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高被引论文

长距离分布式光纤传感技术研究进展
饶云江
2017, 66 (7): 074207. doi: 10.7498/aps.66.074207
摘要 +
分布式光纤传感技术是光纤传感领域的重要组成部分,具有以下突出优势:无需在光纤上制作传感器,传感光纤集传感与传输于一体,可实现远距离、大范围的传感与组网;可连续感知光纤传输路径上每一点的温度、应变、振动等物理参量的空间分布和变化信息,单根光纤上能获得多达数万点的传感信息.由于在长距离连续传感方面具有不可替代的优势,分布式光纤传感技术在周界安防、石油电力、大型结构等领域的安全监控方面具有非常广阔的应用前景.本文主要介绍电子科技大学光纤传感与器件研究团队在长距离分布式光纤静(布里渊光时域分析仪)、动(相位敏感型光时域反射仪)态参量传感技术取得的研究进展,包括基础与应用研究两个方面.
分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展
刘铁根, 于哲, 江俊峰, 刘琨, 张学智, 丁振扬, 王双, 胡浩丰, 韩群, 张红霞, 李志宏
2017, 66 (7): 070705. doi: 10.7498/aps.66.070705
摘要 +
光纤传感技术已广泛应用于航空航天、石油化工、电子电力、土木工程、生物医药等领域,其技术形式主要体现为分立式和分布式.分立式光纤传感技术利用光纤敏感器件作为传感器来感知被测参量的变化,光纤作为光信号的传输通道连接光纤传感器及后端的解调装置;分布式光纤传感系统基于光纤瑞利散射、拉曼散射或布里渊散射等光学效应,利用光纤本身作为传感器,可对沿途的光信号进行大范围、长距离传感.本文介绍了分立式与分布式光纤传感中主要关键技术的研究进展,并对未来的研究和发展方向进行了探讨.
基于领域相似度的复杂网络节点重要度评估算法
阮逸润, 老松杨, 王竣德, 白亮, 陈立栋
2017, 66 (3): 038902. doi: 10.7498/aps.66.038902
摘要 +
节点重要性度量对于研究复杂网络鲁棒性与脆弱性具有重要意义.大规模实际复杂网络的结构往往随着时间不断变化,在获取网络全局信息用于评估节点重要性方面具有局限性.通过量化节点局部网络拓扑的重合程度来定义节点间的相似性,提出了一种考虑节点度以及邻居节点拓扑重合度的节点重要性评估算法,算法只需要获取节点两跳内的邻居节点信息,通过计算邻居节点对之间的相似度,便可表征其在复杂网络中的结构重要性.基于六个经典的实际网络和一个人工的小世界网络,分别以静态与动态的方式对网络进行攻击,通过对极大连通系数与网络效率两种评估指标的实验结果对比,证明了所提算法优于基于局域信息的度指标、半局部度指标、基于节点度及其邻居度的WL指标以及基于节点位置的K-shell指标.
基于蝙蝠算法的粒子滤波法研究
陈志敏, 田梦楚, 吴盘龙, 薄煜明, 顾福飞, 岳聪
2017, 66 (5): 050502. doi: 10.7498/aps.66.050502
摘要 +
标准粒子滤波容易出现粒子贫化问题,滤波精度不稳定,并且需要大量粒子才能对非线性系统进行准确估计,降低了算法的综合性能.针对该问题,本文提出了一种基于蝙蝠算法的新型粒子滤波算法.该算法用粒子表征蝙蝠个体,模拟蝙蝠群体搜索猎物的过程,粒子群体通过调整频率、响度、脉冲发射率,追随当前最优粒子在解空间中进行搜索,并可以动态控制全局搜索及局部搜索的相互转换,进而提高粒子整体的质量和分布的合理性;此外,改进算法引入Lvy飞行策略,从而避免局部极值的不良吸引.实验表明新型粒子滤波方法提高了粒子多样性和滤波预测精度,同时大大降低了对非线性系统进行状态预测所需的粒子数量.
一种基于社交影响力和平均场理论的信息传播动力学模型
肖云鹏, 李松阳, 刘宴兵
2017, 66 (3): 030501. doi: 10.7498/aps.66.030501
摘要 +
在线社会网络中,信息传播蕴含着复杂的动力学成因.本文将传染病模型与社交影响力要素相结合,并针对影响力度量中主要研究静态网络拓扑结构、忽略个体行为特征的问题,提出一种基于动态节点行为和用户影响力的信息传播动力学模型,旨在量化影响力强度,为研究信息扩散过程中不同用户群体状态转变提供理论依据.首先,在网络拓扑结构和用户行为两方面,提取个人记忆和用户交互两个表征,分析影响力形成的内因和外因两个动力学成因,并基于多元线性回归模型,提出一种度量用户社会影响力的方法.其次,在传统传染病SIR(susceptible-infected-recovered)模型基础上,结合信息扩散与传染病蔓延相似的传播机理,综合考虑信息传播的多源并发性和双向性,引入影响力因子,利用平均场理论改进得到一种基于用户影响力的信息传播模型.实验表明,该模型能有效地解释在线社会网络中信息传播的动力学原因,感知社会网络中信息传播演化态势.
基于多重影响力矩阵的有向加权网络节点重要性评估方法
王雨, 郭进利
2017, 66 (5): 050201. doi: 10.7498/aps.66.050201
摘要 +
本文基于有向加权网络模型,构建了三个影响力矩阵,并利用层次分析法对其赋权求和,形成多重影响力矩阵,从而提出了一种基于该矩阵的节点重要性评价方法.该方法通过新定义的交叉强度指标,来表征节点的局部重要性;利用全网节点对待评估节点的重要性影响总值,来表征节点在全网中的相对重要性.在分析影响节点对待评估节点的影响比例时,既考虑到节点间的距离因素,又引入了最短路径条数因素;既考虑了该影响节点对网络中其他节点的影响关系,又考虑了网络中其他节点对该待评估节点的影响关系,使得评价方法更加全面.将算法运用于ARPA网络,结果表明,该方法能有效地区分各节点之间的差异.最后,对实验结果进行连锁故障的仿真对比实验,进一步验证了方法的有效性.
衍射极限尺度下的亚波长电磁学
蒲明博, 王长涛, 王彦钦, 罗先刚
2017, 66 (14): 144101. doi: 10.7498/aps.66.144101
摘要 +
作为波的本性之一,衍射是现代物理学的重要研究内容.衍射导致自由空间中波的能量不能被无限小地聚集,从而为成像、光刻、光存储、光波导等技术设定了一个原理性的障碍衍射极限.对于电磁波和光波而言,尽管通过提高介质的折射率可以压缩衍射效应,但由于自然界中材料的折射率有限,该方法存在很大限制.近年来,随着表面等离子体光学的兴起,表面等离子体在超越传统衍射极限方面的能力和应用前景受到了学术界的关注.本文从亚波长电磁学的角度出发,介绍衍射极限研究的历史,综述了突破衍射极限的理论方法.首先,利用金属介质表面等离子体激元的短波长特性,可将等效波长压缩一个数量级以上,在纳米尺度实现光波的聚焦或定向传输;更进一步,通过人为设计超构材料和超构表面,利用结构化金属和介质中的局域谐振、耦合等特殊电磁响应,可实现亚波长局域相位调制、超宽带色散调控、近完美吸收、光子自旋轨道耦合等,从而突破传统理论的诸多局限,为下一代电磁学和光学功能器件奠定重要基础.
基于Hadoop大数据平台和无简并高维离散超混沌系统的加密算法
温贺平, 禹思敏, 吕金虎
2017, 66 (23): 230503. doi: 10.7498/aps.66.230503
摘要 +
针对目前大数据环境中存在的数据安全问题,提出一种基于Hadoop大数据平台和无简并高维离散超混沌系统的加密算法.算法采用流密码对称加密方式,在Hadoop平台上读取存储于HDFS(Hadoop distributed file system)的大数据,进行分片处理和MapReduce编程后,用Map函数实现数据并行加密和解密,通过Reduce函数实现数据的合并操作并存储于HDFS.该算法具有较好的执行效率.与正李氏指数发生简并的低维混沌系统相比,无简并高维离散超混沌加密算法能提高系统安全性能,李氏指数均为正并且足够大,具有更好的统计特性,可通过严格的TESTU01测试,并行加密的密文之间互相关性很小.密钥参数众多使得估计或辨识难度增大.在密文闭环反馈条件下,具有抵御已知明文攻击和选择明文攻击的能力.
含三个忆阻器的六阶混沌电路研究
王伟, 曾以成, 孙睿婷
2017, 66 (4): 040502. doi: 10.7498/aps.66.040502
摘要 +
利用两个磁控忆阻器和一个荷控忆阻器设计了一个六阶混沌电路,并建立了相应电路状态变量的非线性动力学方程.研究了系统的基本动力学特性,平衡点及其稳定性分析表明:该电路具有一个位于忆阻器内部状态变量所构成三维平衡点集,平衡点的稳定性由电路参数和三个忆阻器的初始状态决定.分岔图、Lyapunov指数谱等表明该电路在参数变化情况下能产生Hopf分岔和反倍周期分岔两种分岔行为,以及超混沌、暂态混沌、阵发周期现象等多种复杂的非线性动力学行为.将观察混沌吸引子时关注的电压、电流信号推广到功率和能量信号,观察到了莲花型、叠加型吸引子等奇怪吸引子的产生.并研究了各忆阻器能量信号之间产生吸引子的情况,特别地,当取不同的初始值时,系统出现了共存混沌吸引子和周期极限环与混沌吸引子的共存现象.
室温磁制冷技术的研究进展
李振兴, 李珂, 沈俊, 戴巍, 高新强, 郭小惠, 公茂琼
2017, 66 (11): 110701. doi: 10.7498/aps.66.110701
摘要 +
室温磁制冷具有绿色环保、内禀高效、低噪音与低振动等优点,有望成为室温制冷领域中的一种重要选择.本文首先简述了磁热效应等基本概念,阐述了磁制冷热力学循环,重点介绍由基本循环构成的复合式磁制冷循环、主动磁制冷循环以及耦合气体回热式制冷的主动磁制冷循环等.随后描述了室温磁制冷系统的不同维度数值模型的特点,介绍了模型中磁热效应、多层主动磁回热器、退磁效应等重要项的表述方式及其他因子对系统性能的影响.根据室温系统运动部件和运动方式的不同,将室温磁制冷样机细化为四类系统,包括往复磁体式、往复回热器式、旋转磁体式和旋转回热器式.结合样机的近期实验进展,分析了不同类别室温系统的结构、运行和性能等特性.最后,总结了室温磁制冷技术的未来发展趋势.
不均匀性:非晶合金的灵魂
管鹏飞, 王兵, 吴义成, 张珊, 尚宝双, 胡远超, 苏锐, 刘琪
2017, 66 (17): 176112. doi: 10.7498/aps.66.176112
摘要 +
非晶合金,即金属玻璃,是一类特殊的由基本化学元素组成的非晶态物质,由于其独特的微观组织结构,展现出了不同于传统晶态合金材料的特殊物性,而成为高性能材料应用领域的重要一员.由于非晶合金的结构无序性,且当前精确表征其微观结构的实验手段缺乏,相应的理论模型也不完善,人们对非晶合金中一些基础物理问题的认识尚且不足,无法形成基本的理论框架来精确地描述其物性产生的微观机理.因而,当前非晶合金研究的核心问题可以概括为:如何建立以微观特征或结构为基础的基本理论框架,准确地概括非晶合金物性的微观机理.在过去几十年里,针对非晶合金的大量研究表明,在非晶合金长程无序的特征中,隐藏着本征的不均匀性和有序,且这些不均匀性的特征与材料物性有着密切的关联,使得建立以不均匀性特征为基础的理论框架成为可能.本文从非晶合金微观特征的不均匀性包括静态不均匀性和动态不均匀性的视角出发,概括性地总结了非晶合金材料与物理研究中取得的丰硕成果,及当前需要关注的重要科学问题,并针对未来可能的研究模式进行了展望.
动态背景下基于光流场分析的运动目标检测算法
崔智高, 王华, 李艾华, 王涛, 李辉
2017, 66 (8): 084203. doi: 10.7498/aps.66.084203
摘要 +
针对现有动态背景下运动目标检测算法的不足,提出一种基于光流场分析的运动目标检测算法. 首先根据前背景在光流梯度幅值和光流矢量方向上的差异确定目标的大致边界,然后通过点在多边形内部原理获得边界内部的稀疏像素点,最后以超像素为节点,利用混合高斯模型拟合的表观信息和超像素的时空邻域关系构建马尔可夫随机场模型的能量函数,并通过使目标函数能量最小化得到最终的运动目标检测结果. 该算法不需要任何先验假设,能够同时处理动态背景和静态背景两种情况. 多组实验结果表明,本文算法在检测的准确性和处理速度上均优于现有算法.
光纤法布里-珀罗干涉温度压力传感技术研究进展
李自亮, 廖常锐, 刘申, 王义平
2017, 66 (7): 070708. doi: 10.7498/aps.66.070708
摘要 +
光纤法布里-珀罗干涉温度和压力传感器具有灵敏度高、制作简单、成本低、体积小和抗电磁干扰能力强等优点,已被广泛应用于军事和民用领域.在某些环境恶劣,如具有强电磁干扰和腐蚀性,或提供给传感器的安装空间非常有限的特殊工业领域,微型光纤温度和压力传感器发挥着重要的作用,国内外诸多高校、科研院所都在对其进行研究.本文综述了光纤法布里-珀罗干涉仪的基本原理、制备技术、及其压力和温度传感应用的研究进展.详细介绍了湿法化学腐蚀制备法、电弧放电制备法、飞秒激光制备法、聚合物辅助制备法等常见光纤法布里-珀罗腔传感器的制作工艺,分析了不同制作工艺的优缺点;详细介绍了光纤法布里-珀罗干涉仪在温度传感、压力传感和温压一体传感领域的应用;最后对光纤法布里-珀罗干涉温度压力传感器的发展进行了总结和展望.
不确定分数阶时滞混沌系统自适应神经网络同步控制
林飞飞, 曾喆昭
2017, 66 (9): 090504. doi: 10.7498/aps.66.090504
摘要 +
针对带有完全未知的非线性不确定项和外界扰动的异结构分数阶时滞混沌系统的同步问题,基于Lyapunov稳定性理论,设计了自适应径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络控制器以及整数阶的参数自适应律.该控制器结合了RBF神经网络和自适应控制技术,RBF神经网络用来逼近未知非线性函数,自适应律用于调整控制器中相应的参数.构造平方Lyapunov函数进行稳定性分析,基于Barbalat引理证明了同步误差渐近趋于零.数值仿真结果表明了该控制器的有效性.
基于可调谐半导体激光器吸收光谱的高灵敏度甲烷浓度遥测技术
丁武文, 孙利群, 衣路英
2017, 66 (10): 100702. doi: 10.7498/aps.66.100702
摘要 +
讨论了一种新的高灵敏度甲烷遥测方法,利用可调谐激光二极管的调制光谱技术扫描甲烷的吸收峰,通过在测量光路中插入参考气池,增强低浓度情况下的吸收峰辨识能力,以提高甲烷浓度遥测信号的信噪比.此外,可以将激光器的中心波长锁定至气体吸收峰的峰值位置从而使仪器工作于吸收峰锁定模式,进行甲烷浓度的连续监测.实验结果表明,在测量距离分别为10 m和20 m时,周围环境中的甲烷积分浓度探测极限可以分别达到5 ppmm和16 ppmm.在吸收峰锁定工作模式下,系统在37 m距离处具有22 ppmm的检出限,并可以监测甲烷浓度的快速变化.
聚丙烯/氧化铝纳米电介质的陷阱与直流击穿特性
马超, 闵道敏, 李盛涛, 郑旭, 李西育, 闵超, 湛海涯
2017, 66 (6): 067701. doi: 10.7498/aps.66.067701
摘要 +
聚丙烯电介质的直流击穿场强是影响其储能密度的关键因素,纳米氧化铝掺杂是一种提高聚合物电介质击穿场强的有效方法,因此有必要开展聚丙烯/氧化铝纳米电介质直流击穿特性的研究.为了探究其直流击穿机理,通过熔融共混法制备了聚丙烯/氧化铝纳米电介质试样,观察了其显微结构,并对其表面电位衰减特性、体电阻率和直流击穿场强进行了测试.实验结果表明,随着纳米氧化铝含量的增加,深陷阱能级和密度、体电阻率和直流击穿场强都呈现先升高后降低的趋势,当纳米氧化铝含量为0.5 wt%时出现最大值,其中,直流击穿场强相比于未掺杂时可提高27%左右.根据纳米电介质交互区模型,分析了聚丙烯/氧化铝纳米电介质的显微结构和陷阱参数之间的关系.基于空间电荷击穿理论,利用陷阱参数对聚丙烯/氧化铝纳米电介质直流击穿机理进行了探讨.认为交互区为聚丙烯/氧化铝纳米电介质提供了更多深陷阱,而深陷阱能级和密度在较高纳米掺杂量时出现不同程度的降低可能是由双电层模型交互区重叠所致;深陷阱能级和密度的增加可降低载流子的注入量,进而提高其体电阻率和直流击穿场强.
光纤超声传感器及应用研究进展
乔学光, 邵志华, 包维佳, 荣强周
2017, 66 (7): 074205. doi: 10.7498/aps.66.074205
摘要 +
光纤超声传感器通过检测光纤内传输光的强度、波长、相位、偏振态等参数感知超声波的相关信息.相比于传统的电类超声换能器,光纤超声传感器能够实现宽频带超声波信号的高灵敏探测,且其良好的抗干扰能力和复用性,可有效地提高超声波探测的可靠性和效率,在水下国防安全、生物成像、无损探伤、地震物理模型成像等领域具有巨大的应用潜力.目前,按照传感结构,光纤超声传感器可分为光纤强度调制型、光纤干涉型和光纤光栅型,并在不同方面发挥着各自的优势,均受到关注.本文主要综述了这几种传感器的传感机理、实现方法、发展现状,总结了光纤超声传感器的几个应用领域及面临的科学技术挑战,重点讨论了光纤超声传感器作为一种新技术应用于地震物理模型成像.
基于综合特征的光纤周界安防系统 高效入侵事件识别
黄翔东, 张皓杰, 刘琨, 马春宇, 刘铁根
2017, 66 (12): 124206. doi: 10.7498/aps.66.124206
摘要 +
在光纤周界安防系统中,急需对入侵事件实现准确而高效的识别,对事件特征做简练而恰当的描述是其关键所在.本文提出一种基于综合特征的入侵事件识别方法,该方法引入全相位滤波器组将输入信号并行分解为多个频率通道,以提取这些通道的归一化功率值;进而与信号过零率相结合,构成包含时域信息、频域信息的综合特征向量;最后将该特征向量馈入径向基函数神经网络即可准确识别出攀爬、敲击、晃动、剪切四种常见的入侵动作.实验证明,本文方法相比于现有的经验模态分解方法,不仅提高了精度,而且显著加快了识别速度.
基于量子隐形传态的量子保密通信方案
杨璐, 马鸿洋, 郑超, 丁晓兰, 高健存, 龙桂鲁
2017, 66 (23): 230303. doi: 10.7498/aps.66.230303
摘要 +
量子保密通信包括量子密钥分发、量子安全直接通信和量子秘密共享等主要形式.在量子密钥分发和秘密共享中,传输的是随机数而不是信息,要再经过一次经典通信才能完成信息的传输.在量子信道直接传输信息的量子通信形式是量子安全直接通信.基于量子隐形传态的量子通信(简称量子隐形传态通信)是否属于量子安全直接通信尚需解释.构造了一个量子隐形传态通信方案,给出了具体的操作步骤.与一般的量子隐形传态不同,量子隐形传态通信所传输的量子态是计算基矢态,大大简化了贝尔基测量和单粒子操作.分析结果表明,量子隐形传态通信等价于包含了全用型量子密钥分发和经典通信的复合过程,不是量子安全直接通信,其传输受到中间介质和距离的影响,所以不比量子密钥分发更有优势.将该方案与量子密钥分发、量子安全直接通信和经典一次性便笺密码方案进行对比,通过几个通信参数的比较给出各个方案的特点,还特别讨论了各方案在空间量子通信方面的特点.
表面缺陷的方向性对漏磁场分布的影响
吴德会, 刘志天, 王晓红, 苏令锌
2017, 66 (4): 048102. doi: 10.7498/aps.66.048102
摘要 +
由于漏磁检测(MFL)具有操作简单、成本低廉、信号稳定等特点,已被广泛应用于铁磁材料的无损检测.在MFL领域,实现缺陷评估的关键是对漏磁信号与缺陷几何特征之间的关系进行准确描述.本文建立了一个任意方向的表面缺陷漏磁场分布的三维数学模型.首先,将表面缺陷近似为一个有限长的矩形槽来进行描述;然后,从理论上分析了不同缺陷方向下槽壁磁荷密度的变化规律;最后,通过矢量合成得到了有向缺陷的漏磁场分布.开展了仿真和实验,对缺陷在不同磁化方向下的漏磁场分布进行了分析.实验结果表明,缺陷的MFL分布与方向性密切相关.随着与磁化方向夹角增大,缺陷漏磁场水平分量亦增加,单峰性也越突出;但垂直分量却随夹角的增大而呈现双峰分布.所建模型能有效地描述缺陷的方向性对漏磁场分布影响,对优化MFL检测器设计和提高缺陷评估质量有实际指导意义.
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