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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2014年, 第54卷, 第6期 上一期    下一期
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    针对SiPM探测器的多通道读出电子学设计  收藏
    韩晓雪,曾鸣,龚光华,程建平,邵贝贝
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 695-699.  
    摘要 ( 116 )   HTML   HTML    PDF (1789KB)

    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。

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    不同边界条件对主动脉血流仿真结果的影响  收藏
    曹欣荣,王婕,王荣品,张先文,唐劲天
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 700-705.  
    摘要 ( 77 )   HTML   HTML    PDF (2190KB)

    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。

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    肿瘤磁感应治疗计划系统适形热疗方法  收藏
    卓子寒,翟伟明,蔡东阳,王婕,张晓冬,唐劲天
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 706-710.  
    摘要 ( 36 )   HTML   HTML    PDF (1661KB)

    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。

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    基于城市冠层模型的放射性物质大气扩散模拟  收藏
    胡啸峰,黄弘,申世飞
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 711-718.  
    摘要 ( 51 )   HTML   HTML    PDF (1479KB)

    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。

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    低热辐射强度下防护服热防护性能的实验研究  收藏
    付明,翁文国,袁宏永
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 719-723.  
    摘要 ( 31 )   HTML   HTML    PDF (1241KB)

    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。

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    电驱动车辆的整车质量与路面坡度估计  收藏
    褚文博,罗禹贡,罗剑,李克强
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 724-728.  
    摘要 ( 49 )   HTML   HTML    PDF (1362KB)

    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。

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    分布式电动车制/驱动力协调行驶稳定性控制  收藏
    罗剑,罗禹贡,褚文博,张书玮,李克强
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 729-733.  
    摘要 ( 55 )   HTML   HTML    PDF (1323KB)

    针对分布式电驱动车辆在转向极限工况失稳时通过驱动力协调提供横摆力矩有限及常规基于差分制动的稳定性系统控制精度不高的问题,提出了基于模型预测控制的4轮制/驱动力协调控制策略。该文依据模型预测控制系统结构,搭建了面向预测控制的车辆动力学模型; 以改善车辆行驶稳定性、极限工况下的通过性为目标,设计代价函数,构建了多输入多输出系统预测控制律; 利用经典的二次规划方法进行滚动时域求解。仿真实验结果表明: 制/驱动协调可提供更大的横摆力矩、更快的横摆响应; 基于模型预测控制的效果优于常规制动力反馈控制,可以进一步提高车辆横向稳定性。

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    干式双离合器自动变速器自适应起步控制  收藏
    严忆泉,宋健,李亮
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 734-737.  
    摘要 ( 37 )   HTML   HTML    PDF (1218KB)

    干式双离合器自动变速器(DCT)的起步过程对其驾驶体验和使用寿命有很大影响; 而车辆起步路况和驾驶员操作极其多样化,因此需要随之调整起步控制策略,来实现起步性能优化。该文基于车辆动力学从车速、等效坡度、路面附着和驾驶员意图四方面对起步工况进行识别,其中驾驶员意图识别结合了模糊推理模型。 在起步工况识别基础上进行起步自适应控制,根据车速和路面附着选择最优的起步挡位,根据等效坡度和驾驶员意图控制双离合器的结合方式和结合速度。应用该识别方法和自适应起步控制策略进行仿真和实车测试,结果表明: 车辆能有效识别不同的起步工况并采用适合该工况的起步方式,该控制策略有效提升了DCT的起步性能。

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    传统汽车发电机的智能化控制及改造  收藏
    孔伟伟,杨殿阁,李兵,连小珉
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 738-743.  
    摘要 ( 43 )   HTML   HTML    PDF (1240KB)

    传统汽车发电机无法进行实时在线的电压调节和智能化控制。该文通过分析传统燃油汽车发电机工作时存在的问题,对传统汽车发电机进行智能化改造,制定了发电机多种工作模式,并结合蓄电池电量及汽车运行状态设计了发电机智能化控制策略,实现了实时在线对发电机输出电压的调节,并通过台架试验和实车试验验证了该智能化控制的可行性和有效性。实车模拟城市工况的试验结果表明: 该发电机智能化控制策略可实现制动能量回收,降低车辆燃油消耗3.7%。

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    受径向力滚动轴承摩擦力矩的测试和函数拟合  收藏
    陶润,侯之超
    清华大学学报(自然科学版). 2014, 54 (6): 744-749.  
    摘要 ( 60 )   HTML   HTML    PDF (2296KB)

    该文展示了一种可以测定径向受力滚动轴承稳态摩擦力矩的方法和测试设备,并用以测量某乘用车发动机前端附件传动系统中典型滚动轴承在不同径向力和转速下的摩擦力矩。基于最小二乘法应用多种函数对摩擦力矩与转速之间的关系进行拟合,依据相关系数和显著性水平选定了最优拟合函数,进而得到了摩擦力矩与转速、径向力之间的经验公式。与试验数据的对比显示,所拟合公式比Palmgren公式具有更高的精度。该测试方法可直接用于其他工程领域中的滚动轴承摩擦力矩的测试。拟合方法与拟合公式对滚动轴承摩擦力矩的表征具有参考意义。

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