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期刊信息/Journal information
中北大学学报（自然科学版）
中北大学
中北大学学报（自然科学版）

中北大学

靳祯

双月刊

1673-3193

xbzr@nuc.edu.cn

0351-3925798

030051

太原13号信箱

中北大学学报（自然科学版）/Journal Journal of North University of China北大核心CSTPCD
查看更多>>本学报是自然科学类学术期刊，充分反映我校生要研究成果，促进学术交流，已被EI、CA、SA、PЖ、中国科学引文数据库等收录。
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    振动流化原子层沉积反应器微纳米颗粒的流化特性研究及包覆性能测试

    牛炳康李瑞瑞袁博巢征驿...
    654-666页
    查看更多>>摘要：原子层沉积可在亚纳米甚至更小尺度范围实现对微纳米颗粒表面的精准调控,但传统静态原子层沉积反应器很难实现大量微纳米颗粒的改性,针对该问题本文自主搭建了内径为26 mm、高为350 mm的振动流化原子层沉积反应器以实现微纳米颗粒的批量化精准改性.微纳米颗粒易团聚难流化,要实现均匀沉积首先需解决微纳米颗粒均匀流化的问题,本文选取粒径为20 nm的TiO2和SiO2颗粒以及粒径为600 μm的树脂颗粒研究其在自制振动流化床反应器内的流态化行为.初始床层高度为15 mm时,由于聚团间黏性力的差异,稳定流化时TiO2床层压降较高、床层膨胀率低,为鼓泡流化,SiO2床层压降较低、床层膨胀率高,为散式流化.通过SiO2颗粒示踪流化实验推断纳米颗粒团聚体流化过程中处于不断破裂和聚并的动态变化中.振动能够改善纳米颗粒流化过程中的沟流、结块现象,促进聚团破碎,降低颗粒最小流化速度,有助于提升气固接触效率.为检验自制原子层沉积反应器对纳米颗粒的包覆性能,在最优流化条件下以TiCl4和H2O为前驱体,TiO2纳米颗粒为基底,80 ℃下原子层沉积得到致密、均匀的无定型TiO2薄膜屏蔽颜料TiO2的光催化活性,提升其耐候性.30次原子层沉积循环后,无定型TiO2薄膜厚度达3.11 nm,其光催化活性较锐钛型TiO2抑制了约90%,光催化活性屏蔽效果显著.实验结果说明自制振动流化原子层沉积反应器可实现微纳米颗粒的精准改性,具有良好的应用前景.

    微纳米颗粒原子层沉积振动流化光催化

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    高活性TiO2纳米晶的制备及其光催化性能

    柴猛娄惠芳班垚牛炳康...
    667-679页
    查看更多>>摘要：提升高能{001}晶面的暴露比例可有效提高TiO2的光催化活性,通常采用晶面控制剂暴露高能{001}晶面,但受多种因素影响合成的TiO2形貌不稳定,且粒径较大,有必要在缩小粒径的基础上实现TiO2纳米晶的稳定合成.基于此,本文以钛酸钾纳米线为前驱体稳定合成TiO2纳米晶,首先通过酸处理保证TiO2八面双锥体形貌,并通过降低钛酸钾纳米线中K+含量来减小TiO2纳米晶的粒径.研究表明,以钛酸钾纳米线为前驱体酸处理7 h合成的TiO2-H7光催化活性最强,其粒径比未酸处理时缩小了近86%,降解亚甲基蓝的活性是原始锐钛矿型TiO2的7.4倍.在此基础上,以(NH4)2CO3为形貌控制剂,通过改变(NH4)2CO3浓度来调控{001}晶面的暴露比例进一步提高TiO2纳米晶的光催化活性.前驱体未酸处理系列(NH4)2CO3晶面调控后可有效提升光催化活性,(NH4)2CO3的浓度为0.14 mmol/L时合成的TiO2-0.14是原始锐钛矿型TiO2降解活性的2.6 倍.以酸处理7 h的钛酸钾纳米线引入(NH4)2CO3进行晶面调控后,光催化活性反而受到了抑制,可能是{001}晶面暴露比例不足,且颗粒粒径随(NH4)2CO3浓度的增加而增加,氧空位含量随之减少导致的.本研究发现酸处理钛酸钾纳米线前驱体可合成八面双锥体TiO2纳米晶并缩小颗粒尺寸,进而提高TiO2的光催化活性.但酸处理程度会影响后续晶面调控{001}晶面的暴露比例和纳米晶结晶度,要想进一步提升TiO2纳米晶的光催化活性还需深入探究酸处理与晶面调控之间的构效关系.

    二氧化钛酸处理光催化亚甲基蓝(MB)

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    空间插值在测氡探测隐蔽火源中的应用比较

    刘轩杨少强付玉平
    680-686页
    查看更多>>摘要：为了选择适用于局部观测尺度下测氡探测隐蔽火源的最优空间插值方法,本文以北岩煤矿火区样本数据为研究对象,基于Arc GIS地统计分析模块,通过交叉检验定量筛选出4种插值方法下误差最小的插值模型,定性比较了不同模型的空间分布特征,确定了最优插值方法并进行了钻孔验证.结果表明,4种方法中误差最小的插值模型分别为反距离权重法选择模型幂指数p=1,径向基函数法为薄板样条函数模型,泛克里金法与普通克里金法均为高斯函数模型;综合空间分布图内插、外推表面分布特征及钻孔验证结果,插值方法排序为普通克里金法(高斯函数)＞泛克里金法(高斯函数)＞径向基函数法(薄板样条函数)＞反距离权重法(p=1),优先选择普通克里金法(高斯函数)进行插值来获取煤自燃火区地表氡分布差异信息.

    隐蔽火源探测空间插值氡分布普通克里金

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    基于深度学习的残缺冲击波信号构建方法

    杨洋杜红棉郭晋杰王孺豪...
    687-694页
    查看更多>>摘要：爆炸冲击波参数是评估弹药威力的主要依据之一,而在实际测试过程中,测试系统可能受破片或其他因素影响而导致损坏,从而无法捕获完整信号,影响了后续的毁伤评估.本文针对该问题提出了一种基于双向长短时记忆网络(BiLSTM)融合多头自注意力模块的方法对残缺的冲击波信号进行完整性构建,采用BiLSTM分析了冲击波信号的局部时序依赖关系,以多头自注意力模块捕捉信号中的频率信息,最终实现了时序信号与频率信息的融合,从而得到完整的冲击波信号.在一次信息采集过程中,所测得的信号数据通常只有数十组,从而导致了小样本问题,本文建立了以LSTM单元为生成器的GAN网络,对完整的冲击波信号进行扩充,增强了数据集容量.基于扩充数据集的构建实验结果表明,本文所提方法构建的完整信号与原始信号之间的MSE和MAE分别为0.006 8和0.146 2,优于LSTM、BiLSTM、CNN+BiLSTM等方法,本文所提方法可以满足构建残缺冲击波信号的实际需求.

    信号构建冲击波深度学习双向长短时记忆网络多头自注意力

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    遗传算法优化BP神经网络的高速信号状态判断

    万超谢锐
    695-705页
    查看更多>>摘要：针对引信控制系统高速信号状态判断误差大和BP(Back Propagation,BP)神经网络在状态判断过程中存在精度差、易陷入局部最优解的缺点,利用其它寻优算法来改善BP神经网络的缺点以减小高速信号状态判断的误差.本文利用遗传算法优化BP神经网络来构建模型,以引信的高速信号时间和电压为输入指标建立了分类模型,将其用于高速信号状态的判断来提高识别准确率,加快收敛速度,降低误差,并根据高速信号来了解引信控制系统在每一时刻处于哪种状态从而判断系统是否正常可靠.仿真分析结果表明,本文方法在引信的高速信号状态判断方面具有识别结果优、收敛速度快、误差小的特点,其正确率达到了99.6%,优于BP神经网络的88.6%和卷积神经网络的98.7%;同时,平均绝对误差降低至0.012 10,均方误差降低至0.043 68,均方根误差降低至0.209 01,进化代数为23代,优于BP神经网络的0.168 42,0.319 85,0.564 75,51代,卷积神经网络的0.022 63,0.060 5,0.245 97,25代.连续实验结果表明,改进后的模型鲁棒性更优,威尔克森秩和检验结果也表明,改进后的模型比BP神经网络和卷积神经网络的识别效果更优,有更好的泛化能力,模型满足了高速信号状态判断要求.

    高速信号状态判断BP神经网络遗传算法

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    超磁致伸缩材料迟滞特性的新Hammerstein建模

    李宁安坤郭立山李森...
    706-715页
    查看更多>>摘要：超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)作为一种新型功能材料,因其具有磁-机耦合系数大、响应速度快、频响特性好等优点而被广泛应用于能量采集、微位移驱动、精密定位控制等领域,但材料复杂的迟滞非线性影响了其致动器的定位精度,为了辨识超磁致伸缩材料中存在的迟滞非线性,本文提出一种新Hammerstein模型建模方法.此方法的优点在于模型可以更好地逼近迟滞非线性,提供更高的精度,减少了串联环节的参数辨识工作量.首先,构建一个基于双曲函数的迟滞算子扩展空间的极限学习机模型,用其表示新Hammerstein模型中的静态非线性部分.其次,提取极限学习机模型的全连接层的权重和偏置参数用于构建新模型中的动态线性部分的状态空间方程,减少了传统模型中串联环节的模型参数辨识的工作.最后,建立了可以描述超磁致伸缩材料迟滞特性的新Hammerstein模型.新Hammerstein模型的建模相对误差为0.86%～3.69%,平均绝对误差为2.63%,比传统Hammerstein模型均方根误差低0.8 μm左右,平均绝对误差提高将近4%.仿真结果证明了新Hammerstein模型对超磁致伸缩材料复杂迟滞特性建模的有效性.

    超磁致伸缩材料迟滞特性极限学习机迟滞算子Hammerstein模型

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    辐射剂量仪高精度滤波算法研究

    张彦飞姚舜才王建飞
    716-724页
    查看更多>>摘要：嵌入式多通道辐射剂量仪的测量结果易受系统本身和环境噪声的干扰,进而影响其测量精度.本文提出了模糊卡尔曼小范围自适应滤波方法来提升测量精度,该方法先提取卡尔曼滤波的滤波残差作为滤波相对误差,通过分析辐射剂量仪的环境噪声特性对滤波相对误差设置合理阈值.在此基础上,设计了模糊控制器,将滤波相对误差和误差阈值的差值作为模糊控制器的输入,卡尔曼滤波的过程噪声协方差Q的变化量作为输出,设定了模糊逻辑输入与输出的基本论域,建立了隶属度函数,依据测量经验制定模糊控制规则,实现过程噪声协方差Q随滤波相对误差在动态辐射阶段和恒定辐射阶段的小范围自适应调整,从而提升剂量仪在两个阶段的测量精度.将剂量仪放置在剂量率为0 μSv/h～15 Sv/h的环境中,采用本文所述方法测得的动态和恒定辐射的剂量率最大误差分别为4.3%和8.3%,180 s时长的累计剂量误差为10%左右.与滑动平均滤波法和基于残差判断的卡尔曼滤波法相比,本文所提出的模糊卡尔曼小范围自适应滤波方法在嵌入式多通道剂量仪中更有优势.

    嵌入式系统辐射剂量仪卡尔曼滤波模糊控制

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    《中北大学学报(自然科学版)》征稿简则

    封3页
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    基于PVDF薄膜的冲击波压电传感器基底构型优化

    常瀚林谢林杨晓鹏范志强...
    前插1,557-564页
    查看更多>>摘要：根据柔性压电薄膜的压电原理,设计了复合压电效应传感器来用于冲击波信号测量.为研究传感器基底构型对其测量性能的影响规律,分别制备了不同孔径变形区的基底,调整压电薄膜的变形模态以调控其冲击波测量性能.实验结果表明:通过增大聚氯乙烯(PVC)基底的孔径,可以大幅度增加聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜传感器的灵敏度系数,并且随着变形区直径的增加,信号的脉宽也随之增大.最后通过爆炸实验,研究了PVC基底对PVDF薄膜传感器信号的影响,验证了变形区直径8 mm基底的PVDF传感器在爆炸冲击波测量中的准确性.这为今后PVDF薄膜传感器PVC基底变形区的选择提供了参考.

    PVC基底PVDF传感器灵敏度系数复合压电效应

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