩约束的三阶张量。因此,该模型可以同时探索局部和全局相似结构,并挖掘高阶视图间的相关性。本文还开发了一种有效的迭代优化策略来求解该方法。在六个基准数据集上的实验结果验证了模型的有效性。 (3)本文提出了一种基于鲁棒张量子空间学习的不完全多视图聚类模型。该模型首先通过矩阵分解恢复视图中的缺失样本,并利用恢复的信息进行潜在表示学习。随后,将从所有视图获得的潜在表示组织成一个三阶张量,并利用张量线性表示捕获样本的内在关系。此外,为了捕获视图间的高阶相关性,本方法进一步在低秩样本系数张量上施加张量核范数。与传统的向量空间学习相比,鲁棒的张量子空间学习可以探究每个视图内以及跨视图间的样本相关性。因此,该模型能够同时处理缺失样本并利用其内在相关性,从而提高了恢复数据的表示能力和质量。在八个数据集上的实验结果表明,该模型优于其他竞争方法。

关键词： 光学三维测量   光栅投影   非线性误差   系统标定  

摘要： 在制造业中,准确获取零件的三维尺寸对确保产品质量至关重要。基于光栅投影的测量方法,通过向待测物体表面投射标记来提升测量精度,对无纹理表面的测量具有显著优势。对光栅投影三维成像关键技术中的系统成像模型、光栅的编码方式、包裹相位的求解与展开等进行了分析。围绕投影仪的非线性误差使求解出的相位出现偏差,导致求解的高度信息产生误差,影响测量精度;以及目前系统标定时投影仪标定方法运算量大、对误差点敏感、适用性较差等问题,进行深入研究并提出了一些新的方法和思路。主要研究内容如下: (1)针对投影仪非线性畸变引起的正弦光栅失真问题,利用计算机模拟仿真分析了不同gamma值对相位误差的影响,建立包裹相位误差幅值与gamma值的映射函数。分析实际光栅中的包裹相位误差,利用映射函数计算投影仪的gamma值,实现了对投影仪gamma畸变的预校正。将包裹相位误差降低了86%,显著提高了投影光栅的正弦性。 (2)为解决编码正弦光栅周期长度的不确定性,提出了一种新的约束方法。利用gamma值和系统的灰阶响应区间,引入相邻编码灰度值不相同的约束条件,对正弦光栅的编码周期长度进行有效约束。为正弦光栅编码周期长度的选择提供了参考约束,进一步提高了编码光栅的正弦性。 (3)针对传统投影仪标定方法成本高、计算量大、精度一般、鲁棒性差以及适用性有限的问题,提出了在绝对相位求解的基础上,通过构建特征点邻域内的相位矩阵,采用随机采样一致性迭代算法去除误差点进行拟合以及双平方权重拟合迭代降低离群点权重两种思路,对投影仪像素坐标系下特征点进行求解。实现了亚像素精度的投影仪标定,将投影仪的标定重投影误差降至0.09 pixels。 (4)结合提出的方法,通过计算合理布置实验装置进行了三维重构验证。实验结果表明,所提出的方法能够高效地重构复杂表面,并保持良好的测量精度。 本研究对光栅投影三维测量方法中的部分关键技术进行了创新性研究,并进行仿真和实验验证,为相关领域的研究和发展提供了重要的参考依据。