检索结果-内蒙古大学图书馆

光谱学与光谱分析 2023年第2期43卷 495-502页

作者：张天尧李博扬李星玥李迎吴先毫赵小燕张朝晖北京科技大学自动化学院北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院材料物理系北京100083

经过二十年的发展,太赫兹光谱技术已经在生物医疗、工业质检、国防安全、新材料研发等多个领域证明了其强大的应用潜力,然而传统太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对飞秒激光器的依赖,严重限制了太赫兹技术在实际工业领域中的应用,近年来,以... 详细信息

经过二十年的发展,太赫兹光谱技术已经在生物医疗、工业质检、国防安全、新材料研发等多个领域证明了其强大的应用潜力,然而传统太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对飞秒激光器的依赖,严重限制了太赫兹技术在实际工业领域中的应用,近年来,以商业成熟的中红外激光混频作为产生与探测机制的太赫兹频域光谱技术(THz-FDS),凭借其高集成度、低成本以及高分辨率等适用于实际应用的特点得到了广泛的研究关注。但是,作为新型光谱技术,THz-FDS的数据处理算法与传统THz-TDS相比仍处于起步阶段,此前所开展的物质表征研究大多局限于信号幅值的利用,而其相干探测机制所蕴含的太赫兹波相位信息并未得到充分挖掘,与相位信息紧密相关的样品折射率、介电常数、极化率等关键参数因此无法准确获取。从THz-FDS的相干探测原理出发,结合实测数据,详细阐述了太赫兹波相位信息与THz-FDS原始光电流数据周期振荡之间的联系,建立了由原始光电流数据振荡周期求取样品折射率的理论模型。在此基础上,指出了传统零频基点求取折射率方法在低频段表现欠佳的原因,提出了所改进的双基点折射率求取算法。为了验证所提出的折射率测定方法的可靠性,选取了在太赫兹波段应用广泛的聚合物聚四氟乙烯作为表征对象,制备了厚度不同的多个样片,对所有样品测定折射率的结果为1.456±0.006,不同样片间折射率的测量不确定度仅为0.5%,且平均值与前期报道值吻合,充分验证了该方法复现性。此外,选取其中一枚样片考察了实验参数设置变化对折射率测定结果的影响,使用THz-FDS多种积分时间和采样步长的设置组合采集原始光电流数据,结果显示实验参数设置对折射率测定结果没有显著影响,验证了算法的鲁棒性。提出的折射率测定方法丰富了太赫兹频域光谱系统的表征参数,结合频域光谱系统相比传统时域光谱系统在工业应用方面的优势,该方法对太赫兹光谱技术的实际应用发展具有重要意义。

关键词：太赫兹折射率谱太赫兹频域光谱技术相位信息相干探测机制

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基于量子化学计算的谷氨酰胺太赫兹吸收谱模拟

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光谱学与光谱分析 2015年第8期35卷 2073-2077页

作者：张天尧张朝晖赵小燕张寒燕芳钱萍北京科技大学自动化学院仪器科学与技术系北京100083 北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083 北京科技大学应用物理系北京100083

利用量子化学计算方法模拟物质的太赫兹吸收谱,可以为目标物质的太赫兹吸收特征匹配分子振动模式,对深刻理解谱的形成机理十分必要。模拟结果的可靠性,主要取决于目标物质初始构型的搭建和振动模式计算方法的选择。首先利用太赫兹时域... 详细信息

利用量子化学计算方法模拟物质的太赫兹吸收谱,可以为目标物质的太赫兹吸收特征匹配分子振动模式,对深刻理解谱的形成机理十分必要。模拟结果的可靠性,主要取决于目标物质初始构型的搭建和振动模式计算方法的选择。首先利用太赫兹时域光谱技术获取了谷氨酰胺固态样品的太赫兹吸收谱,为了在理论模拟过程中体现考虑分子间作用的程度,构建了三种常用于有机物太赫兹吸收谱模拟的谷氨酰胺初始构型,单分子、二聚体、晶胞。使用量子化学计算程序基于密度泛函理论对三种初始构型进行了结构优化和振动模式计算。将计算结果通过洛伦兹线型函数拟合为吸收谱与实验吸收谱进行对比发现,二聚体构型的模拟吸收谱从吸收峰个数上优于单分子构型,在此基础上,晶胞构型模拟结果从吸收峰峰位上又较二聚体构型有了明显的改进,随着初始构型考虑分子间作用的程度提高模拟结果逐步逼近实验吸收谱。在得到了可靠的理论模拟吸收谱的基础上,成功对谷氨酰胺固态样品在0.3～2.6THz范围内的三个吸收峰匹配了晶胞内各分子的集体振动模式。研究表明,在固体样品的太赫兹吸收谱理论模拟中,在计算能力允许的情况下,应尽可能选择全面反映分子间作用力的晶胞构型作为计算的初始构型。

关键词：太赫兹吸收谱谷氨酰胺量子化学计算单分子二聚体晶胞

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聚合物及其混合物的太赫兹介电性质测定与分析方法

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光谱学与光谱分析 2019年第6期39卷 1689-1694页

作者：张天尧张朝晖 Arnold Mark A. 北京科技大学自动化学院仪器科学与技术系北京100083 北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083 Department of Chemistry University of IowaIowa City 52246USA

聚合物材料因其对太赫兹波的高透过率以及良好的塑形能力在太赫兹研究中扮演了重要的角色,由于材料的介电特性直接关系着折射率、极化率等重要性质,不同的应用场合通常需要材料呈现出特殊的太赫兹介电响应,一方面可以选取不同的聚合物材... 详细信息

聚合物材料因其对太赫兹波的高透过率以及良好的塑形能力在太赫兹研究中扮演了重要的角色,由于材料的介电特性直接关系着折射率、极化率等重要性质,不同的应用场合通常需要材料呈现出特殊的太赫兹介电响应,一方面可以选取不同的聚合物材料,另一方面可以通过多种聚合物的混合实现材料介电性质的调制。聚合物材料合理的选取和设计建立在材料太赫兹介电精确表征之上,然而利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)对聚合物材料进行透射式太赫兹介电表征时,材料内部空气孔隙的存在会影响表征结果的复现性,同时也会影响共混聚合物介电性质的分析和预测。因此以Landau,Lifshitz,Looyenga(LLL)模型为基础提出了考虑空气影响的介电分析模型,并选取了在太赫兹研究中广泛使用的聚合物材料聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)对模型的有效性和稳定性加以验证,展开了两种材料单质和混合物两方面的介电分析。在太赫兹波透射样品之后的相位变化信息中提取出样品的介电常数,同一种物质制备的样片间太赫兹介电谱存在明显差异,使用包含气隙影响的LLL模型处理实验数据后,样品介电常数中空气的介电影响被移除,从而得到了两种材料的本征介电常数,在此基础上,使用测得的本征介电常数和混合物样品中两种材料的体积占比信息代入包含气隙影响的LLL模型计算得到了不同配比混合物的太赫兹介电常数的模拟值,并与THz-TDS实验获取的实验值进行了对比。利用所提出的有效介质模型,聚乙烯和聚四氟乙烯在10~40cm^-1波段内移除空气影响后的平均介电常数为2.315±0.003(±0.13%)和2.109±0.003(±0.14%),在不同重量、不同厚度的单组份样品间模型测定的聚合物介电常数保持了良好的重复性,在对混合物的太赫兹介电性质测定与分析中,利用模型计算的混合物介电常数模拟值与THz-TDS测定的介电常数实验值保持了高度线性相关,其相关系数为0.9643,全局相对误差为1.08%,体现了模型的可靠性。提出的介电分析模型可以扩展到更多的高分子材料单质及其混合物的太赫兹介电性质表征中,对太赫兹波段的共混聚合物材料设计具有参考价值。

关键词：聚合物太赫兹光谱介电常数有效介质理论

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基于小波分析和自相关计算的非接触式生理信号检测

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工程科学学报 2021年第9期43卷 1206-1214页

作者：刘璐瑶张森肖文栋北京科技大学自动化学院北京100083 北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083 北京科技大学顺德研究生院广东528399

采用调频连续波(Frequency modulated continuous wave,FMCW)雷达实现非接触式生理信号检测,并提出了基于小波分析和自相关计算(Wavelet analysis and autocorrelation computation,WAAC)的检测方法.首先,毫米波FMCW雷达发射电磁波信号,并接收来自身体的反射信号.然后,通过信号预处理从中频信号中提取包含呼吸和心跳的相位信息,消除直流偏置并完成相位解缠.最后,基于小波包分解(Wavelet packet decomposition,WPD)从原始信号中得到心跳和呼吸信号,利用自相关计算减小杂波对心跳信号的影响,进而提取高精度的心率参数.应用FMCW雷达对10名受试者进行实验测试,结果表明本文方法得到的呼吸和心率的平均绝对误差率平均值分别小于1.65%和1.83%.

关键词：非接触式生理信号检测心跳检测呼吸检测小波分析自相关计算调频连续波雷达

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改进YOLOv3网络结构的遮挡行人检测算法

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模式识别与人工智能 2020年第6期33卷 568-574页

作者：刘丽郑洋付冬梅北京科技大学自动化学院北京100083 北京科技大学北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083 北京科技大学顺德研究生院佛山528399

针对YOLOv3算法在监控视频行人检测中对遮挡目标漏检率较高的问题,文中提出改进YOLOv3网络结构的遮挡行人检测算法.首先在网络全连接层引入空间金字塔池化网络,增强网络的多尺度特征融合能力.然后采用网络剪枝的方式,精简网络冗余结构,... 详细信息

针对YOLOv3算法在监控视频行人检测中对遮挡目标漏检率较高的问题,文中提出改进YOLOv3网络结构的遮挡行人检测算法.首先在网络全连接层引入空间金字塔池化网络,增强网络的多尺度特征融合能力.然后采用网络剪枝的方式,精简网络冗余结构,避免网络层数加深导致的退化和过拟合问题,同时减少参数量.在走廊行人数据集上进行多尺度训练,获得最优的权重模型.实验表明,文中方法在平均准确率和检测速度上都有所提升.

关键词：行人检测深度学习 YOLOv3 空间金字塔池化网络网络剪枝

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基于视频的三维人体姿态估计

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北京航空航天大学学报 2019年第12期45卷 2463-2469页

作者：杨彬李和平曾慧北京科技大学自动化学院北京100083 北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083 中国科学院自动化研究所北京100190

已有的三维人体姿态估计方法侧重于通过单帧图像来估计人体的三维姿态,忽略了视频中前后帧之间的相关性,因此,通过挖掘视频在时间维度上的信息可以进一步提高三维人体姿态估计的准确率。基于此,设计了一种可以充分提取视频时序信息的卷... 详细信息

已有的三维人体姿态估计方法侧重于通过单帧图像来估计人体的三维姿态,忽略了视频中前后帧之间的相关性,因此,通过挖掘视频在时间维度上的信息可以进一步提高三维人体姿态估计的准确率。基于此,设计了一种可以充分提取视频时序信息的卷积神经网络结构,在获得高精度的同时也具有消耗计算资源小的优点,仅仅使用二维关节点的坐标为输入即可恢复完整的三维人体姿态。然后提出了一种新的损失函数利用相邻帧间人体姿态的连续性,来改进视频序列中三维姿态估计的平滑性,同时也解决了因缺少帧间信息而导致准确率下降的问题。通过在公开数据集Human3.6M上进行测试,实验结果表明本文方法相比目前的基准三维姿态估计算法的平均测试误差降低了1.2 mm,对于视频序列的三维人体姿态估计有着较高的准确率。

关键词：三维人体姿态卷积神经网络视频序列损失函数平滑

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基于一维卷积特征与手工特征融合的集成超限学习机心跳分类方法

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工程科学学报 2021年第9期43卷 1224-1232页

作者：许越凡肖文栋曹征涛北京科技大学自动化学院北京100083 北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083 北京科技大学顺德研究生院顺德528399 空军特色医学中心北京100142

融合手工特征和深度特征,提出了一种集成超限学习机心跳分类方法.手工提取的特征明确地表征了心电信号的特定特性,如相邻心跳时间间隔反映了心跳信号的时域特性,小波系数反映了心跳信号的时频特性.同时设计了一维卷积神经网络对心跳信... 详细信息

融合手工特征和深度特征,提出了一种集成超限学习机心跳分类方法.手工提取的特征明确地表征了心电信号的特定特性,如相邻心跳时间间隔反映了心跳信号的时域特性,小波系数反映了心跳信号的时频特性.同时设计了一维卷积神经网络对心跳信号特征进行自动提取.基于超限学习机(Extreme leaning machine,ELM),将上述特征融合进行心跳分类.由于ELM初始参数的随机给定可能导致其性能不稳定,进一步提出了一种基于袋装(Bagging)策略的多个ELM集成方法,使分类结果更加稳定且模型泛化能力更强.利用麻省理工心律失常公开数据集对所提方法进行了验证,分类准确率达到了99.02%,实验结果也表明基于融合特征的分类准确率高于基于单独特征的分类准确率.

关键词：心跳分类特征融合一维卷积神经网络小波变换集成超限学习机

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基于非线性干扰观测器和类故障模型的车辆队列预设时间容错滑模控制

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控制理论与应用 2024年

作者：李擎孙鹏郭祥贵北京科技大学自动化学院北京市工业波谱成像工程技术研究中心

针对车辆队列控制中存在的执行器死区、信号量化、非线性模型不确定性、未知外部干扰和执行器故障方向时变未知等问题,本文提出了一种基于类故障模型和非线性干扰观测器(Nonlinear Disturbance Observer,NDO)的预设时间容错滑模控制(Sli... 详细信息

针对车辆队列控制中存在的执行器死区、信号量化、非线性模型不确定性、未知外部干扰和执行器故障方向时变未知等问题,本文提出了一种基于类故障模型和非线性干扰观测器(Nonlinear Disturbance Observer,NDO)的预设时间容错滑模控制(Sliding-model Control, SMC)策略.将量化和死区模型转化为类故障模型,简化了控制器的设计.采用Nussbaum型函数解决了执行器故障方向未知问题.通过引入非线性干扰观测器准确地估计包括非线性不确定性和外部扰动等构成的集总干扰.此外,结合滑模控制和预设时间函数方法实现了在预设时间内将队列跟踪误差限制在预定区域,同时避免碰撞并保持通信.最后,通过数值仿真,验证了所提控制方案的有效性和优越性.

关键词：类故障模型非线性干扰观测器(Nonlinear Disturbance Observer, NDO) 预设时间控制滑模控制(Sliding-mode Control, SMC) 未知故障方向车辆队列

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基于太赫兹时域光谱系统的双折射率晶体非接触式表征方法

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2334-2339页

作者：袁媛张天尧张朝晖赵小燕李星玥李博扬吴先毫徐渤闫建峰孙溥曹灿北京科技大学自动化学院北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083 中国舰船研究院新技术研究部北京100192 中国科学院空天信息创新研究院激光工程技术研究部北京100094

晶体的各向异性探测技术正逐渐向非接触和非破坏性方法发展。太赫兹辐射由于其对许多介电材料的大穿透深度和非电离特性,在各向异性材料的双折射研究中具有广阔的前景。石英、蓝宝石、液晶以及含有亚波长结构的超材料等都表现出太赫兹... 详细信息

晶体的各向异性探测技术正逐渐向非接触和非破坏性方法发展。太赫兹辐射由于其对许多介电材料的大穿透深度和非电离特性,在各向异性材料的双折射研究中具有广阔的前景。石英、蓝宝石、液晶以及含有亚波长结构的超材料等都表现出太赫兹双折射,作为偏振功能器件中的常用材料,其参数测量对于太赫兹器件研发具有重要意义。材料双折射率的提取往往依赖光轴方向和晶体厚度等先验参数。材料的光轴方向表征其各向异性的优先方向,对于已知光轴取向的晶体,可以根据经验选择合适的琼斯向量,而在实际应用中,只要选择探测太赫兹波的线偏振方向、光轴、探测轴。可以很容易地测量出寻常光和非常光,并直接从时域信号中计算出各自的折射率。对于光轴方向未知的材料,需要旋转样品以不同的方位角进行测量。双折射率的提取依赖于材料厚度的确定,通过游标卡尺或千分尺所得测量值与真实值存在较大差异,容易在样品表面造成划痕。无论是旋转样品还是厚度测量,人为操作都会为双折射率表征引入不确定性。基于透射式太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)开发了一种双折射晶体光轴方向和晶片厚度的非接触式测量方法,不依赖于晶体先验参数,即可获取晶体完整的折射率。通过控制样品旋转配合光学延迟线动作实现光轴自动定位,利用传递函数迭代逼近算法提取晶体厚度和完整的折射率。为验证该方法,选择了在太赫兹波段具有双折射特性的(10-10)取向蓝宝石晶体进行测量,准确地提取了晶体在0.3~1.5 THz频率范围的平均寻常光折射率3.39±0.02,非常光折射率3.08±0.02,双折射率-0.31±0.02,并绘制了吸收谱。结果证明,所建立的测量方法避免了人工操作引起的样品损坏和定位误差,提高了双折射晶体太赫兹频段材料参数的测量速度、稳定性和精确度,对偏振敏感太赫兹测量技术及其应用具有重要意义。

关键词：太赫兹时域光谱双折射各向异性偏振蓝宝石

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非金属涂层缺陷的太赫兹时域谱检测

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仪器仪表学报 2020年第11期41卷 129-136页

作者：李迎张朝晖赵小燕张天尧曹灿北京科技大学自动化学院仪器科学与技术系北京100083 北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院材料物理系北京100083

涂层内部缺陷易导致其剥离、脱落,严重影响工作性能。太赫兹时域光谱技术具有穿透性强、时间分辨能力高和辐射能量低等特点,可以作为一种新型的无损检测技术。涂层的气泡缺陷在太赫兹时域谱上会表现出明显特征,据此建立了太赫兹透射传... 详细信息

涂层内部缺陷易导致其剥离、脱落,严重影响工作性能。太赫兹时域光谱技术具有穿透性强、时间分辨能力高和辐射能量低等特点,可以作为一种新型的无损检测技术。涂层的气泡缺陷在太赫兹时域谱上会表现出明显特征,据此建立了太赫兹透射传播模型,并以常见的环氧树脂胶涂层作为样品,对气泡缺陷进行了太赫兹时域光谱分析。结果表明,利用该模型不仅可以定性地对涂层内有无气泡剥离层进行区分,还可以定量地对气泡厚度、大小进行估算。最终可用于检测截面直径在3.5~8 mm,厚度大于0.6 mm的气泡缺陷。这为非金属涂层起泡、开裂的检测提供了新的思路。

关键词：涂层缺陷太赫兹时域光谱透射模型环氧树脂

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