声学超材料的非互易性研究进展

声学超材料的非互易性在声学整流、声拓扑和隔声降噪等领域具有重大的应用前景,引起了广泛的关注和研究.然而,互易性是线性系统中波动方程的基本性质,它源于系统的时间反演对称性.要打破系统的互易性,实现声波的非互易性是极其困难的.本文总结了声波非互易性的研究成果,主要从基于非线性介质、动态分量、磁弹性相互作用等实现声波非互易性的3种方法出发,给出了相应的原理、发展历程以及存在的问题.最后,指明了声波非互易性在未来研究的重要方向,以期为相关研究提供有效参考.     

声学计算超材料

尽管数字信号处理器已广泛用于执行复杂计算任务,但仍存在诸多不足,譬如模-数转换器成本高昂、运算复杂度高、低速和高功耗等.出于这个原因,最近人们对基于波的模拟计算产生了浓厚的兴趣.这种计算避免了模-数转换并可以执行大规模并行运算,特别是借助人工设计的超材料,一些对声波进行模拟计算的新方案陆续被提出.这种被称为计算超材料的计算系统,其计算速度可以与波速一样快,尺寸与波长一样小,可以对传入的波包进行复杂的数学运算,甚至可以执行积分、微分方程的计算.这些功能有望实现基于声波传播的新一代超快速、紧凑和高效的计算硬件.本文讨论了声波计算超材料领域的最新进展,调研了用于执行模拟计算的最新的超结构.接着,进一步介绍了声波计算超材料的应用,包括图像处理、边缘检测、方程求解和机器学习.最后,对研究的关键问题和未来可能的方向进行了展望.     

动态性状基因座的复合区间定位

动态性状因其广泛性和重要性而备受动植物遗传育种研究者关注. 用分子遗传学方法探索该类性状的遗传机制已成为一个极富挑战性的研究课题. 将关于时间(测定日期)的Legendre多项式镶嵌在遗传模型的每个遗传效应中, 以刻画QTL和协同因子对动态性状变化过程的作用, 从而建立动态性状基因复合区间定位分析的数学模型. 利用复合区间定位策略的优势, 提高对控制动态性状多个QTL的检测效力. 以F₂设计群体为例, 阐述了动态性状基因复合区间定位的似然分析原理, 推导了参数似然估计的EM法两步求解过程. 模拟实验证明, 相同设计条件下, 复合区间定位对分布在同一连锁群上多个影响动态性状QTL的检测效果明显好于区间定位; 随着协同因子数目的增加, 复合区间定位不但能检测出更多的甚至所有的QTL, 而且对每个QTL分辨得更加清楚. 在实际应用过程中, 应针对动态性状的变化规律, 并考虑计算成本恰当地选择协同因子数目.     

基桩混滋土波速与强度的试验研究

桩基是高层建筑、桥梁等工程采用的主要基础形式之一,现在最常用的检测桩基完整性方法有低应变反射波法与声波透射法.使用以上两种方法检测基桩完整性时,目前国内尚没有一种好的方法对混凝土强度作出准确的评价,针对这种现状,结合京山线滦河特大桥基桩检测对以上两种测试方法中波速与强度之间的关系做了较为系统的研究.通过研究二种方法所测波速之间、基桩龄期与波速之间、龄期与强度之间、波速与强度之间的关系,不仅能够估算测试期混凝土强度,而且还能推算基桩混凝土28天强度.     

声波在声子晶体禁带边缘处的动态演化

利用两个相同声子晶体构成的腔长可变声波谐振腔, 研究了声波在声子晶体导带和禁带交汇处的动态演化规律. 理论分析和实验结果表明, 禁带边缘处透射声波的频谱分布随着谐振腔腔长的增加呈周期性振荡变化, 在禁带边缘处的隧穿过程更容易实现.     

面向声学操控和声学反演的拓扑声学与多相孔隙介质声学

<正>拓扑声学属于声学和凝聚态物理学研究中的新兴研究领域,是研究声波在特殊拓扑结构中传播的学问.它是基于物质拓扑态的概念,在凝聚态物理学中发展起来的,后来扩展到包括声学和光子学等其他学科.人们可以利用某些声学介质的拓扑性质,设计声超常材料以实现声学操控.可以说,拓扑声学是声学与拓扑学交叉融合的结果,是近代声学前沿研究热点之一.多相孔隙介质声学是研究声波与由多种物质组成的孔隙介质相互作用和应用的学问.     

植物激素定量分析方法研究进展

植物激素是对植物生长发育具有重要调控作用的小分子化合物, 在低浓度下就能发挥生理作用, 参与调控植物生长发育的每一过程. 植物激素的合成、运输、代谢和分子作用机理的深入研究都需要对植物激素进行定量分析. 但是, 植物激素定量分析受到低含量、次生代谢产物背景干扰严重等因素的影响, 一直是植物激素研究领域的瓶颈. 近年来, 随着植物激素在提取、纯化和检测方法等方面的发展, 植物激素定量分析取得一定进展. 固相萃取技术和色谱/质谱联用技术的发展为植物激素的高效提取纯化和准确定量分析提供了可能, 成为植物激素定量分析领域广泛被接受的技术手段. 此外, 液相萃取、免疫纯化、免疫分析和电化学分析等纯化检测方法在植物激素分析中也有应用, 本文对各种纯化检测方法进行了比较和讨论. 随着植物激素调控机理和植物激素互作研究的深入, 需要对原位、动态和多种植物激素同时检测, 这将是植物激素分析领域的未来研究方向.     

水声超材料研究进展

水声材料的应用是潜艇等水下航行器实现声隐身及提升声探测性能的关键所在.近年来,随着声学超材料的蓬勃发展,各种类型的水声超材料也被提出.相比空气声,水中声波波长更长,传播损耗却小得多,故水声比同频率空气声更难以控制;此外,水介质的密度和声阻抗比空气介质大得多,常规金属不能再被视为刚性而变成弹性体,且水对结构的流体负载不能忽略,故水声超材料的设计和性能预测更为复杂.本文综述了近年来水声超材料的发展历程,主要针对吸收型、去耦型、聚焦型三类与潜艇声隐身和声探测密切相关的水声超材料,对其分类、基本特性、物理机理、研究动态等进行了详尽归纳和总结,并对其发展中面临的难题和趋势进行了探讨和展望.相比传统材料,水声超材料展现出众多超常声学特性,但仍存在低频宽带声波调控能力有限、不能有效兼顾大静压等环境要素、加工制造工艺不足等问题.未来研究中应着力克服上述不足,朝着低频宽带、全向、大平面尺度、亚波长厚度、轻量化、大耐压及多功能复合、环境适应性等方向发展,以更好地实现工程化应用.     

颗粒物动态源解析方法综述与应用展望

颗粒物源解析技术是分析排放源与环境受体间关系的重要方法,也是颗粒物污染控制决策及控制措施评估的重要支撑工具.随着城市和区域空气质量长期持续改善和短期重污染过程应急双向需求的提出,颗粒物源解析技术也在经典方法的基础上逐渐改进,向在线高时间分辨率和复合源解析的方向发展.而颗粒物动态源解析是针对大气污染过程中颗粒物来源进行多时间分辨率动态解析的一种新方法.本文简要总结了实现颗粒物源解析动态化的主要技术途径;针对基于颗粒物化学成分在线观测、基于大气物理模型、空气质量模型等方法的颗粒物动态源解析技术路线进行了综述;总结了各种方法的优势和局限.根据目前的研究和管理需求,结合颗粒物动态源解析技术存在的问题,提出未来方法、模型研究和应用方向.     

非厄米拓扑声学中新奇物态的研究进展

声波作为信息和能量的载体,在国民经济发展和国家安全建设中有着重要的作用.近些年来,声学与其他学科进行深度交叉,产生了许多新兴的研究热点.其中,非厄米拓扑声学的研究是一个快速发展的前沿领域,得到了科研人员的广泛关注.非厄米拓扑声学利用声学结构探索和发现非厄米拓扑物理的内涵,一方面,可以利用宏观经典平台较为便利地构建和表征新奇的物态;另一方面,可以加深认识并丰富声波调控的手段,以期反哺声学器件设计.本文综述了近期该领域取得的研究进展,重点介绍了非厄米性调制的声拓扑态、非厄米性单独引起的声拓扑态和声学非厄米趋肤效应三个方面的工作.最后,我们对非厄米拓扑声学研究面临的挑战作了简单讨论,并展望了未来可能的研究方向.     

压力应激韧性的神经机制

抑郁症是最常见的精神疾病之一,其患病人群在不断增长.并且,抑郁症的终生患病率为15%～18%,即大约每5人中就有一个人在其一生中经历过抑郁发作.压力应激作为一种环境因素是抑郁症的主要成因之一.经历了压力应激却没有发展至抑郁症的人群具有压力应激韧性(resilience).探索压力应激韧性的神经机制,对抑郁症在临床上预防和治疗将发挥至关重要的作用.本文主要关注压力应激韧性的神经机制的研究进展,首先简要介绍了压力应激韧性研究中常用的慢性社交挫败应激模型(chronic social defeat stress, CSDS),其次重点对压力应激韧性相关的大脑区域在分子、细胞和神经环路水平上的研究进展进行总结,接下来介绍压力应激韧性的临床前机制研究所带来的临床转化,最后讨论和展望压力应激韧性在未来的研究方向.     

基于磷光猝灭的比率式光学氧气探针

近几十年来,对氧气的有效检测和识别一直受到研究者的极大关注.传统的检测方法,如滴定法、电流分析法、热致发光法,存在着许多缺陷,如响应时间长、灵敏度差和检测过程中消耗氧气等,限制了其广泛应用.由于基态氧是三重态,能够猝灭三重态分子的发光,因此基于磷光强度变化的光学氧气探针克服了传统检测方法的不足,具有灵敏度高、选择性好、可逆性好、方便快捷以及无需消耗氧气等优点,逐渐成为研究热点.其中比率式的光学氧气探针同时引入对氧气不敏感的荧光分子作为内标和对氧气敏感的磷光分子作为指示剂分子,其输出信号依赖于内标分子和指示剂分子发光强度比例的变化,能够有效地避免环境和仪器的干扰,是检测氧气的理想模式.而且,大部分比率式氧气探针的溶液发光颜色会随氧气含量的变化而改变,从视觉上就可达到快速检测氧气的目的.本文从氧气检测机理、探针的构筑以及细胞成像等方面总结了近10年来比率式光学氧气探针的研究状况,并对其未来的发展做了一定的展望.     

声振动对秀丽隐杆线虫转向行为的影响

秀丽隐杆线虫是一种典型的模式生物,且其神经系统对光、电、热梯度以及化学药物等有反应.本文报道了声振动对线虫转向行为影响的研究.建立了一套实时的声波作用线虫的电脑成像系统,实现拍摄并统计分析指定区域内多条线虫的行为;基于粒子追踪与形状分析算法,量化线虫行为;利用OFV-5000模块化激光测振系统测量培养基在声波作用下的振动;通过改变声波的位移振幅及频率等参数探讨声振动对线虫转向行为的影响.定义声感系数来衡量线虫转向行为受声振动影响的大小.实验结果表明:秀丽隐杆线虫可以感受到声振动,并且对声振动具有一定的适应性;相对于野生型线虫N2,机械力感觉神经元存在缺陷的突变体线虫mec-4,mec-7对声振动的响应减弱,表明机械力感觉神经元参与了对声波的感应;对于同一频率的声波,位移振幅的增加刺激了线虫的转向行为;但在固定位移振幅下,随着频率的升高,线虫的转向行为呈现先增强后减弱的趋势.本文的工作为进一步探究声波对线虫神经系统的作用并用于治疗神经系统疾病奠定了理论及实验基础.     

一种基于管道大数据的腐蚀因素相关性分析方法

我国天然气管道建设在过去的10年取得了巨大的发展,目前中国的长输管道总数量已达到12.5×104 km.随着管道系统的运行时间增长和材料性能的老化,由管道腐蚀、失效泄漏引起的事故频发,并且由于管径的增大和运行压力的提高,事故后果严重性也随之提高,特别是对高后果区的影响更为严重.油气管道的安全问题越来越受到重视.因此,提取管道腐蚀性影响因素、发现风险演变规律对于预测预防管道泄漏尤为重要.由于数字化管道已经逐步建立,设计、施工、运行过程中产生大量的数据得以保存,内检测数据信号总量也达到TB级别,这些均为腐蚀分析提供了信息基础.本文基于大数据的方法,融合管道系统在设计、施工、运行过程中产生的结构化和非结构化数据,基于互信息理论方法,建立腐蚀等级与多因素之间的关联模型.通过现场数据验证模型的有效性,确定影响管道腐蚀的关键因素,为管道寿命预测奠定基础.结论表明,利用管道"大数据"挖掘管道各数据集之间的关联关系,可用于获取管道腐蚀信息,为事故预防提供依据.除此之外,该方法还可以在确定主要因素之后缩小管段范围,研究其中某一种因素,如进一步确定腐蚀与哪一种土壤的相关性更强.     

蝙蝠新探

随着对蝙蝠研究的不断深入,生物学家又发现了不少新的奥秘。一、蝙蝠最令科学家青睐的是它的超声波定位能力,这是它捕食的绝妙武器。但是,现在科学家发现,有的蝙蝠并没有这种     

首都圈地区b值随震源深度的变化: 对地震成核的意义

使用双差地震定位法对首都圈地区1980~2000年发生的2098个地震作重新定位, 获取了其中1825个地震精确的震源位置. 基于地震精确定位结果, 系统地计算了不同深度段的b值, 发现研究区b值随震源深度的增加具有系统减小的趋势, 且在地壳8 km上下的减小趋势最为突出, 表明在地壳浅部 (0~8 km)以小震为主, 大地震较少, 故b值高; 而在深处(8~25 km), 大地震相对较多, b值减小. 这一现象的背后物理机制可以从地壳介质复杂程度与应力状态的变化得以解释, 破裂易于在地壳介质相对均匀、岩石静压力较高的地壳深处成核形成大地震. 推测首都圈地区未来强震多发生在8 km以下的地壳深部.     

浅谈岩石超声波测试技术

岩石超声波检测技术是近年发展起来的一项新技术,它通过检测声波信号在岩体岩石内传播过程中的波速、波幅、波形及频谱等声学参数的变化,间接地了解岩石介质的物理力学特性.具有简便快捷、能进行大范围测试以及对被测介质无损伤等特点,文章针对超声波测试原理及测试方法进行了分析.     

声学超材料的机遇和挑战

正对声波的自由操控是声学基础研究的核心问题之一,也是声学成像、治疗、探测、通信及对抗等应用领域的关键技术,与国家重大需求密切相关,例如高精度声学成像、精准超声治疗及高容量声学通信等重要问题的解决都需要以对声波实现精确及高效的操控为基础.尽管声波已在诸多重要领域得到广泛的应用,但传统声学方法通常使用天然声学材料来实现不同的声波操控     

电离层二阶项延迟对GPS定位影响的分析模型与方法

基于消除电离层一阶项延迟影响后的载波相位Lc线性组合观测量, 建立了电离层二阶项延迟对GPS定位结果影响的定量分析模型. 在此基础上, 利用国际GNSS服务组织WUHN跟踪站连续15 d的观测数据, 分析发现电离层二阶项延迟引起其定位结果规律性向南偏移的现象; 结合武汉地区上空地磁场分布对电离层二阶项延迟的影响规律, 研究表明地磁场是造成电离层二阶项延迟对该区域定位结果产生规律性向南偏移的主要原因之一.     

单频GPS快速定位中模糊度解算的一种新方法

研究只利用几个历元的单频相位数据进行GPS快速定位的新方法. 首先分析了GPS快速定位法矩阵的结构特性. 基于Tikhonov正则化原理, 针对这种特性, 设计了一种正则化矩阵的构造方法. 通过新的正则化矩阵的作用, 减弱了法矩阵的病态性. 新方法解算几个历元的单频GPS相位数据, 可以得到比较准确的模糊度浮点解及其相应的均方误差矩阵, 用均方误差矩阵代替协因数阵, 结合LAMBDA方法, 可准确快速地确定模糊度. 以一个3 km多的基线实测数据为例, 新方法仅用5个历元(5秒)的单频L1相位数据, 确定的整周模糊度值与长时间的Bernese软件解算的结果一致. 197组序列解确定整周模糊度的成功率为100%. 与传统的方法相比, 新方法明显地提高了快速定位的准确性和效率. 新方法在变形监测和准动态定位以及姿态确定等方面有良好的应用前景.