聚合物波导马赫-曾德折射率传感器的设计和制备

以聚合物ZPU44和ZPU46作为波导包层和芯层材料,设计并制备了基于Mach-Zehnder干涉仪(MZI)的集成折射率传感器。设计并优化了波导截面参数、弯曲半径和传感窗长度等结构参数,分析了其折射率传感特性,进而采用光刻、反应离子刻蚀(RIE)等传统的微加工工艺制备了聚合物MZI折射率传感芯片。测试结果表明,制备的聚合物MZI传感器在1.33~1.44的折射率变化范围内具有较好的线性度,折射率灵敏度约为88dBm/RIU,与设计基本符合。本文的聚合物折射率传感器传感窗长度小,容易实现阵列化,在生化传感领域有很好的应用前景。     

隧道全空间瞬变电磁任意点垂直磁场分量全域视电阻率解释方法研究

 针对目前隧道瞬变电磁超前预报主要利用垂直分量晚期视电阻率断面进行近似解释存在的不足,文中研究了隧道瞬变电磁任意共面垂直磁场全空间全域视电阻率解释方法。首先,从电偶极子的均匀全空间响应公式出发,通过对偶极子响应进行矢量叠加,计算隧道全空间回线源瞬变电磁场垂直分量的响应。然后,根据全空间磁场时域响应推导了隧道瞬变电磁共面垂直磁场的全域视电阻率的定义方法,介绍了利用反函数原理进行电阻率计算的数值迭代方法。最后,计算并分析了隧道腔体和含水体对视电阻率的影响。将文中解释方法与传统解释方法进行对比分析,计算结果表明,文中视电阻率定义方法较其他方法可以避免隧道腔体的影响,能够更好的对含水构造进行探测。     

核磁共振测深进行隧道超前地质预报的可行性

针对隧道掌子面前方含水构造有效探测问题,提出了采用核磁共振测深技术进行隧道超前地质预报。以均匀全空间模型为基础,计算了均匀导电全空间中回线源形成的谐变电磁场,模拟了核磁共振超前探测时的扳倒角分布。结果显示隧道核磁共振超前探测时含水体能够产生明显核磁共振响应,但信号较弱。针对地下探测空间的特殊性,提出了以阶跃波代替现有余弦波激发源、以磁探头代替线圈作为接收装置进行改进的建议。核磁共振测深直接找水有望成为一种非常有潜力的探测掌子面前方水体并区分水与泥的有效方法。     

氨气退火对ZnO纳米线阵列光致发光性质的影响

采用水热方法在Si（100）衬底上制备ZnO纳米线．利用提拉法在Si衬底上首先制备ZnO晶种层,然后利用水热法在晶种层上生长ZnO纳米线．在不同温度下的NH。气氛中,对zn0纳米线进行退火处理．系统地研究了NHs退火对ZnO纳米线光学性质的影响,在低温光致发光光谱中观察到了-9氮受主相关的光发射,并通过自由电子一受主辐射复合光发射确定受主离化能为129meV．实验结果还表明,随着退火温度的升高,施主一受主对辐射复合发光呈现了微弱红移现象．在700℃退火的条件下制备的ZnO纳米线的低温PL谱中,观察到较为明显的自由激子光发射,并采用理论拟合进行证明．     

隧道瞬变电磁超前探测装置型式对比与试验研究EI北大核心CSCD

为了研究隧道瞬变电磁超前探测中不同装置型式对采集数据和成像结果的影响,通过数值试验和现场试验对比了4种掌子面收发装置布设方式:即中心回线装置和3种偶极装置(分别为固源直线接收偶极装置、固源拱形接收偶极装置、固源等距接收偶极装置)。采用时域有限差分方法对掌子面前方包含直立含水断层和倾斜充水断层进行正演计算,对模拟曲线进行了对比和分析;并利用某水电站现场的已知试验条件进行试验数据采集;数值和现场试验的数据均采用全域视电阻率计算方法进行视电阻率成像。通过数值试验和现场试验对比,发现4种装置型式均可以成像确定含水体位置,但不同装置型式的探测结果有所差异:(1)固源直线接收偶极装置对于识别含水体的位置和形态最为有效;(2)中心回线装置能够有效识别含水体的位置,但是识别含水体形态效果不好;(3)固源等距接收偶极装置对于含水体形态识别能力较好,但是识别含水体位置能力不强;(4)固源拱形接收偶极装置识别含水体的位置和形态都不理想。综上所述,固源直线接收偶极装置对于识别含水体的位置和形态在4种装置型式中最为有效,而且发射源固定于掌子面,只需移动数据接收机,易于提高工作效率。     

耦合势有限体积法模拟海洋移动导线源三维频率域电磁响应

本文采用耦合势有限体积法建立了一套快速计算海洋移动导线源电磁响应的三维数值模拟技术。基于电场矢势标势分解将Maxwell方程转换为关于矢势和标势的亥姆霍兹方程;采用洛伦兹规范整理得到对称形式的离散系数矩阵。对导线源采用直接离散方法,基于ILUT （Incomplete LU Preconditioner with Threshold）预处理的BICGSTAB （Biconjugate Gradient Stabilized）迭代算法实现离散线性方程的求解。为了减少移动源总的计算时间,提出采用解的初值重置技术加快正演模拟的速度,即利用发射源移动前的电磁场响应作为发射源移动后的离散方程的初始解。数值计算结果表明：对导线源采用直接离散方法,当导线源的长度大于源周围网格长度的4倍以上时,源附近离散误差显著减小;相比常规的直接迭代算法,采用解的初值重置技术能够减少迭代次数、提高正演计算速度。     

浅水域各向异性地层中的瞬变电磁响应分析

浅水域瞬变电磁法对于高阻薄层油气藏的分辨率高,能够有效分离空气波与海底地层响应,近年来得到越来越多的关注。本文研究一维层状地层的电阻率各向异性对浅水域瞬变电磁响应的影响：首先采用TM波和TE波分解,结合传输线理论和并矢Green函数理论得到频率域电磁响应;然后采用正余弦数字滤波算法得到一维各向异性地层中海洋瞬变电磁响应,并与开源软件Dipole 1D对比验证算法的正确性。数值模拟结果表明：1浅海域瞬变电磁法沿测线方向的电场对油气藏的纵向电阻率敏感,对横向电阻率不敏感,对油气藏上方覆盖层的纵向电阻率和横向电阻率都敏感;2浅水域脉冲响应曲线能明显分辨空气波响应和地层响应,阶跃响应能观测到明显异常,但不能分辨空气波响应和地层响应;在中等深度水域,脉冲响应曲线中空气波响应与地层响应信号重叠在一起,不可分辨,但脉冲响应和阶跃响应都能观测到明显的高阻异常;3在上覆盖层较薄时,电场响应曲线能够观测到明显的高阻异常,随着上覆盖层厚度增加,信号衰减,异常逐渐减小;在上覆盖层中等厚度时,油气层厚度减小,异常响应减小,但油气藏厚度较小时,依然能够观测到明显异常;4油气层与基岩的距离较小时,基岩存在会明显减弱油气藏的异常响应;油气层与基岩距离增大到1000m后,即使基岩电阻率较大,对异常响应曲线的影响也非常微弱,在模型计算中可忽略。     

考虑介质导电性影响的核磁共振一维正反演研究

为避免地层导电性对核磁共振解释的影响,实现了考虑层状导电介质影响下的核磁共振一维正反演。利用层状导电介质的频域磁场响应对核磁共振激发磁场进行计算,求解过程中对核函数进行了改造,降低了其震荡性,使积分更容易实现,在此基础上实现了考虑电性影响的核磁共振一维正演。在反演解释方面,借助瞬变电磁法给出地电断面,利用超平面拟合算法实现了含水层含水率参数反演。将反演结果与商用软件反演结果进行对比,计算结果基本一致,且本研究算法具有更好的分层效果。     

隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法研究

 针对传统的隧道瞬变电磁探测与解释仅主要依靠二维视电阻率断面图的不足,借鉴地面大回线中心装置瞬变电磁的观测方式,提出隧道瞬变电磁多点阵列式探测方法。研究瞬变电磁非中心点垂直分量频率域响应双重贝塞尔函数强振荡型积分的计算方法,以中心点频率域响应多项式为基函数,定义多项式形式的非中心点频率域响应表达式,通过最小二乘拟合的方法得到多项式系数。推导瞬变电磁非中心点时间域响应公式,在瞬变电磁场晚期近似条件下,给出非中心点垂直分量晚期视电阻率公式,实现隧道瞬变电磁探测时观测回线内非中心点垂直分量响应能够转换为视电阻率图像进行解释,为隧道瞬变电磁多点阵列式探测提供理论基础,提出利用隧道瞬变电磁阵列式探测响应数据进行三维视电阻率综合解释的方法。在理论研究的基础上,结合现场试验,开展隧道瞬变电磁多点阵列式实际探测研究,对隧道底板下方含水构造进行多点阵列式探测,对探测结果进行对比和解释,形成三维视电阻率图,分析得到含水构造的三维空间展布规律。     

矿井巷道摩擦阻力系数预测模型研究

根据实测巷道通风摩擦阻力系数数据的特点, 建立了主成分分析PCA-BP神经网络预测模型。采用PCA法对影响巷道通风摩擦阻力系数的支护类型、断面形状、巷道宽、巷道高、支护部分周边长、巷道断面积和巷道长度7个因素进行降维。将降维后因素的贡献率进行排序筛选, 得到3个主成分指标(F₁、F₂和F₃), 作为BP神经网络输入层的神经元。利用实测数据对PCA-BP神经网络模型进行训练和测试, 并将测试结果与支持向量机回归(SVM)模型和BP神经网络模型的测试结果进行对比,结果显示: 全因素的BP神经网络预测模型和SVM预测模型的平均精度分别为92.942 0%、93.023 5%, 而PCA-BP预测模型的平均精度达到了96.432 5%。PCA-BP神经网络模型不但简化了网络结构, 更提高了网络的泛化能力, 使预测误差更小、精度更高, 为更准确地获得巷道通风摩擦阻力系数提供了一种有效的方法。