硅光电倍增管(SiPM)由于其高增益、高时间分辨、低工作电压、磁场不敏感等优点,在高能物理、医学物理等领域具有广泛的应用前景。该文设计的系统包含前端电子学和数据采集系统两部分: 前端电子学板结合商用专用集成电路(ASIC)(VATA64)与复杂可编程逻辑器件(CPLD), 能够同时读出64通道的SiPM, 板上同时集成了稳定探测器增益的温度补偿电路和标定增益的发光二极管(LED)驱动电路; 数据采集系统以现场可编程门阵列(FPGA)为核心,可以同时读出8块前端电子学板,并为SiPM提供编程可控的工作电压(40~100 V)。该系统已经应用于由瑞士、德国、美国和中国合作的正负电子气球谱仪(PEBS)实验的电磁量能器原型设计,并在欧洲核子中心(CERN)束线实验取得了良好的结果。该高密度多通道SiPM电子学读出系统可以逐通道调节探测器偏压,调节精度达4 mV, 调节后各通道增益的差异可小于2%。该系统对于其他SiPM在新型粒子径迹室或量能器的应用具备借鉴意义。

主动脉血流仿真可应用于血流运动和部分心血管疾病形成原因分析和风险评价。该文基于核磁共振成像扫描重建的主动脉模型,通过磁共振相位对比成像测量主动脉及主要支脉的时间-流量曲线及血液动力学参数,讨论了不同边界条件下时间-流量曲线、时间-壁面切应力曲线、平均壁面切应力和震荡剪切因子的影响。结果表明: 出口边界相对压力为0、 采用拟合血流方程的入口条件等边界下计算结果与测量的实际血流曲线作为出口和入口边界条件计算结果差异较大,其中入口参数对壁面切应力、平均壁面切应力和震荡剪切因子计算结果影响较大,出口参数对出口时间-流量曲线影响较大。

磁感应热疗在临床实施时,需要达到适形杀灭肿瘤和保护正常组织的治疗目标,因此要求在术前治疗计划系统中对靶区的温度分布情况进行数值模拟,以指导医生制定合适的治疗计划,确保治疗的安全性和有效性。该文基于VTK/ITK等医学影像开源算法工具包,采用医学CT影像3维重建数据场信息,对磁感应热疗过程中治疗区域内的肿瘤及其周围组织进行可视化和适形分割,以确立治疗靶区和植入热籽; 基于电磁学和生物传热学的理论方法,以及肿瘤内的适形热籽排布方案,对治疗时热籽磁热效应产生的能量场分布和热量扩散形成的温度场分布进行理论建模和仿真; 并将适形热疗方法实际应用于肿瘤磁感应热疗计划系统中。结果表明: 磁感应治疗计划系统的适形热疗方法可以辅助医生直观地分割肿瘤和组织器官,进而准确计算靶区的温度场分布,制定合理的适形热疗计划。

该文基于城市冠层模型对中尺度放射性物质大气扩散进行了数值模拟,并探讨了模型参数对预测结果的影响。以日本福岛核泄漏事件为案例,利用中尺度数值模型WRF及其耦合的单层和多层城市冠层模型对事故后的放射性物质的大气扩散与沉降进行了数值模拟,并基于观测数据,对不同的城市冠层模型对应的模拟结果进行了比较。结果表明: 使用多层模型可以得到与观测值最接近的风场模拟结果; 对于近源区域的¹³⁷Cs的累积沉降量,使用单层模型的模拟值比使用多层模型或不使用城市冠层模型的模拟值更接近观测值; 对于远源区域的¹³¹I日沉降量,使用单层模型可得到与观测值更为接近的模拟结果,而对于远源区域的¹³⁷Cs日沉降量,使用多层模型得到的结果更接近观测值。

小尺度实验是测量服装热阻常用的方法之一。为了测量高温下服装热阻,该文在锥形量热仪的基础上,设计了一套用于研究多层织物热传递机理的小尺度实验测试装置,建立了高温热辐射下使用热平板测量热阻的计算公式。基于该实验装置,在1~10 kW/m²的低热辐射强度下测量了多层防护服织物的内部温度变化以及穿透防护服之后的热流密度。结果表明: 随着热辐射强度的增加,尤其是在热辐射密度超过5 kW/m²时,总热阻减小,外层、防水层和隔热层的热阻减少,而舒适层的热阻先增大后减小; 低辐射强度下(不超过10 kW/m²), 织物对热辐射吸收率的变化对高温低辐射条件下热阻的测量影响可以忽略不计。

针对现有整车质量观测方法受路面坡度影响较大、待标定量较多、需传感设备较多、估计实时性较差等问题,利用电驱动车辆纵向驱动力准确的特点,将质量与坡度解耦,提取了驱动力信号和纵向行驶加速度信号的高频部分,用递归最小二乘法得到了整车质量。在获得比较准确的质量估计结果后,采用了运动学和动力学方法对路面坡度进行了多方法联合观测,通过运动学方法和动力学方法的协调互补,解决了坡度估计严重依赖于车辆模型精度、受加速度传感器静态误差影响较大的缺点。该方法在多种工况下能够对坡度作出迅速有效估计。动力学方法考虑了坡度的时变特性,利用带有遗忘因子的递推最小二乘法对坡度进行估计;运动学方法则利用了坡度与传感器静态偏差强相关的特点,直接得到当前坡度。实车实验结果表明: 所提出的整车质量与路面坡度估计方法鲁棒性好,收敛速度快,估计准确。