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关键词： BiCuTeO薄膜   横向热电效应   纳米复合薄膜   结构优化  

摘要： 横向热电（transverse thermoelectric简称TTE）效应可以简单表述为晶向倾斜生长的薄膜在光源或热源辐射下,其厚度方向的温度梯度导致水平方向有电压输出。该效应在新型光（热）探测器及光热一体化发电设备领域具有重要应用前景,提升输出电压灵敏度是该效应商用化的关键。本文以P型热电材料BiCuTeO为研究对象,通过调控沉积温度及Pb纳米复合方法优化薄膜的晶体质量和电热输运参数,以得到TTE性能优异的薄膜样品;在此基础上,优化器件几何尺寸和结构进一步提升TTE电压灵敏度。研究工作为TTE型光（热）探测器设计提供了重要的实验基础和理论依据。论文主要结论如下: 1、利用PLD技术制备了c轴10°倾斜的BiCuTeO薄膜。研究了沉积温度对薄膜质量、电输运参数和TTE效应的影响。XRD、SEM、TEM和XPS测试表明薄膜结晶良好,其中,380℃生长的薄膜样品晶体质量和TTE性能最优。在308 nm脉冲激光辐照时,其输出电压灵敏度可达9.1 V/m J、上升和衰减时间分别为70 ns和120 ns,Seebeck系数的各向异性值ΔS约为13μV/K。 2、制备了c轴倾斜的BiCuTeO-x Pb（x=0、1.0、3.2、6.0 at%）薄膜,分析了Pb复合对薄膜元素含量、电输运参数和TTE效应的影响。实验发现:（1）Pb元素以金属单质形式存在于薄膜中;并且,随着Pb复合量的增加,薄膜载流子浓度增大、电导率降低、晶体质量变差;（2）TTE实验中,所有复合薄膜的输出电压灵敏度均高于本征样品,并且,x=1.0 at%样品性能最优。308 nm脉冲激光或热源加热时,TTE电压灵敏度分别达到16.9 V/m J和81.6μV/（k W/m2）,是本征薄膜的1.9和5.6倍。灵敏度的提升可能源于载流子浓度增加引起的Seebeck系数各向异性值ΔS的增加和薄膜热导率的降低。而且,低热导对热流探测灵敏度的改善效果更为显著。 3、制备了不同厚度的Pb最佳复合量的样品,实验发现:TTE灵敏度随膜厚的增长先变大后变小,150 nm时TTE灵敏度最高;调控器件几何尺寸（增加长度或宽度）发现:脉冲光探测时,灵敏度与器件尺寸无关均为14 V/m J,单位面积灵敏度随着器件尺寸增大而减小;热源加热时,灵敏度随着器件尺寸增大而增大;单位面积灵敏度均为8μV/（k W/m2）。将条形薄膜直接串联或叠层后串联,实现了电压幅值的有效级联,其中,传感器阵列的热流探测灵敏度高达350μV/（k W/m2）,是目前已知报道中的最高值。可见,叠层阵列可以进一步优化热流探测灵敏度。对于提升TTE灵敏度方面具有重要指导意义。

摘要： 为保障校园教职工安全，就出入校园智能检测系统的可行性展开分析，提出出入校园智能检测系统的实施策略，强调实施过程中的关键要素，以期为后续应用此系统提供一定支持。

关键词： 超快光学   中红外激光   非线性频率变换   脉冲内差频产生技术  

摘要： 超快中红外（MIR）激光处于大气透射窗口和人眼安全波段范围内，在环境监测、光电对抗、激光雷达和外科手术等领域有着重要作用。目前主要由晶体的非线性频率变化来产生宽带宽、长波长以及窄脉冲宽度的超快MIR激光。其中，基于短波长的超快光纤激光源的脉冲内差频产生（IP-DFG）技术是一种非常简便的非线性频率变换方法。本文阐述了MIR激光的产生、IP-DFG技术的基本原理和研究进展以及超快MIR激光的应用，并且对IP-DFG系统未来的发展与应用前景进行展望。

关键词： 海洋牧场   水下图像   图像融合   目标检测  

摘要： 海洋牧场建设是海洋发展可持续发展的重要内容,是对海洋生态环境进行修复和改善的有效手段。计算机视觉技术在感知海洋环境领域有着重要贡献,但由于海洋环境复杂,光在水中传播过程中存在吸收和散射效应,会导致在海洋环境中拍摄到的水下图像出现模糊和失真的问题。此外,对海洋环境中的鱼类目标检测也存在着相互遮挡以及同背景颜色难以区分等技术难题。 为解决上述问题,结合企业需求,本文主要做了如下工作: (1)针对海洋环境中光的吸收和散射作用导致的水下图像的退化问题,提出基于NSST与PCNN的水下图像融合算法(WNPF)。首先通过改变基于灰度世界算法的通道补偿方式来解决水下图像的颜色失真的问题,在此基础上将水下图像分别进行Gamma校正与锐化处理来获取对比度增强后的以及细节信息增强后的水下图像,然后将两图像运用NSST变换均分别分解为低频子带系数和带通子带系数,采用带通子带系数刺激PCNN神经元点火和基于区域能量的自适应加权融合的方式分别促使带通子带以及低频子带系数进行融合;将融合后的两系数进行NSST逆变换,从而得到重构后的水下图像。通过主观观察以及采用客观评价指标计算,验证了该方法的可行性,并为海洋牧场鱼类目标检测的训练阶段提供清晰可靠的数据集。 (2)针对海洋环境中鱼类目标相互遮挡以及同背景色难以区分而导致的目标检测准确率不高的问题,提出基于CB-YOLOv5s海洋鱼类目标检测算法。首先在YOLOv5s网络模型的Backbone部分加入CBAM,从空间和通道上获取信息,提高网络模型细节特征的学习能力;然后用Bi FPN代替FPN和PAN,通过构造双向通道实现跨尺度连接,将特征提取网络中的特征直接与自上而下路径中的相对大小特征融合,保留更加浅层的语义信息的同时降低深层语义信息的丢失。将该算法分别应用于公开海洋生物目标数据集URPC2021以及自建海鲈鱼数据集WEEVER上。在两个数据集上的准确率分别达到了86.6%和89.7%,与YOLOv5s相比,分别提高了3.3%和17.4%,证明了该算法的鲁棒性。 (3)针对传统海洋牧场养殖中的管理智能化程度低的问题,为青岛鲁海丰海洋牧场设计一套海洋鱼类目标检测与计数系统,该系统具有目标检测与计数功能,能检测出鱼类目标并进行目标计数。为使该系统适用于多种场景下的鱼类目标检测,设置了模型选择模块,可以通过在pt文件中导入多种训练权重,通过界面对训练权重进行选择,使其可以检测不同的数据集。目标检测模型无法快速设置参数,因此,设置了参数设置模块,工作人员可根据具体情况进行具体的参数设置。结果展示模块可同时展示输入数据以及检测后的数据,便于观察检测效果。同时设置计数功能,该功能可以对每类目标的数量进行统计并进行展示,便于工作人员监测鱼类数量,为海洋牧场提供更加智能化的管理。

关键词： 无线可充电传感器网络   充电策略   路径规划   节点死亡率   网络生存周期  

摘要： 无线传感器网络中传感器节点的能量问题一直是制约网络长期运行的瓶颈,但随着无线充电技术的出现与发展,无线传感器网络结合无线充电技术为解决节点的能量问题做出了巨大的贡献,从而衍生出无线可充电传感器网络WRSN,由于WRSN具有低功耗、低成本、多功能等特点,已广泛应用于现代工业、军事、灾害预警以及医疗等相关领域。 在理想状况下,WRSN采用无线充电技术能延长网络生存周期,但在实际情况下,无线传感器网络中为传感器节点充电的移动充电器MC所携带的能量是有限的,为了保证节点能够及时得到能量补充,需要设计出合理的充电策略保证MC在传感器节点等待充电时间内完成充电任务。本文考虑设计充电策略的不同影响因素,研究基于单MC和双MC协同充电策略的设计,使节点的死亡率降低,并缩短节点充电等待时间。本文具体工作如下: (1)对于小规模WRSN中传感器节点存在的能量问题,提出了单MC多节点充电策略SMMCS。策略将k-means算法改进后结合轮廓系数法对网络进行不均匀分簇;根据阈值的旅程启动策略提出双重充电请求阈值,为了平衡网络节点能量,根据能耗率和距离因素确定MC充电位置;然后在此模型基础上以最小网络节点死亡率为目标,进行路径规划时综合考虑节点剩余能量、距离以及能耗等因素。仿真实验结果表明,与SAMER策略、VTMT策略以及FCFS策略进行仿真对比分析,本文策略减少了节点等待时间,缩短MC总充电代价,减小了节点死亡率。 (2)对于中小规模WRSN中传感器节点的能量补给问题,提出双MC协同充电策略DMCCS。根据提出的聚合度函数对网络进行分区处理,以此划分移动充电器MC的服务区域;然后确定节点充电阈值以及MC充电阈值,确保网络能量平衡;MC充电位置也是根据能量及位置坐标确定,依据小规模WRSN中的能量问题所提出的混合优先级,综合节点的剩余能量、能耗率以及距离等因素对MC进行路径规划。双MC进行充电任务时分别对成员节点与簇头节点进行电量补给,充电任务互不影响,当一方MC没有充电任务时,根据MC设定充电阈值要求确定是否可协助信息协助另一个MC完成充电任务。仿真实验表明,DMCCS能有效降低节点死亡率,提高MC的充电效率,延长网络的生存周期。

关键词： 光纤传感系统   低频噪声抑制   自适应滤波器   随机共振系统  

摘要： 与传统的压电式水下监测系统相比,光纤水下声学传感系统展现出独特的优势,包括灵敏度高、宽带宽、抗电磁干扰能力强等。光纤声学传感系统在水下弱信号检测方面具有极大的潜力,特别适用于长距离、深水以及复杂海底环境的监测,在潜艇隐蔽性探测、海底地质调查、港口监控及海洋生态保护等领域中展现出巨大的应用价值。随着水下环境复杂性的增加及监测范围的扩大,不可避免地带来了弱信号检测的问题。因此,本文针对光纤低频传感系统在海洋环境噪声条件下的低信噪比探测难题展开深入研究,实现了弱周期信号的提取。主要研究内容包括: 首先,针对光纤低频传感系统的本底噪声和环境噪声进行了分析,提出了一系列噪声抑制方法。研究了Mach-Zehnder光纤干涉仪结构以及PGC解调技术在光信号相位变化解调的应用,阐述了自适应滤波器及自适应噪声抵消技术的原理,并探讨了影响系统性能的关键参数。搭建了基于Mach-Zehnder干涉的光纤传感系统,并针对其本底噪声进行分析,研究了传感系统中激光器和光纤热噪声的特性,基于本底噪声特征提出了一种利用自适应噪声抵消技术的降噪方法。 然后,利用Levy分布构建海洋环境噪声模型,对海洋环境噪声进行模拟,并且基于随机共振技术搭建双稳态随机共振系统,实现了淹没在海洋环境噪声中低频信号的提取,成功地将有用信号从环境噪声中分离出来,验证了所设计的自适应噪声抵消系统的噪声抑制能力。 最后,对海试试验数据进行处理,利用所设计的双稳态随机共振系统进行弱周期信号提取,通过自适应噪声抵消系统对提取的有用信号进行低频噪声抑制,成功还原出输入信号,验证了所研究信号处理系统的有效性。 本文所提出的光纤低频传感系统噪声抑制方法有望在海洋环境监测及水下目标探测等方面进行应用。