DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 模型的理论准备 2.1. 菲涅尔区模型 信号在LOS环境中传播过程中可能会发生反射、衍射和散射等三种现象，但在文献 [ 9 ] 中，作者通过模型和实验，证明反射是主要因素，可以忽略衍射和散射带来的影响。 在LOS环境中，由于反射现象是主因，可得信号传播模型如图1所示，其中，点A表示发射天线Tx的位置，点B表示接收天线Rx的位置，点M表示信号反射点。信号从天线Tx发出，经路径D1和路径D2到达接收天线Rx，将路径D1称为直射路径，以 L 1 表示其长度；将路径D2称为反射路径。 三维空间中每个点都可作为反射源，反射与直射路径长度相差整数倍半波长的反射点可构成多个曲面，这些曲面将空间分割成不同的有限区域，称为菲涅尔区。根据上述定义得公式如下： | AM ⇀ | + | MB ⇀ | = L 1 + i × λ 2 ， i ∈ N * (1) 天线位置固定，所以 L 1 是常量，λ表示载波波长，为常量。任意给定i，公式(1)符合椭圆定义。考虑空间是三维，对任意给定的i，符合约束的点都将构成新椭球面，所分割出新有限区域称为第i菲涅尔区，共同焦点是A和B。以任意同时过焦点A和焦点B的平面与各菲涅尔区分界面相交后，如图2所示，其中，O表示点A和点B的中间位置。图中每个椭圆均代表一个菲涅尔区边界，将椭圆上各方向上相邻椭圆间的距离称为该方向上的菲涅尔区半径，比较特殊的是第一菲涅尔区，其各方向上的菲涅尔区半径为第一菲涅尔区边界到线段AB上的最短距离。 为了定量分析各方向上菲涅尔区半径的分布特点，以最特殊的x方向和y方向为例(本文中x方向和y方向均包括正、负方向)。点Tx到各椭圆的最短距离记为 r i x ，O到各椭圆的距离记为 r i y ，相应的计算公式为： r i x = ( ( L 1 + i × λ 2 ) − L 1 ) / 2 = i × λ 4 (2) r i y = 1 4 ( L 1 + i × λ 2 ) 2 − ( L 1 ) 2 (3) 通过公式(2)和(3)可以计算出相应菲涅尔区半径，以 L 1 = 100   cm 、 f = 5.7   GHz 为例，可得x方向上和y方向上的菲涅尔区半径如图3所示。 图1. LOS环境中信号传播模型 图2. 菲涅尔区剖面 图3. 菲涅尔区半径变化示意图 2.2. 自由空间传播损耗计算 如果信号在一个无障碍的自由空间中传播，则信号因传播路径长度变化发生的路径损耗PL符合公式(4) [ 10 ] ： PL = 32.5 + lg ( F ) + lg ( D ) (4) WIFI信号的载波频率固定不变，因此F为常量。于是结合公式(4)可知，传播距离D越大，路径损耗越高。经过计算，大约传播距离增加一倍，信号能量强度衰减6 dB。 2.3. 常见WIFI天线物理特征 常见WIFI天线外部形态基本为条状，内部金属构件一般可分为螺旋和直条两个部分，属于电偶极子天线，信号的有效发射区域位于金属构件的直条部分 [ 11 ] 。 天线的增益规格有多种，如3 dB、7 dB、11 dB等等。天线增益规格越高，主瓣约束集中程度越高，传播距离越远，副瓣则受到更多抑制，可近似忽略副瓣的存在 [ 11 ] ，反映在信号的有效覆盖区域竖直剖面上，增益规格越低的天线在竖直方向上有效覆盖范围越大，在水平方向上有效覆盖围则越小，而增益规格越高天线的信号有效覆盖区域特征反之。
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user: 3. 实验设定的理论分析 文献 [ 8 ] 通过理论分析和实际实验指出呼吸位移最佳发生位置为单个菲涅尔区的中间区域，但并未证明呼吸最大位移是否可以位于单个菲涅尔区中。对于第一菲涅尔区，由数学知识易知最短菲涅尔半径在x方向上，具体证明过程略；对于第m菲涅尔区： 设天线Tx和Rx坐标分别为 ( − c ， 0 ) 和 ( c ， 0 ) ，即有 L 1 = 2 c ，代入公式(1)可得： x 2 a 2 + y 2 b 2 = 1 (5) 其中， a = c + λ i / 4 ， b 2 = a 2 − c 2 。 对公式(5)求导，并代入 x = a c o s ( θ ) 和 y = b sin ( θ ) ，可得椭圆的切线斜率： k = − b 2 x a 2 y = b a cot ( θ ) (6) 椭圆具有对称性，可按象限分成相同的四个部分。以第一象限为例进行分析，θ的取值范围为0至0.5 π，在此区间内，k随θ增大而单调递增。第m菲涅尔区介于第m菲涅尔边界和第m − 1菲涅尔边界之间，由公式(6)可知图2中第m椭圆切线斜率 k m 和第m − 1椭圆切线斜率 k m − 1 ： k m = − m 2 λ 2 + 8 m c λ 4 c + m λ cot ( θ ) (7) k m − 1 = − ( m − 1 ) 2 λ 2 + 8 ( m − 1 ) c λ 4 c + ( m − 1 ) λ cot ( θ ) (8) 令 M = 4 c + m λ ， N = m 2 λ 2 + 8 m c λ ，代入公式(7)和公式(8)，则有： k m k m − 1 = N M / ( N − ( 2 m − 1 ) λ 2 − 8 c λ M − λ ) (9) 已知 m > 1 ，则有 ( 2 m − 1 ) λ 2 + 8 c λ > λ ，又由 N < M 可知 N / M < 1 ，所以对于公式(9)，可知： k m / k m − 1 > 1 。又因椭圆切线在第一象限时的斜率均为负数，可得： k m < k m − 1 < 0 。 由于椭圆斜率在第一象限是单调递增，且对于任意θ都有 k m < k m − 1 ，则随θ增大，第m椭圆和第m-1椭圆上的点呈远离趋势，如图4所示。于是可知椭圆间距离最近的方向为x方向，椭圆间距变化在其他象限的变化趋势可参照第一象限。所以，第m菲涅尔区的最短菲涅尔区半径同样也在x方向上。 由公式(2)可知，x方向上的所有菲涅尔区半径大小均为四分之一波长，常见WIFI天线的中心工作频率约为2.4 GHz和5.35~5.8 GHz，波长分别约为12.5 cm和5.6~5.2 cm，可得相应最短菲涅尔区半径大小分别为3.125 cm和1.4~1.3 cm。经人工测量，呼吸时腹部轮廓正向变化幅度约为5~10 mm，因此腹部呼吸位移完全可以位于2.4 GHz和5.35~5.8 GHz载波的任一菲涅尔区中。如果个别人员呼吸时腹部位移特别大或特别小，可根据具体数值，选择具备合适波长的载波，即选择合适频率的载波。 当呼吸产生的位移完全位于单个菲涅尔区中时，可得公式(10)： 相 位 差 = 呼 吸 位 移 菲 涅 尔 区 半 径 × π (10) 在单菲涅尔区中，若反射信号和直射信号之间的相位差越大，则CSI变化幅度越大。呼吸位移大小是由个人生理因素决定，可视为定值。通过公式(10)可知，若要获得最大相位差，就应使菲涅尔区半径尽可能小，而x方向有最小的菲涅尔区半径，所以x方向是最佳检测方向，可获得最佳菲涅尔半径。且由公式(2)可知，x方向上的菲涅尔区半径大小与天线间距无关，使得天线Tx和Rx之间的距离完全可根据实际情况的需要进行自由调节。 为了量化分析天线间距对天线有效监测区域大小的影响，本文设计了一个实验：在LOS环境中，天线Tx和Rx离地高度100 cm，实验人员四处走动，不经过天线Tx和Rx之间的区域，将对CSI的干扰幅度大于0.5 dB的区域视为有干扰区域。经实验测定，不同天线间距与天线有效监测区域范围对应关系如表1所列，表1中横向表示x方向，纵向表示y方向。 从表1中的数据可以明显看出随着天线Tx和Rx之间的距离增加，监控区域范围迅速增大，x方向的有效监控范围明显小于y方向，完全符合菲涅尔区的分布特征。 由于反射信号对直射信号的干涉是CSI分布产生变化的主要因素。由公式(4)可知，直射路径长度和载波频率不变时，信号强度在直射路径上传播损耗率是恒定值，当反射信号强度低于一定值后，将无法对直射信号形成有效干扰，于是易知直射路径越短，有效的反射路径同样会越短，表1中的数据证明了这一结论。 文献 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 并未研究检测方向对检测效果是否存在影响，文献 [ 8 ] 选择y方向作为模型的呼吸频率检测方向，而本文将采用x方向作为呼吸频率检测方向，可获得最小菲涅尔区半径，不需要预先计算y方向各菲涅尔区半径大小，且通过调节天线间距可有效控制天线的有效监控范围，尽量避免目标之外的人员活动干扰。 图4. 共焦点椭圆间距变化 Table 1 Antenna spacing and detection area radius (unit: cm 天线距离 10 20 30 50 80 100 横向半径 <5 10 15 25 115 160 纵向半径 <5 20 30 80 140 200 表1. 天线间距与检测区域半径(单位：cm) 此外，外层菲涅尔区相比于内层菲涅尔区具有更长的反射传播路径，由公式(2)可知，反射信号由外层菲涅尔区到达天线Rx时信号强度值更低，而x方向上的菲涅尔区半径均相等，因此可选择内层的菲涅尔区，优于其他研究工作中只能选择中外层菲涅尔区。 综合来说，选择x方向可以获得更佳的观测效果和更好的抗干扰性。
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user: 4. WI-BD模型简介及验证 4.1. WI-BD模型简介 WI-BD模型的具体结构如图5所示。 第一部分是实验布置。通过前述数学分析过程，本文确立以x方向作为呼吸检测方向，参考表1中数据，为了兼顾实验过程中抗干扰性和天线工作稳定性，天线间距一般取值20~50 cm。考虑到不同增益规格下天线物理特征存在差异，所以天线摆放位置与具体睡姿相关，后续章节将给出针对性解答，实验布置完成后，转入第二部分。 第二部分是信号采集。使用与网卡配套的软件工具采集CSI，采样频率f一般选取20~100 Hz，在数据采集的开始阶段，观察CSI波形变化，细微地调节呼吸形变区域和天线之间距离，让呼吸过程中所发生的位移完全落入单个菲涅尔区中，当获得明显呼吸波形后，转入第三部分。 第三部分是降噪处理。由于室内多径效应和设备自身原因等因素影响CSI，需要对原始CSI使用降噪算法进行处理，常用降噪算法有：Butterworth低通滤波、PCA降噪、滑动平均滤波等。本文所述模型采用滑动平均滤波算法和Butterworth低通滤波。降噪后转入第四部分。 第四部分是提取呼吸频率。参考文献 [ 12 ] 中方案，本文提出一种瞬时呼吸频率提取算法用于瞬时呼吸频率提取。 瞬时呼吸频率提取算法的具体步骤如下： 输入：子载波序列 I 1 ， ⋯ ， I n ，采样频率f。 图5. WI-BD模型结构 输出：瞬时呼吸频率序列 F 1 ， ⋯ ， F n 。 1) 初始化。任意选择第k子载波进行差分处理，生成差分序列 Δ I k 1 ， ⋯ ， Δ I k p 。 2) 合并单调区间。令 t = 1 ， P = 0 ， Q = 0 ；将差分序列中相邻同为正或同为负的数值合并成一个区间，以区间累加值 Δ m i 以及合并数值个数 Δ n i 表示第i区间，可得累加值序列 Δ m 1 ， ⋯ ， Δ m r 和计数序列 Δ n 1 ， ⋯ ， Δ n r 。 3) 若t小于r，从位置t开始，在累加值序列中找到第一个大于给定阈值 A 1 的 Δ m a 作为吸气阶段起始位置；否则退出算法。 4) 从 s = a 开始，尝试累加 Δ m s 和 Δ n s ，若s等于r，则退出算法；若在b处有 Δ m s 的累加值大于 M 1 ，且 Δ n s 的累加值不大于 N 1 ，则认为找到吸气阶段，更新 t = b + 1 ，若P为0，则 P = b ，否则 ；否则， t = t + 1 ，转3)。 5) 若t小于r，从位置t开始，在累加值序列中找到第一个小于给定阈值 A 2 的 Δ m c 作为呼气阶段起始位置；否则退出算法。 6) 从 s = c 开始，尝试累加 Δ m s 和 Δ n s ，若s等于r，则退出算法；若在d处有 Δ m s 的累加值小于 M 2 ，且 Δ n s 的累加值不大于 N 2 ，则认为找到呼气阶段，更新 t = d + 1 ；否则 P = 0 ， t = t + 1 ，转3)。 7) 若P为0，则 P = Q ，转3)。 8) 累计 Δ n P 至 Δ n Q − 1 ，记为S。则有 F v = 60 f / S ，更新 P = Q ， t = t + 1 ，转3)。 瞬时呼吸频率提取算的法设计依据是呼吸周期会符合一定规律：呼吸周期一定具备吸气阶段和呼气阶段，且吸气阶段一定先于呼气阶段；吸气阶段和呼气阶段的持续时长有限，且呼吸停顿时长也有限；吸气阶段CSI呈快速上升趋势，呼气阶段CSI呈快速下降趋势；吸气阶段和呼气阶段的CSI变化幅度大致相等。阈值主要为经验值，比如，根据观察结果设置CSI变化幅度阈值。一般单次睡眠过程中腹部轮廓的变化幅度比较稳定，且本文所述模型在应用中具有显著的CSI变化，与环境背景噪音所造成的CSI变化具有明显区别，因此可选低于实际幅度的值作为阈值。 4.2 模型验证 本文选取常见的平卧和侧卧两种姿势对所述模型进行验证，依据前述理论分析，并结合常见WIFI天线电磁场特征，实验布置如图6所示。 实验布置具体要求：当实验对象处于平卧状态时，天线Tx和Rx放置方式如图6(a)所示，天线放置在同一个竖直平面内；当实验对象处于侧卧状态时，如图6(b)所示，天线放置在同一个水平面内。两种状态下的共同要求：使用x方向作为检测方向；天线与躯干方向平行；信号有效发射区域对准腹部的中间区域。 在实验中， L 1 设置为30 cm，天线和腹部表面相距约为12 cm，载波频率为5.7 GHz，采样频率为50 Hz。若呼吸波形不明显，可轻微调整天线和腹部的间距，直至得到明显的呼吸波形，如图7(a)所示，两根虚线中间部分的波形反映了一次完整的呼吸过程，依次是呼吸间隔、吸气阶段、呼吸停顿、呼气阶段等，符合真实的生理过程。数据采集后，经滑动平均算法降噪处理，可得图7(b)，处理窗口大小为20。 对降噪后的数据提取瞬时呼吸频率，通过实验可知，在单个呼吸周期中，CSI变化幅度基本稳定于4 dB至8 dB，因此设置呼气阶段和吸气阶段的CSI变化总阈值为3 dB，吸气阶段和呼气阶段起始位置CSI变化阈值设为1 dB，吸气阶段和呼气阶段的时长阈值为4 s，二者间距时长为1 s。以3位同学在平卧和侧卧姿势下分别持续10分钟的呼吸数据为例，三人连续100次的瞬时呼吸频率随时间推移变化如图8所示，实验人员A、B、C的呼吸频率范围依次为8~12/min、15~18/min、15~22/min，符合年轻人的呼吸频率8~24.8/min [ 13 ] 。从呼吸频率的波动性角度来看，实验人员A和B的呼吸频率波动相对比较平稳，实验人员C的呼吸频率波动则较大。从睡姿角度来看，三位实验人员的呼吸表现均符合侧卧略快于平卧。经观察可知，瞬时呼吸频率随时间推移呈现一定的波动，主要原因有3个：设备工作不稳定，所带来的部分影响难以消除；人的呼吸不均匀；瞬时呼吸频率提取算法不完善，呼吸周期分割不准确，需要改进。 WI-BD模型与其他基于WIFI信号的呼吸检测对比如表2所示，很明显本文所述模型在多个方面具有显著的优势。本文已证明天线间距显著影响有效检测范围，且不同方向上菲涅尔区半径存在差异性，因此认为本文所述模型在经过调整后可用于多人模式下呼吸检测，未来工作中将进一步予以探索。 图6. 平卧和侧卧睡姿下实验布置示意图 图7. 呼吸数据的降噪处理 图8. 瞬时呼吸频率变化 Table 2 The comparison of respiratory detection models based on WIFI signal (unit: dB 文献 编号 数据 类型 实验设置 指导理论 平卧 幅度 侧卧 幅度 空间 需求 多人 模式 [ 1 ] RSS 无 / / 大 暂无 [ 2 ] RSS 无 1-3 1-3 大 双人 [ 3 ] CSI 天线特征 / / 大 暂无 [ 4 ] CSI 无 1-3 1-4 大 暂无 [ 8 ] CSI 天线特征 菲涅尔区 1-3 无 大 双人 WI-BD CSI 天线特征 菲涅尔区 数学分析 4-8 4-8 自由调节 暂无 表2. 基于WIFI信号的呼吸检测模型对比(幅度：dB) 本文中所使用的实验设备和软件工具：Intel 5300网卡、2台mini PC、CSI Tool软件、MATLAB软件、18dB增益天线。
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user: 5. 结束语 本文通过数学分析方式论证菲涅尔区半径随方向的变化趋势，并结合信号传播原理和天线特征，优化天线设置方式，提出一种基于菲涅尔区的WI-BD模型，并对单目标平卧和侧卧两种睡姿下呼吸检测进行验证，实验结果符合预期。 相比文献 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 8 ] ，本文所提出的WI-BD模型具备多个显著优点：无须预先计算天线位置，可获得最佳菲涅尔区半径；更受控的有效监控区域和更佳的抗干扰性；检测模型对空间需求显著减小，更有利于在更多场景下使用。未来的工作将基于文中所述模型，进一步完善在更多睡姿和更多目标数量下的应用。
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user: 摘 要 本文分析了一种新型的以物理学为原理的等离子燃料发电机的工作原理，这种燃料发电机不仅继承了现有化学燃料电池的优点，克服了它们的缺点，而且还有自身的独特优势和特点。最后课题进行了等离子燃料发电机与燃料电池发电的比较和技术开发研究分析。 关键词 :燃料电池，等离子，发电机 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 化石能源(包括天然气、石油和煤等)就是一种黑色能源，构成了不合理的世界能源结构，因此引发了当今人类面临的三大难题——环境污染、气候变暖和石油枯竭。当今世界能源的紧迫需要是，创造一种基本不使用化石能源的机器，而且它能将燃料所含的能量直接转换为电能，从而，从根本上解决这三大难题。
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user: 2. 燃料电池及其技术应用 从1839年英国科学家William Grove发明第一个燃料电池起，至今已有五种比较成熟的燃料电池出现 [ 1 ] [ 2 ] 。这五种燃料电池按其电解质不同而分，它们分别是碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。现在，人们看好的是固体氧化物燃料电池(SOFC)，但主要是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。燃料电池就是将燃料所含的能量直接转换为电能且不用化石能源。与其他化学电池一样，燃料电池也以化学为原理。 物理学为原理的燃料发电机显得十分必要。为此，本文提出了等离子燃料发电机。与电磁感应发电机一样，它以物理学为原理，其作用也是将燃料所含能量直接转换为电能，而且，可使用多种燃料(包括化石能源和可再生的生物质能，例如天然气、沼气等)。因为它结构简单，性能好，成本底，功率范围大，它定能成为电动汽车的优秀电源，从而普及电动汽车；它也可以做小至移动电话(手机)的电源，大至各种大、中、小型发电站(厂)的发电设备。因此，解决上述三大难题将指日可待。 燃料电池有多个很突出的优点：1) 效率高，是内燃机的2倍左右。2) 污染小，不产生汽车尾气中的那些有害气体(HC，CO和NO x 等)和热电站排放的SO 2 ，尤其是氢燃料电池，生成的是水，人们称之为“零排放”；3) 不排放CO 2 ，减缓气候变暖；4) 噪声小。 虽然燃料电池有上述远优于任何热力机械的优点，但是，这些燃料电池却存在如下的严重缺点：1) 成本高，有的燃料电池的电极(或催化剂)含大量贵金属铂，电极和电解质的材料要求高，制造工艺复杂；2) 燃料单一，主要的燃料是氢气，但氢的制取成本高，储存和运输困难等；3) 功率密度小，体积大；4) 功率调节性能差；5) 寿命短；6) 启动时间长。这些严重缺点在短期内是难以克服的 [ 3 ] [ 4 ] 。 燃料电池依靠化学原理，因此，氢、氧离子生成困难，且在它们生成后在电解质中穿透和结合缓慢。用昂贵的催化剂、最先进的电解质材料和复杂的制造工艺等办法的确解决了一些问题 [ 2 ] 。
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user: 3. 等离子燃料发电机及其技术应用 在大自然中，除了化学离子外，还有一种物理离子这就是等离子体中的离子 [ 5 ] 。等离子体是物质存在的第四态(固态，液态，气态和等离子态，“态”也可称为“相”)，是一种亚稳态的物质形态。一种元素的等离子体由其离子和电子组成，其密度充分地低，以致两者的相互作用(短程作用)可以被忽略，也就是说，元素的原子核与电子几乎是脱离状态。物质的物态变化(或相变)与其压强和温度有关，等离子体只有在压强极低或温度很高的条件下存在。在地球上，因这样的条件不是大气的常态(常温和常压)，则等离子体只能在某种局部状态下存在。当等离子体的温度下降或压力上升时，等离子体就会失去稳定。当一种元素的等离子体失稳时，除了变成原子态气体的可能外，还有另一种可能，这就是，等离子体中的电子有可能被等离子体系统外的其它作用(电磁场作用)俘走；相反，等离子体中的离子也可能扑捉等离子体系统外的自由电子。 现实中的雷电产生臭氧或负氧离子就是这一现象的典型例子。雷电击穿空气产生电弧，电弧中的空气就是温度极高的等离子体，雷电结束后，等离子体的温度降低，等离子体失稳，其中的氧等离子体的一部分变为普通氧原子(O)，然后变成氧分子(O 2 )或臭氧(O 3 )；一部分要扑捉云层或大气中的电子(静电)，变为负氧离子( O 2 − )。这就是不同的环境作用。 根据上述等离子体的存在条件，产生高流量的等离子体流的方法有高温法和真空法，或者是两者相结合的方法。本文以高温法为例进行讨论。最简单的高温法是在工程中广泛使用的等离子弧焊枪 [ 6 ] 。现将等离子焊弧焊枪的一种的基本原理示于图1。当压缩气体从气体入口6进入内腔3后，气流从喷孔5喷出；在启动脉冲电压的作用下，在A、B间流动的气体被电击穿，形成电弧，因等离子体是导体，在工作电压的作用下，A、B、C导通；接着，气流被A、B和C间的电弧强烈加热，焊枪就会从它的喷孔喷出高温、高速等离子火焰流4。由于喷孔的孔径很小(0.6~1.5 mm)，火焰能量高度集中，火焰核心的温度最高达25，000~50，000 K。实践表明，两极之间的电流强度可在0.1~1000 A之间变化，因此，等离子枪的功率变化范围较大。设计新的大功率的等离子燃料发电机的结构。见图2。 等离子燃料发电机由两个等离子枪，中间加一个由绝缘材料制成的冷却槽8组成。槽内是运动的空气或纯水，起冷却作用。两等离子枪必须共轴心线。供给两等离子枪的电源是辅助电源10和11，它们是两个相互独立的电源。左边等离子枪通氢气6，称为氢气等离子枪，其中心电极1接它的辅助电源10的阴极，它的腔壁2接阳极；右边等离子枪通氧气7，称为氧气等离子枪，其中心电极15接它的辅助电源11的阳极，它的腔壁12接阴极。然后用导线将两个等离子枪的腔壁2和12连起来，形成如图2下部的主电路9，则左边等离子枪腔壁为主电路的阳极，右边等离子枪腔壁为其阴极。当左边氢气等离子枪的辅助电路接通，且氢气以一定的压力进入等离子枪的内腔后，其喷孔4和火焰套管5一定喷出高速的氢等离子体火焰流。注意，因为腔壁内不存在氧气，则这种火焰不是氢气燃烧的火焰，而是氢气被等离子枪的电弧加热的高温等离子体流。 图1. 等离子焊枪原理图。1. 中心电极，2. 焊枪壁，3. 内腔，4. 火焰，5. 喷孔，6. 气体入口，7. 绝缘体 图2. 等离子燃料发电机原理图。1， 15-中心电极，2， 12-等离子枪壁，3-金属网，4， 13-喷孔，5， 14-火焰套管，6-氢气入口，7-氧气入口，8-冷却槽，9-主电路，10， 11-辅助电源 一个氧离子有获得8个电子的电势和获得2个电子的化学势。同样，氢原子有可能失去它的唯一的电子而变成氢化学离子的化学势。根据电化学热力学 [ 2 ] 计算，两个氢原子和一个氧原子的化学势的叠加引起E 0 = 1.19 V(生成水蒸汽)的初始电动势。氢和氧的直接燃烧是它们的温度到达氢的“自燃点”后，由热运动引起氢原子的电子跳向氧原子，引起了更强烈的热运动，因而促成了这种化学势以热能方式释放，同时，化合成水。现有的化学燃料电池是氢和氧通过催化剂和电解质，使氢在阳极失去电子，氧在阴极得到电子，在电路中产生电流，促成了这种化学势以电能方式释放，并化合成水。 当图2的两等离子枪喷出的等离子体流流经喷孔和套管时，在两“化学势”之差——电位差(1.19 V)的共同作用下，氧原子核在阴极壁上捕捉自由电子的作用，通过主电路9传导到阳极，使阳极的自由电子经主电路向阴极运动，在主电路中产生电流，同时，氢、氧等离子体因失去和得到电子而在流出各自套管时变成了各自的化学离子。这样，氢、氧等离子体的这种非稳定状态下的环境作用促成了氢、氧原子的化学势以电能方式释放，且氢、氧化学离子在流出各自套管后结合成水。比如，如果有10个氧离子(假设是不带电子的裸核)流过氧等离子枪的喷孔和套管，那么，应有80个电子也伴随流过该喷孔和套管；若要这些失稳的氧原子核全都变为氧化学离子(O 2 - )，还缺少20个电子。如上所述，一个氧原子核有获得10个电子的电势和化学势，因此，只要有2个氧原子核(占10个氧离子的20%)撞击氧等离子枪的阴极喷孔壁和套管壁，便可经此喷孔壁和套管壁和主电路，从氢等离子枪的阳极获得氢等离子体失稳后因撞击而在那里失去的20个自由电子。此过程为阴极的氧离子对阳极的自由电子的“远程扑捉原理”。 对流的氢、氧离子流可能会在外层发生散射。当散射的氢化学离子碰上氧等离子枪的阴极套管时必然得到电子，又重新变成氢原子，而当散射的氧化学离子碰上氢等离子枪的阳极套管时必然失去电子，又重新变成氧原子。为了避免这种漏电现象在冷却槽内发生，必须在两金属套管5的外圆面及其端面涂敷绝缘层。失稳的氧等离子体流流出套管端面后，在失稳的氢等离子体火焰的套管出口处形成一个负电场，这个负电场必然影响到失稳的氢等离子体流，促使失稳的氢等离子体流中的电子返回阳极，并通过主电路向阴极供应足够的自由电子，同时，当氢等离子体失稳而流出套管时，更多地变为氢化学离子(H + )，进而在它的出口处形成正电场。这正电场也同样影响到失稳的氧等离子体流。这样，流出两边套管的氢、氧化学离子显然有互相诱生的作用。 由于产生氢、氧化学离子的过程无须电解质和催化剂，那么，其发电过程不像“燃料电池”那样产生“极化作用”，要消耗一部分电动势，因此，两枪的氢、氧喷孔和套管中的化学离子流共同构成了电阻很小的主电路的内电路，促使了主电路的外电路中电子的运动，所以，在主电路的回路中，其内电阻是很小的。 氢、氧原子也有上述的化学势，在图2中主电路接通的情况下，氢、氧原子也有可能按“远程捕捉原理”变成各自的化学离子，也同样可以在主电路中产生电流。但是，由于氧原子已经带有8个电子，它们必须在流动中100%地撞击其喷孔壁和套管壁才能获得足够的电子数，从而变成100%的氧化学离子。因此，这种“原子型”的燃料发电机的发电效率一定不会很高，即使为了增加“远程捕捉原理”的作用机会，将套管加长或在套管内设置很多层金属网，结果虽有所改善，但撞击机会仍不可能是100% [ 7 ] 。
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user: 4. 等离子燃料发电机与燃料电池发电的比较 化学离子的产生完全是物理学的原理，这种原理与用“催化剂 + 电解质”得到化学离子的化学原理是不同的。它首先将氢气和氧气变成等离子体，然后利用它们在不稳定状态下的环境作用变成各自的化学离子，无须催化剂和电解质。既然等离子体能够变成化学离子，那么，我们能否用产生高流量的等离子体流的办法来得到大量的氢、氧化学离子并使之快速结合成水，从而得到大功率的燃料发电机？ 显然，在等离子体的稳定状态下是不可能发生上述过程的。我们一再强调等离子体的“不稳定”状态是因为，其作用过程只能发生在等离子体转换为气体的变化状态之中。但是，等离子体物理学的理论，如同其他物理学理论一样，受数学理论的约束，一直停留在线性(或拟线性)理论的阶段，对“非线性”的非稳态问题(不是线性的非稳定问题)研究甚少。这必然大大妨碍等离子体物理学的发展和应用。物理学家迟迟没有发现等离子燃料发电机的原因大概就在于此，即使是当今科学家十分专注的受控热核聚变反应是否成功，也可能与等离子体的另一种非线性的非稳态有关系。在线性理论中，因为解的唯一性，一旦问题陷入不稳定状态(也就是“无穷大”或“发散”)，人们就什么都不知道了，即进入了死胡同。然而，在非线性的情况下，利用非线性的微分或积分方程(组)既可研究物质的稳定状态，也可研究非稳定状态，比如由等离子体转换为气体的过渡状态(相变)。众所周知，非线性的微分或积分方程(组)可以转化为非线性的代数方程组，而非线性代数方程(组)有许多解，比如一元二次代数方程有两个解(包括复数解)，而多元高次代数方程组的解更多，甚至有成千上万的解，也就是说，非线性的微分或积分方程(组)有许多解，这些解都是线性无关的独立解，而每个解的存在是有条件的，这些条件之间并无必然的逻辑联系。所以，非线性的微分或积分方程(组)不存在解的唯一性。在这许多解中，只要找到有关解的存在条件，那么，那个解就是存在的。上面的氧等离子体在非稳定状态下的多种转换可能—既有可能变成氧原子，又有可能变为带电的氧化学离子或发生其他变化，就是这种非线性的多解性的表现。大自然本来就是非线性的，而线性只不过是非线性的近似或其特例。等离子体物理学的基本方程本来是非线性的，但由于数学的困难，物理学家对它进行了“线性化”，这就使整个《等离子体物理学》变成了线性科学 [ 8 ] 。 理论上，以上的等离子发电原理应该是正确的，但是，根据现有燃料电池和电动汽车的经验，有些看起来很严重的问题是必须解决： 1) 为了降低二辅助电路的功率消耗，从两枪喷孔射出的氢、氧火焰流的温度不一定要达到很高的火焰温度。实验表明，从两枪喷孔射出的氢、氧火焰流的核心温度，只要能够产生足够浓度的等离子体，使占氧火焰流中氧原子总数的20%以上的氧等离子体的离子撞击喷孔壁和套管壁，而火焰核心外温度只须高于氢气的自燃点(400˚C)即可。根据多种资料 [ 1 ] [ 3 ] ，按温升从20到1000˚C (平均温度)计算，二辅助电路所消耗的电能之和仅占氢气所含能量的3~4%，因此，二辅助电路消耗对系统效率(即整个发电机系统效率)的影响不大。 2) 关键是氢、氧等离子体变成氢、氧化学离子的生成率，也就是两等离子枪产生的等离子体有多少变成了各自的化学离子？理论上，氢、氧等离子体完全失稳后几乎全都变为氢、氧化学离子。但实践可能不这么理想。为了提高化学离子生成率，必须增加远程捕捉原理的作用机会，除在套管内增加金属网外，还可适当增加套管长度。 3) 第二个关键问题是如何尽量增加H + 和O 2 - 的结合率。解决的办法有多种，主要是利用不同的流体力学原理，可以在试验中决定。现有的燃料电池在两极之间都设有隔板(或以电解质作隔膜)，以避免未变成化学离子的燃气和氧气直接接触，因而避免发生强烈的燃烧或放热。但本发电机中两气体在接触前已几乎完全变成化学离子流，如上所述，不可能发生强烈热运动，因此，与燃料电池相反，两化学离子流直接接触的机会应该是越多越好，这样可提高H + 和O 2 - 的结合率。事实上，增加结合率仅仅是为了减少H + 和O 2 - 散发到大气中后形成的污染 [ 9 ] 。 4) 等离子燃料发电机的单体功率可以很大，比如是5 KW。因为单体电池电压只有1.2 V左右，那么，主电路中的电流可能是5000 A以上，这就给主电路的导线提出了很高的要求。解决此问题的办法很多 [ 10 ] [ 11 ] 。
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user: 5. 结论 综上所述，与燃料电池及其他发电装置比较，等离子燃料发电机具有强大优越性。单体功率可以很大且可调节，因为进入两等离子枪的燃气、空气流的流量可以很大且可调节；过载能力强；燃料价格便宜，分布很广，不存在储运困难；启动快。 等离子燃料发电机不仅继承了现有化学燃料电池的优点，克服了它们的缺点，而且还有自身的独特优势。等离子燃料发电机的上述强大优势将使人类关于电动汽车的梦想提前几十年实现。在大功率发电领域仅仅依靠电磁感应发电的格局将会改变。
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user: 摘 要 本文针对一种逆阻型模块化多电平换流器(Reverse Blocking Modular Multilevel Converter， RB-MMC)提出了改进方案，在该方案下，RB-MMC拓扑无需增加任何辅助器件，只需要改变换流器的闭锁脉冲即可实现直流故障电流的自清除。同时，为了避免MMC近端金属性短路故障时可能出现的交流断路器保护动作，提出了在换流器桥臂串入模块化电阻的方案。最后，基于PSCAD/EMTDC仿真验证了所提方案的正确性和有效性。 关键词 :逆阻型模块化多电平换流器，直流故障，改进方案，模块化电阻，故障清除 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter， MMC)技术的诞生，可以称得上是柔性直流输电工程技术发展史上的重要里程碑。与常规的两电平或三电平换流器技术相比，MMC模块化的级联结构，易于达到高电压等级，避免了器件直接串联所带来的静动态均压、开关损耗大、谐波含量高等缺陷 [ 1 ] [ 2 ] 。而基于半桥式子模块(half bridge sub-module， HBSM)的常规MMC拓扑结构是不具有短路故障切除能力的 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ，在直流线路短路故障发生时必须跳开交流断路器，从而导致整个系统停运。 文献 [ 3 ] 中提出一种自阻型子模块拓扑，文献 [ 8 ] 在此基础上提出采用逆阻型子模块，两者本质相同，因此也都存在子模块脉冲触发不均一导致的过电压问题。文献 [ 9 ] 进一步提出在逆阻型IGBT旁并联吸收回路来降低对模块触发脉冲一致性的要求。但该吸收回路由电容和晶闸管构成，考虑到电容的体积和成本，该方案在实际应用中会受到限制。 本文提出一种逆阻型子模块改进方案，即逆阻型子模块在换流器故障闭锁时，只将子模块上管IGBT关断，下管RB-IGBT保持开通，使电路的状态变为三相交流电源直接短路，避免了续流二极管带来的整流状态，短路点由于承受交流电压自然灭弧，短路电流消失。同时，为了避免极端情况下短路点距离MMC端口非常近，直流故障保护时间可能会超过交流断路器的保护动作时间，提出在MMC桥臂串入模块化电阻来加速故障清除的速度和避免交流侧的过电流。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立仿真模型，通过仿真验证了所提方案的正确性和有效性。
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user: 2. 改进方案的基本原理 2.1. 改进方案工作原理 二极管续流效应是基HBSM的常规MMC无法清除直流故障的原因。为了避免这种续流效应，文献 [ 8 ] 提出了一种逆阻型子模块拓扑，其结构如图1所示。这种子模块拓扑的特点是下管采用RB-IGBT，可省去两个反并联二极管，同时具有正、反向耐压相同和通态损耗低的特点 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 。 改进方案下唯一不同之处在于换流器故障闭锁阶段，只将子模块上管IGBT关断，下管RB-IGBT保持开通，具体开关状态和输出电压关系如表1所示。 2.2. 直流故障清除原理 改进方案下直流故障保护后，避免了续流二极管带来的整流状态，故障电路变为三相交流电源通过换流器的连接电抗短路，如图2所示 [ 11 ] 。 图1. MMC逆阻型子模块拓扑 图2. MMC在直流故障保护作用后的等效电路 Table 1 Relation between switching state and output voltage of the improved scheme (1: on， 0: off 工作状态 T1 T2 T3 输出电压 投入 1 0 1 U c 切除 0 1 1 0 闭锁 0 1 1 0 表1. 改进方案开关状态和输出电压关系(1：开通，0：关断) 直流短路电流 i dc 的动态方程如下： d i dc d t + 2 3 R s + R d 2 3 L s + L d i dc = 0 (1) 其中， L s 为MMC桥臂电抗器， R s 为桥臂的等效电阻， R d 和 L d 表示直流故障电流通路的电阻和电抗。 假设RB-IGBT在 t 0 时刻开通， t 0 时刻的直流故障电流为 i dc ( t 0 ) = I 0 ，则 i dc 可以表示为 i dc = I 0 e − t − t 0 τ (2) 其中时间常数： τ = 2 3 L s + L d 2 3 R s + R d 从式(2)中可以看出直流故障电流将自然衰减到0。这是由于RB-IGBT导通的作用使换流器不再起到一个不控整流桥的作用。实际上，这种情况下直流短路故障转变为一种交流故障。如果直流短路故障是非永久性的，直流故障点在电流过零是可以灭弧，故障点的绝缘可以自动恢复。 由式2中时间常数的表达式可以看出，若在回路中串入模块化电阻，将减小时间常数，即可以加快电流衰减进而加快直流故障清除速度。 2.3. 直流短路故障保护策略 基于MMC的柔性直流输电的故障保护策略如图3所示。在保护策略中，通过检测直流故障电流来判定MMC系统是否发生直流短路故障；如果发生故障，换流器快速闭锁，系统进入故障保护状态；对于瞬时性故障系统重合闸进行恢复，对于永久性故障需要跳开交流断路器停电检修。
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user: 3. 仿真分析 通过一个300 MVA/±150 kV的MMC-HVDC系统来验证本文改进方案的可行性，系统结构如图4所示，仿真参数见表2。 3.1. 瞬时性短路故障 在t = 0.8 s时刻，发生瞬时性直流短路故障，对应的仿真波形如图5所示。当检测到直流线路故障时，立即进入故障保护状态，由于RB-IGBT的导通，直流故障电流逐渐衰减为零，待故障电流自动灭弧后，系统进行重合闸。 图3. 架空线故障的保护方法流程图 Table 2 Simulation parameter 参数 有名值 系统额定容量 300 MVA 变压器变比( Y / Δ ) 220 kV/150 kV 直流母线电压 ±150 kV 桥臂子模块数 4 子模块电容 1000 mF 桥臂电感 100 mH 架空线电阻 0.0917 Ω/km 架空线电感 1.66 mH/km 表2. 系统仿真参数 图4. 仿真系统结构图 3.2. 永久性短路故障 发生永久性故障时，对应的仿真波形如图6所示。自动重合闸之前的过程与图5相同，但是发生了第二次线路过流，判断系统发生永久性直流短路故障，交流断路器跳开，系统进行停电检修。与图5比较，图6(a)直流电压、图6(b)直流电流和图6(c)交流电网电流在永久性故障系统停运后都为零。 3.3. MMC近端金属性短路故障 式(2)中的时间常数 τ 是部分取决于短路电阻 R d 的。 R d 越大所需的直流故障保护时间越小。由于多数故障都并非直接的金属性短路， R d 都至少是有几欧姆的数值的，因此大多数情况下直流保护所需的时间都会小于交流断路器的动作时间。只有在非常少数的极端情况下，当直流短路故障为金属性短路( R sc = 0 )，并且短路点与MMC端口非常近( R L ≈ 0 )， R d 的数值将非常小，直流故障保护时间才可能会超过交流断路器的保护时间。 针对这种特殊情况，本文提出在MMC每个桥臂中串入如图7所示的模块化电阻来加快直流故障电流的清除速度。其中每一个模块由一个RB-IGBT及与之并联的电阻Rc构成。系统正常工作时，RB-IGBT一直处于导通状态，Rc将被旁路，从而避免了额外的功率损耗。当直流故障发生时，在进入故障保护状态的同时投入模块化电阻。 理论上来讲，Rc越大，直流故障电流的清除速度越快、交流侧过电流的抑制能力越强。但是Rc越大会导致与其并联的RB-IGBT承受更高的电压，甚至烧毁。为了避免此种情况的发生，文中采用了模块化电阻的方案。实际应用中模块化电阻的模块数只要能保证直流故障保护时间小于交流断路器的保护时间和交流侧不会发生过电流保护的条件即可，这样可以降低系统增加的成本。 在系统稳定之后，0.8 s时，引入永久性直流双极短路故障。交流断路器的保护动作时间被设置为故障后的100 ms。图8为MMC近端金属性短路故障时没有投入模块化电阻的仿真波形。从图8(b)可以看出，直流电流衰减到0用了150 ms，超出了交流断路器的保护动作时间100 ms，因此改进方案在这种特殊情况下的保护是失败的。图9为MMC近端金属性短路故障时投入模块化电阻的仿真波形。其中，每个桥臂模块化电阻总阻值6 Ω。从图9(b)可以看出，直流电流衰减到0用了61.4 ms，在交流断路器的保护动作时间100 ms之内，因此改进方案在这种特殊情况下可成功地对直流故障电流进行清除。图9(d)为模块化电阻RB-IGBT承受的总电压，其峰值约为13 kV。如果选取3300 V的RB-IGBT并考虑实际安全裕量，需要的模块数为8个，对于300 MVA，±150 kV的系统而言，其额外成本很低。
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user: 4. 结论 本文提出一种逆阻型模块化多电平换流器的改进方案，具有以下特点： 1) 通过对换流器闭锁脉冲的调整实现了对直流故障的清除，无需增加额外功率器件，降低了成本； 图5. 直流架空线瞬时性故障时，保护后的仿真波形。 图6. 直流架空线永久性故障时，保护后的仿真波形。 图7. 模块化电阻结构图 图8. MMC近端金属性短路故障时，不投入模块化电阻的仿真波形。 图9. MMC近端金属性短路故障时，投入模块化电阻的仿真波形。 2) 针对MMC近端金属性短路故障的特殊情况，可在换流器桥臂串入模块化电阻来加速故障电流清除速度，额外成本低。 本方案适用于所有MMC直流短路故障清除应用，其故障清除速度不及自阻型子模块拓扑，但也可满足工程实际需求。考虑自阻型拓扑器件数量较多造成成本的显著增加，本方案适用于对经济性要求较高的应用需求。
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user: 摘 要 信息光学是基于应用光学、工程光学和信息科学等学科相结合而发展起来的一门光学学科，是现代光学的重要分支，同时也是高校光电信息科学与工程专业和应用物理学专业的必修专业课程。针对信息光学课程的特点以及教学现状，结合各专业学科的特点与需求，本文从课程教学与实验教学以及学校实验平台的建设等几个方面，系统阐述信息光学在相关专业教学与应用中的几点探索与思考，以达到促进信息光学课程建设与教学改革的目的。 关键词 :信息光学，教学模式改革，教学方法创新 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 《信息光学》是在全息术、光学传递函数和激光的基础上从传统的、经典的波动光学中脱颖而出的一门新型学科，通过将数学中的傅里叶变换和通信中的线性系统理论引入光学，使光学的“空域”和通信的“时域”两个不同的领域在信息学范畴内统一起来 [ 1 ] 。此外，信息光学是光信息科学与技术和应用物理学等专业的一门重要的专业必修课程，其目的不仅要使学生掌握信息光学的基础理论、基本知识，而且还要培养学生物理科学素养、信息素养等综合能力，开拓学生的创新思维，激发学生探索和创新精神 [ 2 ] 。笔者通过结合近几年在信息光学课程与实验的讲授过程中遇到的一些问题，以及课下与学生的交流、探讨和思考，提出几点关于对信息光学课程与实验的改革与创新的构想。
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user: 2. 《信息光学》课程与实验教学的现状和存在的问题 2.1. 课堂理论教学脱离实验教学 苏显渝等主编的《信息光学(第二版)》已成为许多高校培养光学相关专业的重要教材 [ 1 ] 。此书重点阐述的是信息光学的基础理论，包括线性系统、标量衍射、传递函数、部分相干理论、全息和信息处理等内容。此教材内容丰富，知识点甚多，且讲解非常详细、完善，对研究生或科研人员来说的确是一本很好的参考书籍，值得深究。但笔者认为，对于普通的高校大学生来说，此教材内容过于复杂，理论部分分析过于深入，公式繁琐抽象，很难理解其中的物理意义 [ 3 ] 。对很多教师来说，对此书有理解难、备课难、讲授更难等问题，大多教师不愿意带这样深奥的课程。此外，教师在对此书的理论讲授过程中主要以介绍书本中的基础知识为主，缺乏将理论知识与实际应用联系起来。在初次介绍到信息光学在现代信息时代中体现出的重要意义，学生们以为能够学到一些与实际挂钩的信息技术，将来能够在社会上有施展的机会。然而，随着理论分析的深入，公式推导过程非常繁琐，部分同学逐渐丧失了对信息光学学习的兴趣，这样信息光学课程就变成了一门无趣的数学课程，这是高校中最普遍的问题。目前，很多高校的信息光学的理论授课和实验教学是分开施教的，且有可能不是同一个教师。这样很难让学生将所学的理论知识与实验原理结合起来，丧失了理论授课与实验教学相结合的意义。 2.2. 实验教学脱离生产实际 目前在很多高校中的信息光学实验教学主要是以实验室观察光学现象为主，大部分实验内容都是涉及到光学的基本知识，而缺乏信息在光学中的体现和设计。很多高校在建设信息光学实验室的过程中，多数是引进国内一些光学公司的配套实验，这些配套的光学实验与普通大学物理实验差异性不大，其实验原理简单，实验课程机械性重复，学生操作性弱，且与实际生产关联性小，让学生难以理解和构想信息光学在现代社会生产实践中的具体应用。这样学生在学习过程中感觉枯燥无味，逐渐丧失对实验的兴趣 [ 4 ] 。因此，高校中的信息光学实验教学部分偏离了最初的教学目的，不能体现出光学信息技术在现代生产中的应用。 2.3. 教学课时安排不合理 信息光学是一门比较难懂但又非常重要的专业课程，它是以应用光学、工程光学和物理光学等课程为基础，所以很多高校将信息光学的教学安排比较靠后，大部分安排在大四上学期，而学生在大四学期主要将时间与精力放在考研和找工作上，因此导致在教学课堂上学生无心听课而复习考研相关课程或缺席请假等现象。学生只是应付上课，而无实际的学习过程。此外，信息光学内容较多，而教学课时不断压缩，真正讲授的内容不到全书的一半，前面的基础理论部分占绝大部分时间，导致后面一些光学全息、计算全息和波前调制等重要的内容没时间讲授。这样就违背了开设信息光学专业课的初衷，在本科教学中没有起到多大的作用和意义 [ 5 ] 。
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user: 3. 《信息光学》课程与实验教学模式改革的构想 如何改善大学生对信息光学课程的学习现状，有效地提高教学质量和调动大学生的学习兴趣，笔者结合自身在信息光学的课程与实验教学中遇到的问题，以及与学生交流得到的反馈信息，谈几点对现有的信息光学课程与实验教学模式的改革与创新的构想。 3.1. 提倡课堂理论与实验教学相结合 针对重点教学内容，采用课堂与实验不分离的互动机制，提高学生学习兴趣，加深学生对新知识的理解。举个例子，在讲授光学全息内容时，首先在课堂上阐述光学全息的原理与技术的应用，然后让学生利用空间光调制器SLM实现光学全息成像过程。这样通过原理引入、实验验证的方法，加深学生对新知识的理解及其应用。另外还可以通过学生亲自动手操作，调动学生学习的积极性，培养学生对信息光学课程学习的兴趣，拓展学生自我探索新知识的能力，并能将理论与实际联系起来。 3.2. 实施“实验室”与“生产厂”相结合方法 在本科实验室教学中，光学类的实验教学模式都是首先让授课教师讲解一遍实验原理，然后操作一遍实验过程，最后让学生按照“记忆性”方法实现实验操作，通过观察实验现象或测量数据完成实验报告。这种方法只能满足学生对所学知识的理解与验证，但无法掌握对所学知识的运用。笔者认为可以加强通过学校与附近相关的生产公司联系，适当的派遣学生走出实验室、走向生产线，将所学的知识运用到实际生产中。这样能够更有效地将理论与实际结合起来，还能学到一些专业性技术，实现教学与技术发展有机结合。此外，学校要加强鼓励大学生参与到大学生创新创业项目训练中，通过实施大学生创新实验项目，促进教育思想观念的转变，强化创新能力训练，而并非固守现有的机械性实验模式。高校实验室的建设要紧密围绕大学生创新创业的项目，确保大学生新想法、新项目能够顺利开展，教师也应参与其中，但主要是作为指导者，指导学生独立完成实验项目。 3.3. 改革不良的教学机制，建立完善的考核机制 高校应及时发现现有教学机制中存在的相关问题，并及时更正。信息光学课程是以光学、工程光学和物理光学等课程为基础，教学安排应紧跟其后，一方面是对这些基础课程知识的巩固，另一方面能够让学生更好的理解与学习。另外在课时安排上，笔者认为也应适当增加课时量，这样能够让学生学习到后面关于信息技术的重要内容。授课教师在讲授前面的基础理论部分不要过于繁琐，理论推导不应过细，要充分结合课件与板书，注重物理概念的建立和物理过程的诠释，深入浅出的介绍光学相应的基本原理，而重点应放在后面的光学全息和计算全息部分，让学生深刻了解光学与信息之间的联系与应用。在改革不良的教学机制的同时，应对学生的学习建立起完善的考核机制。除了理论测试和实验报告的测评，还应要求学生完成一个设计性实验，用来培养和检测学生综合应用知识和动手能力的一种教学方法。通过不同形式和不同要求的设计性实验，充分发挥学生的思维和想象力，以培养学生创新能力。
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user: 4. 结论 《信息光学》的课堂和实验教学模式不应该是一成不变的传统教学模式，而是应该不断融入新知识、新理论、新方法的开放式教学模式。信息光学的课堂教学应与实验教学相结合，而实验教学应与生产实践相结合。课堂与实验教学都应以提高学生学习兴趣和学习效率为教学目的，以培养学生运用知识解决实际问题的能力为教学宗旨，教学活动应积极探索和创新，采用与时俱进的教学方法，利用丰富的教学资源，为国家培养新时代创新型人才。
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user: 摘 要 笔译课程设计需要从笔译教学本质出发，根据笔译任务的本质进行相应教学设计，使教学重点成为课程设计中的核心，其中课程成绩评价体系是课程设计中的重点。本文试图通过思考本科阶段翻译专业笔译课程中过程中需要做什么与不做什么，运用课程成绩评价体系带动课程整体，以优化课堂管理，提升教学效果。 关键词 :课程设计，评价，笔译课程 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 笔译要站在原文作者的角度服务于目的语读者，学习者需要在学习初始就理解这一点。笔译任务千差万别，现实中笔译教学千头万绪，但师生均应从上层逻辑建立起对笔译本质的把握，明白翻译质量是笔译任务的根本，才能应对各种现实情况。笔译课程设计中的评价体系是链接教师与学习者之间的关键环节，如果评价设计合理，那么一方面可以满足学习者的需求，帮助学生认识到翻译质量的重要性，保障学习效果；相反，如果评价设计不合理，会影响整体课程推进，所以可以说评价环节是课程设计的关键阶段 [ 1 ] 。
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user: 2. 文献综述 笔译的本质在于笔译质量，笔译课程成绩评定的关键在将翻译质量评价放在课程成绩评价的核心。教师的理论在教学中的运用，翻译文本质量及笔译能力的动态监控。教师个人理论的形成是课程设计中重要组成部分 [ 2 ]，直接影响教师对翻译质量的把握，进而主导课程评价体系整体设计。 有教师提出从翻译问题解决的角度关注学习者笔译能力动态发展 [ 3 ]，并提出分析框架，但是在本科教学实践(16周课，每周2学时)课程时间限制以及35人的班型，这种深度考察分析量过大，点评存在滞后性。另外，这种分析框架关注学生翻译产品本身，无法体现翻译过程中遇到的问题。相类似的还有评价框架提出采用模糊数学方法结合翻译质量进行译文评价 [ 4 ]，“依据文本类型和模糊数学，三大翻译标准(准确、流畅、得体)及六项参数(词汇、句型、语篇、语言、体裁、风格)分别被赋予不同权重和一定分值，可以对译本进行宏观与微观、定性与定量相结合的评估。”这个评价方法忽略了现实中的学生译本的多样性，基于产品而非过程在于事后分析，忽略了翻译过程中创造性的部分以及动态变化的部分。 在此基础上，笔者更倾向于简洁的评分体系一目了然，进行传统的优良中差四等级 [ 5 ]，这样的评价体系使学生者注意力放在翻译过程及翻译能力发展上。虽然翻译能力定义未达成共识 [ 6 ]，但可以引入市场认可和翻译译审校认可度作为评价要素。用审校的迅速反馈让学生了解什么叫胜任，通过课堂反馈查找自己的翻译产品与市场认可的差距。重点是连贯合理不变的评价体系可以让学生明白 [ 7 ] 翻译质量的要求，同时也保障学习者逐步成为独立译者。 本科翻译教学的原则和方法 [ 8 ] 中，提出笔译教学的五个板块：“1) 译前资料查找方法，与专家或客户间沟通能力；2) 翻译项目的组织和管理能力；3) 各类文本的阅读理解、综述能力和翻译写作(编译)能力；4) 文字图像等版面处理能力；5) 审校和编辑能力”。上述原则强调了笔译的实践特征，可以纳入课程成绩评价体系中作为指导。
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user: 3. 现存问题 通过对学生和部分教师的调查走访和实地听课，了解到翻译教师的笔译课程成绩评定方法主要有如下操作：单次笔译作业，老师会在个别词、句下划线，一般不给分数；有时老师会写出改译建议和评语。教师访谈中反映说作业批改量大，关于教师个人理论，回答是遵循教学大纲进行授课，没有明确理论指导；听课中发现教学大纲和课程具体授课内容不符的情况普遍，教师往往有自己的“隐藏的教学大纲” [ 9 ] 。教学大纲中，不涉及翻译质量的标准。 综上，笔译教学评价体系存在的问题可以总结为：首先，未将笔译翻译质量作为首要指导原则，具体操作中注重具体语言点的改错，缺乏理论高度及实践适用度；其次，课程设计中的关键环节评价体系未能满足学习需求和教学管理需求。本项改革重点在于平衡翻译质量评价模式存在的问题 [ 10 ] ：将评价中的主观性合理化，提供符合翻译市场实践的评价标准同时，建立科学实用的成绩评价体系。