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关键词： 淮河流域   溶解性有机质   荧光光谱   机器学习  

摘要： 淮河流域地表水中化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)的转化过程中,具体有机物难以辨别区分。溶解性有机质(Dissolved organic matter,DOM)作为COD中重要的组成部分,利用光谱法可对其所包含有机物的组成及结构特征进行精确区分,以此为COD的转化机制提供支撑。本研究利用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光激发-发射矩阵(EEM)对淮河流域王蚌区间水体中的DOM进行了表征,利用液相有机碳联用仪(Liquid chromatography-Organic carbon detection,LC-OCD)和机器学习技术研究了COD的转化机制,同时还利用Arcgis中的克里金插值法对COD的迁移情况进行分析。主要结论如下: (1)在研究区,春季茨淮新河段的COD浓度最高,夏季靠近焦岗湖镇段至平圩镇段的最高,秋季靠近焦岗湖镇段至凤凰镇段的最高,冬季靠近正阳关镇段至平圩镇段的最高。四季间,COD浓度呈现春季>秋季>夏季>冬季的趋势,且均呈现出上游至下游浓度逐渐下降的趋势。经统计分析显示,四季间茨淮新河的COD通量逐渐降低,而夏季COD通量虽高于秋季和冬季,但夏季COD浓度低于秋季和冬季,秋季COD通量下降幅度大于夏季,而冬季COD通量几乎没有下降。总体而言,从上游到下游COD通量逐渐降低。 (2)研究区域中不同水体类型和区域的UV-Vis光谱参数和荧光参数表明:湖泊水体的DOM相对分子质量、疏水性、芳香性和腐殖化程度相对较低,但类腐殖质相对丰富且DOM新鲜度较高,水体中DOM主要来自生物的新陈代谢过程;湖泊、河流与沟渠DOM主要成分分别为类富里酸与类胡敏酸;潘集区和寿县水体DOM存在较多的外源输入物质。怀远县、潘集区、颍上县、田家庵区和大通区水体DOM主要成分为类富里酸,其中潘集区水体显示出较高的生物源强度和腐质化程度,而田家庵区和大通区水体中DOM主要来自自生源,新鲜度较高。SOM模型结果显示,怀远县、寿县、颍上县和潘集区水体属于一类,田家庵区、霍邱县和潘集区水体属于另一类,而大通区水体独立成类,其中怀远县、寿县、颍上县和潘集区水体以类腐殖质为主,霍邱县和潘集区水体以类蛋白质为主,田家庵区水体DOM特征较多样化,而大通区水体DOM以类蛋白质为主,类腐殖质为辅,含量均较高。 (3)研究区域上游至下游,水体中的多糖类物质、腐殖质、低分子酸和氮酸化合物呈减少趋势,而氨基酸衍生物有显著增加。LC-OCD与PCA分析结果显示,随着蛋白质和多糖等物质含量的下降,水体中腐殖质的含量和分子量逐渐上升,水体中COD含量也逐渐增加,表明研究区域中蛋白质中含氧基团分子通过聚合反应形成高分子量腐殖质的过程是COD增加的主要原因,同时也是COD的主要转化机制;随机森林模型(Random forest,RF)结果显示,怀远县、寿县、颍上县和潘集区的水体COD主要受农业种植活动影响,占整体采样区域的46.3%。田家庵区、霍邱县和潘集区的水体COD主要受人类生活污水影响,占整体采样区域的41.5%,大通区的水体COD主要受养殖污水影响,占整体采样区域的12.2%。 图[31]表[12]参[120]

关键词： 多光谱   黑体辐射   温度场测量   波分成像   图像处理  

摘要： 温度作为七种最基本的物理量之一,是研究认识自然界最值得关注的物理量。对温度的测量贯穿了人类认识世界、了解世界和改造世界的整个过程。随着现代科学技术的发展,对温度测量的技术不断提出更高的要求,其技术也在飞速的发展。目前对温度的测量往往局限于对局部,特别是对单个点的温度测量,对温度场的测量技术还有待提高。获得整个温度场的分布并监控其变化过程,对于科研领域,特别是在航空航天、材料和工业加工等领域的研究具有深远的意义。 多光谱辐射测温作为一种非接触测量方法其测量范围大、温度测量准确尤为适合作为面向2000K以上高温温度场测量的方法。该方法目前在对单点温度的测量已经广泛的应用了,但是在科研界,由于多光谱辐射测温法需要获得多个波段的光谱信息,往往导致测温光路难以设计、测温设备昂贵复杂。目前对温度场的仍以基于单波长的亮度温度法和使用两个临近波长的比色测温法作为主要的温度场测温手段,使用高精度的多光谱辐射测温法作为温度场测量手段的研究才刚刚起步。本课题主要研究了以下内容: 1.分析了温度场测量的技术需求,研究了多种辐射测温法,从测温原理、测温精度和测温范围等方面对多种辐射测温方法展开分析,最终选择多光谱辐射测温法作为主要的温度计算的方法并以全光谱测温法作为辅助测量方法。 2.根据多光谱辐射测温原理,以CMOS图像传感器为测量设备,设计了一种多光谱辐射温度场测量光路可以将物体的像分光成像为四幅图像,并在加装滤光片后获得四个像在四个波段的多光谱波分图像。 3.针对四个波段的多光谱波分图像,研究了对应的图像处理技术。通过对图像进行滤波降噪、图像分割、特征点提取匹配、图像配准等处理。获得了物体在空间中同一点的四个不同波段的光谱数据。 4.搭建了多光谱辐射测温系统,通过输入空间中同一点在四个不同波段的光谱数据,计算物体的温度,并研究了对该系统通过卤素灯进行标定的方法。通过实验对该系统进行标定,并开展实验进行对系统进行了验证。 本课题研究了多光谱成像温度场测量技术,建立了基于多光谱波分成像系统的多光谱辐射测温系统,并进行了实验验证,为后续的研究建立了基础。

关键词： 甲烷逸散   可调谐半导体激光吸收光谱   量化方法   动态稀释   反向扩散  

摘要： 油气行业甲烷减排的核心是排放监测数据的量化管理,由于油气上游生产流程多、油气设施多样及地域地质差异大等原因,甲烷无组织逸散性排放的准确快速量化一直是行业难题。甲烷逸散实测的关键是浓度参数获取,可调谐激光吸收光谱技术凭借非接触式、快速响应、高分辨率和高选择性等优势逐渐成为油气行业甲烷浓度传感重要手段。复杂恶劣环境影响痕量甲烷激光检测光谱信号探测性能,导致检测信噪比和稳定性下降。针对油气场站移动型智能化巡检和区域型无人化监测的需求,提出了封闭式和开放式两种光路模式的甲烷逸散量化方法。在密闭腔室检测模式中,存在脉冲气流造成激光路径非均匀吸收以及待测环境本底浓度干扰问题;在开放空间检测模式中,甲烷排放速率通常需要点式或线式浓度测量手段结合反向扩散模型进行预测,但常规浓度测定方式受限于甲烷逸散烟羽风场依赖性,极易造成测定点浓度信息缺失。以波长调制激光吸收光谱甲烷浓度测量中谐波信号温度补偿及噪声抑制研究为基础,开展了基于双模式光路激光吸收光谱的甲烷逸散量化方法研究,对提出方法适用性与可靠性开展深入探讨和验证评价。主要研究工作如下: 1.开展了甲烷近红外吸收光谱波长调制反演理论研究。研究了甲烷特征吸收谱线典型背景气体交叉吸收干扰特征,分析了甲烷吸收线强温度依赖机制及温度影响和吸收谱线频带展宽机制及压力影响。甲烷在6046.96 cm-1吸收谱线处的光谱吸光度曲线峰值和半峰全宽在温度253～313 K变化范围内分别降低27.74%和12.96%,相应积分吸光度衰减率36.96%;环境相对压力从-100 Pa升高至100 Pa时,积分吸光度仅增加0.19%。结果表明相比于环境压力波动,季节性环境温度变化对甲烷吸收光谱检测影响更显著。 2.开展了甲烷激光吸收谐波信号温度补偿及增敏增稳方法研究。建立了基于温度-浓度等阶系数线性递归算法的浓度反演温度补偿模型,夏季和冬季工况测试结果表明,采用温度补偿模型后的浓度反演误差从11%～41%降至4.2%以内。提出了自适应奇异值阶次奇异值分解降噪算法,对原始谐波信号降噪处理后的信噪比提高了50.52%,优于Savitzky-Golay降噪算法和小波变换降噪算法。 3.开展了甲烷逸散密闭腔室激光吸收动态稀释量化方法研究。研究了多孔介质混合阻尼模块孔隙率和粒径对采样气流脉冲抑制效果影响,较小孔隙度可以提高气流脉冲抑制率,但同时造成采样流量衰减率升高进而影响系统采样响应时间;粒径从2.1 mm缩小至0.9 mm,其气流脉冲抑制率仅提升3.63%。以10 m有效吸收光程的四镜密集斑图光学多通池作为密闭腔室甲烷激光吸收光谱检测元件,当检测环境温度处于常温296 K时,光学多通池理论最低可探测浓度0.135 ppm;在冬季和夏季温差范围45℃时,其最低检测限上下浮动仅为0.031 ppm。开展了甲烷逸散密闭腔室激光检测性能测试分析,提出了动态采样气路切换本底扣除方法,通过对比直通厂房外界空气测试结果可知,所提方法测试结果2.54 mg/s与直通无本底甲烷方法的相对误差为9.61%。两组天然气计量设施管线截止阀甲烷排放速率测量值分别为0.12207 mg/s和0.00783 mg/s,预估其累积甲烷逸散量129.23 m3。 4.开展了甲烷逸散密闭腔室激光吸收动态稀释量化方法。搭建了小型化激光甲烷遥测传感系统,基于畸变谐波波形识别算法的最低检测限比常规WMS-2f-1f算法提升近2倍。提出了动态松弛函数联合代数重建算法,MFPM光路投影方案重建性能更优,网格分辨率10×10时重建云图保证较高预测精度的同时可以减少算法陷入局部极小或者欠学习的可能性;相比于常规代数重建算法,新算法在甲烷逸散激光光路投影数据空间稀疏性和时间离散性较强的情况下具有更理想的重建效果。建立了激光层析辅助反向扩散甲烷逸散量化方法框架,反向拉格朗日随机扩散模型排放速率估算准确度在大气极端稳定或极端不稳定时显著降低,当大气稳定度处于不稳定状态时具有更高准确度;在合理的环境温度测量偏差内（-5℃～5℃）,甲烷排放速率估算结果与真实温度下的误差处于可接受范围。

关键词： Ⅱ型糖尿病   运动   鸢尾素   线粒体融合与裂变   肝脏脂肪变性  

摘要： 研究目的: 本研究以40只8周龄雄性Wistar大鼠为实验对象,采用高脂饲料喂养并联合腹腔注射STZ的方法建立Ⅱ型糖尿病大鼠模型,研究运动在减轻Ⅱ型糖尿病大鼠肝脏脂肪变性中的作用,并从Irisin/AMPK通路调控线粒体融合与裂变的角度探讨运动减轻Ⅱ型糖尿病大鼠肝脏脂肪变性的机制。 研究方法: 将8周龄的雄性Wistar大鼠(40只)随机分为正常对照组(CON)和Ⅱ型糖尿病造模组(DM),正常对照组大鼠给予普通饲料喂养,Ⅱ型糖尿病组大鼠则给予高脂饲料喂养。四周后,对Ⅱ型糖尿病造模组大鼠进行腹腔注射STZ,剂量为30mg/kg,对照组则注射相同剂量的柠檬酸钠缓冲液。造模后的第三天和第七天采集尾部静脉血样检测大鼠随机血糖,若血糖浓度>16.7mmol/L则为造模成功。随后将造模成功的大鼠再随机分为Ⅱ型糖尿病组造模组(DM)、Ⅱ型糖尿病运动干预组(DMEX)、Irisin拮抗运动组(DMExRg)。在正式跑台运动干预之前先进行一周的适应性运动,跑台速度由10m/min逐渐增加到18m/min,坡度为上坡5°,随后进行8周的正式运动,速度为18m/min,时间为45min,每周运动5天。在正式运动期间,对Irisin拮抗运动组大鼠进行RGDyk的注射,注射形式为静脉注射,注射剂量为2.5mg/kg,注射浓度为1mg/ml,每周注射2次,而运动组则进行相同剂量的DMSO溶液注射。实验过程中,每周三对所有大鼠进行体重和血糖测量并记录,为后续实验提供数据支撑。所有干预结束后,腹腔注射乌拉坦麻醉所有大鼠,采集腹主动脉血样以及肝脏标本。全自动生化分析仪和ELISA试剂盒检测大鼠血清Irisin、TG、TC、ALT、AST、HDL-C、LDLC以及FBG和FIN水平并计算出HOMA-IR;HE和油红O染色评估大鼠肝脏脂肪变性水平;免疫荧光检测大鼠肝脏Drp1、Mfn2荧光表达变化;RT-qPCR检测大鼠肝脏FNDC5、AMPK、Drp1、Fis1、OPA1、Mfn2 mRNA表达变化;Western Blot检测大鼠肝脏Irisin、AMPK、Drp1、Fis1、OPA1、Mfn2蛋白表达变化。实验结束后,使用Graph Pad Prism统计软件对所有数据进行单因素方差分析,采用±SD描述,当p<0.05时,表明存在显著性差异。 研究结果: 1.大鼠体重变化:实验正式开始之前,各组大鼠基础体重的差异并无显著性。实验开始后,DM组大鼠与对照组相比,体重明显下降(p<0.05),而DMEX组与DM组相比,体重明显上升(p<0.05)。DMExRg组大鼠与DMEX组相比体重虽有下降,但未见统计学差异。 2.大鼠血液代谢相关指标变化:DM组与CON组大鼠相比,FBG和FIN以及血清TC、TG、LDL-C水平明显上升(p<0.05),而与DMEX组大鼠相比,则显著下降(p<0.05)。然而,DM组大鼠血清Irisin和HDL-C水平要明显低于CON组(p<0.05),而与DMEX组相比,却明显上升(p<0.05)。此外,DMExRg组大鼠血清TC、TG以及FIN和HOMA-IR水平要高于DMEX组,而血清LDL-C和FBG则并无显著性差异。 3.大鼠肝脏质量、ALT/AST水平以及HE染色和油红O染色结果变化:与CON组相比,DM组大鼠肝重、ALT以及AST水平显著上升(p<0.05),HE和油红O染色显示细胞排列紊乱、肿胀并有大量的脂肪空泡和脂滴。而DMEX组大鼠肝重、ALT以及AST显著低于DM组(p<0.05),HE和油红O染色显示肝细胞排列更为整齐,结构更清晰,脂肪空泡和脂滴明显减少。 4.大鼠肝脏线粒体融合裂变相关分子免疫荧光表达变化:DM组大鼠肝脏Drp1、Fis1荧光强度显著高于CON组(p<0.05),而OPA1、Mfn2荧光强度要显著低于CON组(p<0.05)。与DM组相比,DMEX组大鼠肝脏Drp1、Fis1荧光强度明显下降(p<0.05),而OPA1、Mfn2荧光强度要高于DM组(p<0.05),然而采用RGDyk阻断Irisin受体信号后,DMExRg组大鼠Drp1和Fis1荧光强度要高于DMEX组(p<0.05),而OPA1和Mfn2的荧光低于DMEX组(p<0.05)。 5.调控大鼠肝脏线粒体融合裂变相关基因与蛋白表达变化:与CON组相比,DM组大鼠肝脏线粒体裂变因子Drp1和Fis1的mRNA和蛋白表达升高,而肝脏线粒体融合因子OPA1和Mfn2的mRNA和蛋白表达却明显下降,并且肝脏FNDC5的mRNA和Irisin以及p-AMPK的蛋白表达也明显下降,肝脏AMPK的mRNA表达则无显著变化。在经过8周的运动干预后,DMEX组大鼠肝脏线粒体裂变因子Drp1和Fis1的mRNA和蛋白表达低于DM组,而线粒

摘要： Magnetized Liner Inertial Fusion (MagLIF) is an approach to inertial confinement fusion being studied experimentally on the Z pulsed-power facility at Sandia National Laboratories (SNL). In MagLIF, a preheating laser enters a cylindrical target after passing through a laser entrance hole (LEH) window. The laser then heats the pressurized target fuel and sends shock waves through the fuel, towards the fuel-confining cylindrical metal shell (or "liner"). The shock waves are then transmitted into (and travel through) the liner wall. To scale MagLIF to higher fusion yield and ultimately reach ignition, the laser energy coupled to the fuel must be maximized. Additionally, the laser must not ablate target materials that could mix into and contaminate the fuel. Energy coupling and mix mitigation can be improved with a method of removing the LEH window called "Laser Gate." Presented in this dissertation is a successful proof-of-concept of the Laser Gate method for removing the LEH window. In our experimental tests, the LEH window was removed from the target and cleared from the laser path. The measured window opening time (from fast framing camera images) agrees well with estimates from a simple window opening model. Another important factor in preventing mix of target material into the fuel is the target walls. As the shock waves move through the walls, the walls first compress and then expand. There can also be material ejected from the liner that mixes into the fuel and degrades the fusion yield. An experimental campaign was conducted on the Omega EP laser facility to study this wall movement and to compare the experimental results with numerical simulations. The key takeaways from these experiments include the observation of an axial dependence of wall movement radially away from the axis, and density profiles that allude to potential mix of target material into the fuel. Overall, the experimental results help to validate and compare HYDRA simulations and predictions. T

关键词： 微波消解法   石墨炉原子吸收光谱法   饲料   铜  

摘要： 当前，测定饲料中铜的含量采用GB/T13885-2017中的干灰化法进行前处理饲料样品，结合火焰原子吸收光谱法进行测定，该方法存在着操作繁琐、易受污染，工作效率较低、回收率偏低的缺陷。本研究实验以饲料质控样品检测为例，通过微波消解法进行前处理饲料样品，结合石墨炉原子吸收光谱法检测饲料样品中铜的含量，探索该方法的可行性与准确性。结果显示：标准曲线线性关系良好，相关系数（r）为0.9995；精密度（RSD）为2.29%；加标回收率在97.5%～108.8%，测定结果在饲料质控样品的特性值区间内。该方法有前处理操作简便、灵敏度高、准确性好、有较好的重现性以及仪器自动化等特点。因此，该方法能适用于饲料中铜含量的测定，并为实现准确、高效检测饲料中铜含量的测定提供新的思路。

关键词： X射线   RBF神经网络   PID控制   闭环控制  

摘要： 随着现代工业、医疗、科研等领域对于高精度、高稳定性的X射线源不断增长的需求,预测和反馈技术是提高X射线源的稳定性、精确性和响应速度的重要手段之一,是实现X射线源高精度、高稳定性的关键所在。因此,大力开展基于预测与反馈的X射线源控制系统研究工作,对于提升X射线源的稳定性、精确性等具有重要意义。 论文围绕X射线源控制系统,进行控制系统框架搭建,并对控制算法进行研究分析。在传统控制方法的基础上,通过引入先进的预测算法和实时反馈技术,构建了一个能够实时监控、动态调整X射线源参数的智能控制系统。设计了一种基于神经网络算法的预测模型,用于预测X射线源在不同工作条件下的性能表现。同时,设计了一套实时反馈系统,能够准确感知X射线源的实际工作状态,并将这些信息及时反馈给控制系统。完成的主要研究内容与创新性成果如下: (1)进行X射线源控制系统框架搭建。对高压电源主电路进行设计,并对各部分电路的电路拓扑结构、电路原理及设计参数进行计算说明。设计分压网络、隔离采样及驱动电路等。 (2)进行控制算法优化。对比分析常规PID控制、模糊PID控制、基于RBF神经网络PID控制在输入为阶跃信号和正弦信号下的控制效果,最终验证基于RBF神经网络的PID控制效果最佳,且具有预测与反馈功能。 (3)优化控制系统并进行仿真分析。首先对输入级电路进行优化,引入功率因数调制,减少谐波成分。然后优化输出级电路,引入RBF神经网络PID控制算法进行闭环控制。最后基于MATLAB对输入级电路进行仿真对比,证明引入功率因数调制之后,电压输出更加稳定。对输出级电路进行开环、闭环仿真对比,验证改进后的控制系统具有预测与反馈的功能,可以更好的实现X射线的稳定输出。