DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 实验研究及分析 3.1. 脉冲峰值电压对生成过氧化氢的影响 本实验对脉冲峰值电压的变化对生成过氧化氢的影响进行了研究。实验条件选为脉冲峰值电压分别为22 kv、24 kv、26 kv、28 kv、30 kv，脉冲重复频率为50 Hz，通气速率为60 ml/min，放电针与接地电极的相对距离为5 mm，溶液电导率为400 us/cm，放电溶液体积为300 ml，放电极直径为2 mm，放电时间分别为15 min、30 min、45 min、60 min。脉冲峰值电压的变化对生成过氧化氢量的影响如图3所示。 由图3可知，在相同的放电时间条件下，随着脉冲峰值电压的升高，过氧化氢的生成量逐渐增加。这是因为随着脉冲峰值电压的增大，平均电场增强，反应器中生成的活性物质增多，这有利于过氧化氢的生成。在保持脉冲峰值电压不变的情况下，放电时间的延长，生成的过氧化氢量增加。这是因为放电时间越长，注入反应器的能量增加，致使生成的过氧化氢浓度增大。 3.2. 脉冲重复频率对生成过氧化氢的影响 本实验对脉冲重复频率的变化对生成过氧化氢的影响进行了研究。实验条件选为脉冲峰值电压为26 kv，脉冲重复频率分别为50 Hz、60 Hz、70 Hz、80 Hz、90 Hz，通气速率为60 ml/min，放电针与接地电极的相对距离为5 mm，溶液电导率为400 us/cm，放电时间分别为15 min、30 min、45 min、60 min。脉冲重复频率的变化对生成过氧化氢量的影响如图4所示。 由图4可知，在相同的放电时间条件下，当脉冲放电重复频率增加时，过氧化氢的生成量逐渐增加，这是因为脉冲重复频率是反应在一定条件下单位时间内向反应器中放电的次数，当脉冲重复频率增加时，向反应系统中输入的能量也会增加，在相同的时间内，放电次数增多，致使形成的过氧化氢的含量增多。 3.3. 通气速率对生成过氧化氢的影响 本实验对通气速率的变化对生成过氧化氢的影响进行了研究。脉冲峰值电压为26 kv，脉冲重复频率为70 Hz，通气速率分别为40 ml/min、50 ml/min、60 ml/min、70 ml/min、80 ml/min，放电针与接地电极的相对距离为5 mm，溶液电导率为400 us/cm，放电时间分别为15 min、30 min、45 min、60 min。通气速率的变化对生成过氧化氢量的影响如图5所示。 由图5可知，在相同的放电时间条件下，随着通气速率的增大，过氧化氢的生成量逐渐增加。这是因为随着通气速率的增大，放电溶液中溶解氧的含量增加，放电起晕电压降低，放电通道更易形成，反应器里的电场增大，反应器中会生成更多的过氧化氢。 3.4. 放电溶液电导率对生成过氧化氢的影响 本实验对放电溶液电导率的变化对生成过氧化氢的影响进行了研究。实验条件为脉冲峰值电压为26 kv，脉冲重复频率为70 Hz，通气速率为60 ml/min，放电针与接地电极的相对距离为5 mm，溶液电导率分别为2.30 us/cm、200 us/cm、400 us/cm、600 us/cm、800 us/cm，放电时间分别为15 min、30 min、45 min、60 min。放电溶液电导率的变化对生成过氧化氢量的影响如图6所示。 由图6可知，在相同放电时间内，随着放电溶液电导率的增加，过氧化氢的生成量增大。这是因为随溶液电导率的增加，溶液的导电性能增加，放电电流增大和流注长度增长，这有利于活性物质的生成，过氧化氢的生成量也随之增大。当溶液电导率由400 us/cm增大到600 us/cm时，过氧化氢的生成量显著增加，增大溶液电导率到800 us/cm时，过氧化氢的生成量继续增加，但与溶液电导率为600 us/cm时相比，过氧化氢增加的速率减小。这说明随着溶液电导率的增加，溶液电导率对生成过氧化氢的影响减小。 图3. 脉冲峰值电压对生成过氧化氢的影响 图4. 不同脉冲重复频率对生成过氧化氢的影响 图5. 通气速率对对生成过氧化氢的影响 图6. 放电溶液电导率的不同对生成过氧化氢的影响 通过以上实验数据分析，发现在脉冲峰值电压为30 kV，脉冲重复频率为80 Hz，通气速率为60 ml/min，放电极与接地电极的相对距离为14 mm，溶液电导率为600 us/cm，放电时间为45 min时，过氧化氢的生成量可达到20 umol/L。在此放电条件下，过氧化氢的浓度可以杀灭大多数的微游生物和细菌。
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user: 4. 总结 1) 在气液两相高压脉冲放电过程中增加脉冲峰值电压或增加脉冲重复频率均可增加过氧化氢的生成量。 2) 放电时间对生成过氧化氢有影响，随着放电时间的延长，过氧化氢的生成量均增加。 3) 溶液电导率对过氧化氢的生成有影响。随着溶液电导率的增大，过氧化氢的生成量增加。当溶液电导率由400 us/cm增大到600 us/cm时，过氧化氢的生成量显著增加，增大溶液电导率到800 us/cm时，过氧化氢的生成量继续增加，但与溶液电导率为600 us/cm时相比，过氧化氢增加的速率减小。这说明随着溶液电导率的增加，溶液电导率对生成过氧化氢的影响减小。
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user: 摘 要 量子自旋霍尔效应是拓扑绝缘体(HgTe)中固有的现象，我们研究了不同结构的低维HgTe拓扑绝缘体材料在磁场下的能谱，经研究发现无论是方形量子点还是盘状量子点都有边缘态的存在，并且这些无需磁场存在的边缘态是一个很稳定的结构性质。但是在其施加外磁场时出现的是量子霍尔效应，即在磁场下HgTe量子点的边缘态都将受到影响，尤其是盘状的HgTe量子点在磁场下其边沿处电子都往同一方向运动。所有这些物理现象主要是由于磁场破坏了时间反演对称性而导致。 关键词 :拓扑绝缘体，边缘态，磁场
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user: 1. 绪论 拓扑绝缘体是最近发现新型的量子态物质[ 1 ] -[ 4 ] ，由于拓扑绝缘体独特的物理特征，不管是在理论上还是实验上都引起了人们很大的关注。拓扑绝缘体由于受到时间反演对称性的保护，在其能谱结构中是一个在内部电子能态是具有能隙的绝缘体，但是在表面却是无间隙的边界态或边缘态，故拓扑绝缘体的能带结构可由Z2拓扑不变量来刻画。同时拓扑绝缘体中的边缘态在背散射中是受保护的，所以其产生电流沿着边沿通道上运动是不会产生耗散的。故在拓扑绝缘体是一种本身就存有量子自旋霍尔效应的材质，这在电子自旋学领域产生了很大的兴趣。由于理论方面上的发展，首次在HgTe系统上发现了拓扑绝缘体的特征，并在实验上也得到了证实，从此以后许多拓扑绝缘体得到急剧的发展。二维(CdTe/HgTe/CdTe)量子阱中发现随着HgTe量子阱阱宽 的不断变化，其能带结构也发生了变化 [ 5 ] ，即 时，其能带结构是s-型 带所在位置是低于p-型 带，这与常规的绝缘体的性质没有区别；但是 时，在HgTe量子阱中的能带结构出现了翻转的现象，s-型 反而是位于p-型 之上 [ 6 ] - [ 8 ] ，所以也常常将拓扑绝缘体材料称为反常带隙半导体材料，其中 是临界厚度。在反常带隙半导体材料中，由于导带和价带的强烈混合，将导致极强的自旋轨道耦合。这样强的自旋轨道耦合将导致强烈的自旋劈裂和拓扑边缘态的出现。HgTe拓扑绝缘体在其内部是绝缘体同时在其表面显示的却是导体特性，故HgTe量子阱边界处的能带结构表现出的是一种无带隙的特点，又由于时间反演对称性的保护，在拓扑绝缘体的表面稳定地存在贯穿带隙的边缘态或表面态 [ 9 ] 。 在均匀磁掺杂或者施加磁场能够使受时间反演对称性保护的无间隙边缘态变成具有能隙的态 [ 10 ] 。Bi 2 Se 3 拓扑绝缘体的纳米带在轴对称的磁场将表现出Aharonov-Bohm (AB)震荡 [ 11 ] 。这些反常AB震荡特征是考虑到拓扑绝缘体的表面态和磁通量之间耦合作用而出现的 [ 12 ] [ 13 ] 。此外在理论上研究已经表示在磁场下的HgTe/CdTe量子阱从量子霍尔效应到量子反常霍尔效应拓扑绝缘体的相位也发生了转变 [ 14 ] [ 15 ] 。同时在二维拓扑系统通过AB效应模型理论模拟显示出磁通量同样影响着无间隙边界的输运性质 [ 16 ] 。高限制系统里如盘状拓扑绝缘体量子点，无间隙边缘态随着角动量变成了离散的能态形式，同时电子态密度分布呈现的是环状，利用量子点的这些特征有望观测到AB效应来检测边缘态的存在 [ 17 ] 。而对于不同形状在磁场下的输运特性如方形量子点和盘状量子点具有许多一致的特征，其遂穿效应系数随着磁场的变化呈周期性的变化 [ 18 ] 。因此对于磁场下的拓扑绝缘体表现出的许多特性值得我们进一步的研究。 本文从理论上研究了低维拓扑绝缘体在磁场下的边缘态特性，HgTe量子阱中子能量随着波矢k变化的分布成线性关系，我们发现方形的和盘状的HgTe量子点都是具有边缘态存在。当通过施加外磁场的时候，能够破坏拓扑绝缘体的时间反演对称性，量子阱中的能量随着波矢k变化的分布失去了线性关系。同时发现磁场使盘状HgTe量子点和磁性的盘状HgTe量子点的边缘态都失去了对称性，即在边界处的沿顺时针和逆时针两个方向运动的电子将被过滤掉其中一个方向的电子，从而实现量子霍尔效应。此研究能够为微电子器件的制造提供有利的物理条件。
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user: 2. 理论基础 本文采用的拓扑绝缘体有效哈密顿量是由微扰理论而推导出的，该有效哈密顿量可以精确的描述能带结构。我们先从6-带体Kane模型开始推演，它主要包括以下六个原子基态且每个单元胞都包括六部分的自旋量即： (1) 这六带中包含三个子带： ， 和 ， 子带离 ， 较远，我们忽略掉它，于是就剩下了一个有效4-带模型。在 点处平行的动量 ， 还是好量子数，在这一点 的子能带的态是由 和 两个态线性结合而形成的，而 子带态是由 态组成的。由于 态是偶宇称，而 态是奇宇称，这两种态之间的耦合矩阵元必须是关于平行动量 的奇函数。考虑到这些对称性，我们得到了有效哈密顿量的一般形式，以 ， ， ， 为四个基可以表示为： (2) 其中 为泡利矩阵， 是厄米矩阵，它的形式是由时间反演对称决定的，从上式的对称性可知， 是关于 的偶数函数，而 和 是关于 的奇数函数，因此我们一般将它们按下面形式展开： (3) (4) (5) 其中 ， 为二维平面内的动量， 为材料参数，它们都是取决于材料的结构，而 则是狄拉克质量参数，它是一个重要的参量，因为对于不同的 值则表现出不同的能带结构：当 ， 型的 带在 型的 带上，即一般常见的半导体材料(如GdTe)的能带结构；当 ， 型的轨道在 型轨道下面即出现了反常带隙的半导体 [ 6 ] 。 若在方形量子点沿着Z方向施加外磁场的时，其二维平面内的动量为 (6) 其中 和 分别是 ， 量方向的磁矢势，它们分别可以表示为 和 ， 为施加外磁场的磁感应强度。 对于有限深势阱的电子分布情况我们可以将其用无限深的量子阱来拟合，同样对于方形的拓扑量子点的模型主要是用二维的无限深量子阱，分别在 ， 两方向进行拟合。我们要探究方形HgTe量子点的 特性用的有效哈密顿量仍是(2)，但其本征值和本征矢 可以通过 求得，其中 为二维无限深势阱波函数，而无限深势阱的 ， 方向上的阱宽度 分别为 。对于电势 应满足：有限深的二维量子阱的电势 ，而在无限深量子阱内 ，其中有限深量子阱在 ， 两方向的宽度分别为 。现我们将空间直角坐标系中 在 方向无限缩小，而 ， 两方向上的尺寸也缩小到小于100 nm，即形成方形量子点。 对于盘状的拓扑量子点主要在HgTe的异质结构中利用蚀刻技术形成的。而低能电子态是由四带具有横向限制 ， ， ， 四个基态的有效哈密顿量来描述的，其形式与方程(2)式是完全相同的 [ 2 ] 。该结构形成类似于在圆面半径为 的圆柱体在Z圆柱高方向上无限缩小的结果。故本文对于盘状拓扑量子点的研究采用的是柱坐标，而量子点的限制电势 ： 时， ，而 时 为 ，其中 为底面圆的半径。其本征函数和本征矢可以通过波函数 展开式而得到， 展开系数，基函数 能够展开成 ， 是圆柱形贝塞尔函数 的第一类中第 个零点， 是角动量的好量子数。而盘状(HgTe)拓扑量子点在Z轴方向上加磁场，波矢 则写成： (7) (8) 其中： (9) 是磁矢势，磁感应强度 ，故(7)式和(8)式带入矩阵(2)中，再利用不加任何外在条件的拓扑量子点的相关函数，可得加磁场之后拓扑量子点的电子能量随着角量子数变化的能谱图及相应的电子分布情况。本文在计算拓扑量子点采用的参数则是 ， ， ， ， 。
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user: 3. 结果讨论 为了研究外磁场对拓扑绝缘体材料的边缘态特征的影响，首先在图1中给出了HgTe拓扑量子阱基态能谱图，其子能带中的E 1 主要是电子为主的而H 1 则主要成份是空穴，它们的能量分布随着波矢k变化的关系图由图1(a)中可以知道，在没有施加磁场的情况下它们成的是线性关系，这是Dirac能谱的特性。但是在有外磁场存在的情况下由图1(b)可以看出其能量和波矢k失去了线性关系，即拓扑量子阱的边缘态遭到了破坏，这主要是由于外磁场破坏了拓扑量子阱中的时间反演对称性。同时由于外加磁场情况下拓扑量子阱发生了巨Zeeman效应作用，空穴和电子的能量也相应的变大。 图2是在无施加任何外界条件下的方形HgTe量子点的能谱图和电子分布图。狄拉克质量 时方形量子点的能谱图如图2(a)所示，而图2(b)是在图2(a)中红色箭头所指点相应的电子分布图，而图2(c)是与图2(a)相同的方形量子点，不同的是 情况，同样的图2(d)指的是在图2(c)中红色箭头所指点相应的电子分布图。由图2(b)可以看出方形的量子点在 时候，电子也是主要是位于边沿处，并且趋 图1. HgTe 量子阱中子能带E1(红色)和H1(黑色)随着波矢k变化的关系图。(a) 磁场B = 0 T；(b) B = 0.5 T。其中量子阱的阱宽d = 7 nm 图2. 方形HgTe量子点的能谱图(a) (c) (b)在图2(a)中红色箭头所指点的电子分布图(d)则是在图2(c)中红色箭头所指点的电子分布图。其中 ， ，且 向于方形量子点的四个角，这跟一维的拓扑量子线的电子是跑向两端的即集中到分离的两个点上情况是一样的，这也就说在低维下拓扑量子点的电子不仅向边沿处集中还更加喜欢往边缘较尖锐的地方集中。这主要是由于在较为尖锐的位置其能量较低，所以图2(b)电子分布图主要集中在四个角上。而盘状的拓扑量子点因为其边沿的曲率是一样的，所以电子是均匀的分配在边沿上，从Z轴方向看，就如绕着盘中心而成的环形电子流。而由图2(d)可知在 的情况，方形量子点的电子则主要是分布在量子点的中心处，与一般半导体量子点相似。故对于方形HgTe量子点，在无任何外加条件下，它们具有相同的特性，即 时具有边缘态， 时不再具有边缘态。 图3所示的是盘状HgTe量子点(即无掺杂也无施加外场的情况)的能谱图及相应的电子分布情况图，我们发现盘状量子点的能谱图是无间隙的且跟角动量 的关系成近似线性关系，这主要由于在二维拓扑绝缘体材料的边缘态是呈线性分布的，并且沿着量子点边界处的边缘态是量子化的。此外由于在二维拓扑绝缘体材料中的边缘态能量分布也是线性分布，因此量子化的离散态也与 成线性关系，其中 是拓扑量子点的周长。这些特征使得在拓扑量子点中的边缘态(已在图3(a)中用红色的小方框标出)相应的能级几乎是等间距的。为了更加清楚的表示这点，我们在图3(b)中给出了边缘态的电子分布我们也可以看出在拓扑量子点中呈现的密度分布是环状的。而在拓扑量子点中的其它的点的能态为量子点的体态，因为它们的性质与常规的半导体是相同的。 由此从图2和图3可以知道，方形拓扑量子点与盘状拓扑量子点一样都是具有边缘态的。而且方形量子点和盘状量子点的边缘态与角动量 成线性分布，那是因为这样结构中的哈密顿量受到时间反演对称性的保护，所以边缘态不受量子点的结构影响，这样在利用边缘态的特性来构造零维拓扑结构量子器件的时候会比较容易实现。而对于体态而言，方形和盘状量子点由于结构对称性不同，体内的电子态能谱是不相同，但也都呈绝缘态。 盘状拓扑量子点的边缘态在磁场下的特性研究，首先在垂直于盘状拓扑量子点的盘面方向上施加外磁场之后，其量子点的能谱就不再对称了如图4(a)。发现只有在角量子数小于零的部分保持存在边缘态的情况，而角动量 对应的部分不再有边缘态存在。这是由于磁场破坏了时间反演对称性，使得在拓扑量子点的边界处沿着顺时针方向转的电子消失不见了，只剩下了沿着逆时针方向转的电子了[ 17 ] ，反之要是外磁场是沿着Z轴的负方向，拓扑量子点中的电子也就变成只有沿着顺时针方向的。由此通过改变外磁场的方向能够筛选出不同方向运动的电子。其中边缘态的电子的自旋态已在图4(a)中分别用红色方框框出(自旋向上)和蓝色圈圈圈出(自旋向下)。可见外磁场对自旋向上与自旋向下的边缘态的作用是一样的。由图4(b)电子分布图，发现外加磁场对狄拉克点的电子分布图产生的影响并不大。那是由于磁场的方向只影响了 的边缘态，而对 的边缘态没有产生影响。此外经研究发现不同大小的量子点外加磁场要破坏拓扑量子点的时间反演对称性，半径越大的拓扑量子点所需的外加磁场越小，反之半径越小的则所需的磁场就越大，即与拓扑量子点的半径成反比关系其因为磁场产生洛伦磁力与半径成反比。 我们继续研究了掺入磁离子的拓扑量子点对边缘态的影响。图5给出的是掺杂磁离子在拓扑量子点的中央位置时的能谱图及相应的电子分布图，从图5(a)中可以看出，掺杂磁离子在拓扑量子点的边缘态基本没有变化但是在能谱的中间位置 处的边缘态产生了变化，角动量 处量子点的能级出现了简并态，该处的能量由于量子点的体态和磁性离子的sp-d相互交换作用而产生的影响。这是由于 的电子态主要集中在磁离子的附近，因此sp-d交换作用比较大。图5(b)中给出的掺杂单个磁性离子的拓扑量子点在磁场下的能谱图可以知道，施加外磁场对磁性拓扑量子点的边缘态的电子同样是可以起到筛选的作用。即从图5(b)中可以知道在角动量 时其边缘态已消失不见了，只有在角动量 部分边缘态依然存在着。由此可知此时的拓扑量子点存在量子霍尔效应。除此之外，分别在图5(a)，图5(b)中被绿色圈出的部分可知磁场不仅对边缘态发生了作用，还影响了磁性拓扑量子点的体态，即在角动量 处的体态能级与无施加外磁场时的相同磁性拓扑量子点图5(a)中显示的有很大的不同。这主要是由于外磁场存在时，使其拓扑量子点的相位在角动量 和 的两部分是不一样的，故这两部分的体态也是不对称。对于掺杂磁离子的量子点，角动量 的边缘态是不受影响的，只对 附近的边缘态产生 图3. 盘状HgTe量子点在没有外磁场的情况下能谱随着角动量变化的关系图(a)，其中用红色的小方块标出的是边缘态；(b)是(a)中红色箭头所对应点的电子分布图情况，量子点的半径R = 50 nm 图4. 与图2相同的HgTe量子点，但是存在磁场B = 2 T的情况下的能谱图(a); (b)为(a)中红色箭头所指点的相应电子分布图 图5. (a)掺杂磁离子在HgTe量子点中央位置的能谱图，(b)是和图5(a)相同的，不同的是存有磁场B = 2 T。其中在边缘态处被红色方块标出和蓝色圈圈出的分别表示自旋向上和自旋向下态 作用。所以掺杂磁离子的拓扑量子点的边缘态仍然很好地保持了边缘性质不受影响。磁场仍然可以筛选不同 的边缘态。
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user: 4. 结论 我们从理论上研究了磁场对HgTe量子阱和量子点的边缘态特征的影响。研究发现由于施加的磁场破坏了时间反演对称性，在磁场下拓扑量子阱的电子和空穴的能量与波矢k失去了线性关系。同时边缘态的磁特性对不同结构的低维拓扑材料是没有很大的区别的，即边缘态是很稳定的材料特性。更有趣的是不管是盘状HgTe量子点还是掺杂磁离子的盘状HgTe量子点在磁场下能够实现由量子自旋霍尔效应向量子霍尔效应的转化，此时盘状HgTe量子点的边缘态也都失去了对称性，即施加外磁场能够对沿着量子点边界两个不同方向运动的电子进行了筛选，存在拓扑绝缘体表面通道上电子都是往同一方向运动掺磁的量子点的边缘态受到部分影响，这与磁离子的位置有关系。这些结果不仅能够为边缘态的控制提供途径同时还有可能应用于拓扑微电子选择器的制作。
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user: 摘 要 文章通过工程实例借助ABAQUS有限元软件，建立CRCP板的路面模型，通过调整路面结构系数，包括CRCP层厚度、C35调平层厚度、地基反应模量大小，进行路面结构响应的参数敏感性分析。分析不同结构设计方案对CRCP板受力的影响，进一步探讨分析、验证和优化设计方案，对于今后连续配筋混凝土路面关键技术的高速发展具有重要意义。 关键词 :CRCP，模型建立，参数分析，设计优化
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user: 1. 引言 连续配筋混凝土路面(CRCP)是高性能混凝土路面的重要类型之一，其纵向连续配置足够数量的钢筋，施工时不设接缝，但在降温和干缩作用下会产生许多横向随机裂缝。由于钢筋的约束作用，CRCP的裂缝能继续保持紧密接触，使裂缝宽度很小，确保了荷载的传递，防止雨水侵入锈蚀钢筋，就如同无缝的路面一样。 CRCP除了具有行车舒适，承载能力高，经久耐用，养护维修少等显著优点外，在某些特殊条件下更能显示出其它路面无法比拟的优越性。此外，AC + CRCP复合式路面结构，以CRCP作为承重层，用沥青混合料面层改善路面的服务性能，既有CRCP路面承载力高，使用寿命长，抗车辙能力强的特性，又有沥青路面行车舒适、噪音小和易养护的优点。
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user: 2. 工程概况 湖州市外环北路长田漾大桥现浇桥台采用组合式桥台，承台接墙身、拱座，承台厚2.0 m，直接支承于桩基，桩基直径120 cm，半幅桥一个桥台设置18根桩，桩距横向4.5 m，纵向3.1 m。全桥采用实腹式钢筋混凝土半圆无铰板拱，拱圈宽23.3 m，矢跨比均为1:2；拱圈钢筋除通长配筋外，在跨中底缘、墩顶上下缘均根据计算需要对钢筋进行了加密。拱圈拱脚设C35素混凝土护拱；侧墙顶宽40 cm，外壁与主拱圈平齐，内壁为1:0.2斜坡。拱上填料采用泡沫混凝土，桥面结构层采用C40不等厚素混凝土调坡层+22 cm厚C40连续配筋混凝土，最后铺筑9 cm沥青混凝土。全桥上部结构设计采用Midas空间有限元结构分析软件，下部结构计算采用下部结构综合程序进行计算，并考虑上下部结构的共同作用。
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user: 3. 有限元模型的建立 连续配筋水泥混凝土路面有限元建模的应力分析，主要考虑三种材料(混凝土、钢筋和地基)和两种界面(钢筋和混凝土、混凝土板与地基)的特性[ 1 ] 。本文研究中假设三种材料都是弹性材料，以弹性模量和泊松比表征各自特性即可。 3.1. 地基模型选取 常见的地基模型主要有Winkler地基和弹性半空间地基两类。如果采用弹性半空间地基，则建模过程中需要建立相当厚度的实体模型，这不仅大大增加了计算求解过程中的单元数量，还需花费大量时间进行基层底面与地基顶面的层间接触分析，有可能还会出现计算不收敛的问题。因此，本文仅将CRCP层和C35调平层建立实体模型，调平层以下各结构层简化为Winkler地基模型，这也符合实际地基的横向联结作用远小于半刚性基层的特点。 3.2. 钢筋和混凝土板之间的界面 连续配筋水泥混凝土路面板是小挠度板，混凝土与钢筋在使用期内长期处于弹性工作阶段，钢筋与混凝土之间不产生滑动。因此，对于钢筋直径较小且分布均匀的CRCP路面来说，可以认为钢筋与混凝土之间的粘结状况是理想粘结，即完全粘结 [ 2 ] 。 3.3. 混凝土板和地基之间的界面 实地观测结果表明，相当长的连续配筋混凝土路面路段中间部分的位移很小。由于浇注过程中混凝土和地基表面之间的握裹结合，认为板翘曲变形时，地基会对板体产生拉力作用。本文主要研究路段中部大部分区段，认为路面板和地基之间不产生相对位移，在弹性半空间地基模型中，假定混凝土与地基之间粘结完全协调。 3.4. 车辆荷载及其分布 行车计算荷载采用规范规定的单轴标准双轮轴载100 kN，胎压为700 kPa。假设车辆轮载均匀分布于接触面上，接触面积的大小与接触压力有关 [ 3 ] 。每个车轮与路面接触的大体形状可由1个矩形和2个半圆形组成，其接触面积为： (1) (2) 式中，L——轮迹长度，m；F——单轮轮重；kN；P——单论胎压；kPa。 为便于计算，将此椭圆形接触面可以进一步简化为等宽的单一矩形 ，则 (3) 经计算的 ， 。考虑到有限元网格划分的简便性以及荷载横向分布的实际情况，单轴双轮荷载横向分布及等效面积如图1所示。 分析中荷载采用单轴双轮100 kN组成标准轴载，荷载作用位置分别为裂缝边缘中部和板角位置。 3.5. 材料参数选取 钢筋选用HRB335螺纹钢筋，混凝土强度等级C35，如表1所示。 图1. 有限元模型单轴双轮荷载横向分布及等效面积示意图 Table 1 Material parameter valu 材料 反应模量K/MPa∙m − 1 弹性模量E/Pa 泊松比μ 砼抗拉强度和钢筋屈服强度/MPa 线膨胀系数α 自重ρ/g/cm 3 混凝土 — 3.1E+10 0.15 3. 22 1.1E−5 2.400 钢筋 — 2.0E+11 0.28 335 9.0E−6 7.800 Winkler 2400 — — — — — 表1. 材料参数取值 3.6. 有限元模型的确立 因为现有规范设计体系的局限性，参照普通水泥混凝土路面设计CRCP板厚时，需要用到板的平面尺寸，而规范中只含糊说明参照普通水泥混凝土路面设计，因此需要取一个虚拟平面尺寸，比如：长5 m × 宽4 m，从CRCP的裂缝间距来看，其横缝间距应小于1.8 m (根据CRCP设计控制指标)，而纵缝间距则与施工方式有关，参照维特根滑模摊铺机相关参数，一次摊铺宽度在3.5~16.0 m之间，本项目单幅宽度为23.5 m，将纵向接缝控制在车道分割处，可考虑7.5 m + 7.5 m + 8.5 m的施工方式，因此最大宽度为8.5 m。计算时仍采用长5 m × 宽4 m的假定。模型示意图如图2所示。
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user: 4. 参数敏感性分析 通过调整路面结构系数，包括CRCP层厚度、C35调平层厚度、地基反应模量，进行路面结构响应的参数敏感性分析。 4.1. CRCP层厚度影响 选取18 cm、20 cm、22 cm、24 cm、26 cm五种厚度的CRCP板，对比分析CRCP板厚对路面结构力学响应的影响。分析中仅调整面层厚度，其他路面结构参数保持不变。CRCP板的力学响应计算结果如表2所示，变化规律如图3和图4所示。 从以上图表可知： 无论荷载作用在边缘板中还是边缘板角位置，随着CRCP板厚的增大，CRCP板的最大拉应力和最大竖向位移均明显减小。CRCP板厚由18 cm增加到26 cm，边缘板中位置的最大拉应力减小了40.8%、最大竖向位移减小了30.2%；边缘板角位置的最大拉应力减小了27.6%、最大竖向位移减小了28.2%。可见增大CRCP板厚可以明显减小CRCP层的力学响应。 当CRCP板厚达到22 cm时，CRCP层的力学响应符合板的受力要求，同时又相对比较经济。 4.2. C35调平层厚度影响 选取0 cm、2 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm六种厚度的C35调平层，对比分析C35调平层厚度对路面结构力学响应的影响。分析中仅调整C35调平层厚度，其他路面结构参数保持不变。 CRCP板的力学响应计算结果如表3所示，变化规律如图5和图6所示。 从以上图表可知： 无论荷载作用在边缘板中还是边缘板角位置，随着C35调平层厚度的增大，CRCP板的最大拉应力和最大竖向位移均明显减小。C35调平层厚度由0 cm增加到10 cm，边缘板中位置的最大拉应力减小了64.9%、最大竖向位移减小了30.8%；边缘板角位置的最大拉应力减小了65.7%、最大竖向位移减小了27.7%。可见增大C35调平层的厚度可以明显减小CRCP层的力学响应。 当C35调平层厚度为0时，CRCP层的力学响应仍然符合板的受力要求，所以在实际施工中，只需按照最小的构造要求施工即可。 图2. 模型示意图 图3. 最大拉应力随CRCP板厚变化规律 图4. 最大竖向位移随CRCP板厚变化规律 图5. 最大拉应力随C35调平层厚度变化规律 图6. 最大竖向位移随C35调平层厚度变化规律 Table 2 The mechanical response calculation results of CRCP plat CRCP板厚(cm) C35调平层 厚度(cm) 地基反应 模量(MPa) 荷载作用位置 边缘板中 边缘板角 应力(Mpa) 位移(mm) 应力(Mpa) 位移(mm) 18 0 2400 1.473 0.063 2.342 0.078 20 1.259 0.057 2.159 0.071 22 1.085 0.052 1.992 0.065 24 0.944 0.048 1.823 0.060 26 0.872 0.044 1.695 0.056 表2. CRCP板力学响应计算结果 Table 3 The mechanical response calculation results of CRCP plat CRCP板厚(cm) C35调平层 厚度(cm) 地基反应 模量(MPa) 荷载作用位置 边缘板中 边缘板角 应力(Mpa) 位移(mm) 应力(Mpa) 位移(mm) 22 0 2400 1.085 0.052 1.992 0.065 2 0.780 0.048 1.526 0.060 4 0.596 0.044 1.279 0.057 6 0.484 0.041 1.024 0.053 8 0.419 0.039 0.830 0.050 10 0.381 0.036 0.684 0.047 表3. CRCP板力学响应计算结果 Table 4 The mechanical response calculation results of CRCP plat CRCP板厚(cm) C35调平层 厚度(cm) 地基反应 模量(MPa) 荷载作用位置 边缘板中 边缘板角 应力(Mpa) 位移(mm) 应力(Mpa) 位移(mm) 22 0 30 2.558 0.811 4.271 0.981 90 2.107 0.404 3.671 0.476 270 1.693 0.201 3.105 0.241 810 1.360 0.102 2.541 0.124 2400 1.085 0.052 1.992 0.065 表4. CRCP板力学响应计算结果 图7. 最大拉应力随地基反应模量变化规律 图8. 最大竖向位移随地基反应模量变化规律 4.3. 地基反应模量影响 选取30 MPa/m、90 MPa/m、270 MPa/m、810 MPa/m、2400 MPa/m五种大小的地基反应模量，对比分析地基反应模量对路面结构力学响应的影响。分析中仅调整地基反应模量大小，其他路面结构参数保持不变。 CRCP板的力学响应计算结果如表4所示，变化规律如图7和图8所示。 从以上图表可知：无论荷载作用在边缘板中还是边缘板角位置，随着地基反应模量的增大，CRCP板的最大拉应力和最大竖向位移均明显减小。地基反应模量由30 MPa/m cm增加到2400 MPa/m cm，边缘板中位置的最大拉应力减小了57.6%、最大竖向位移减小了93.6%；边缘板角位置的最大拉应力减小了53.4%、最大竖向位移减小了93.4%。可见增大地基反应模量可以明显减小CRCP层的力学响应。 本次施工，拱上填料以泡沫混凝土替换了一般的填土，使其地基反应模量明显增大，较好的改善了CRCP层的受力状况。
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user: 5. 结语 通过调整路面结构系数，包括CRCP层厚度、C35调平层厚度、地基反应模量，进行路面结构响应的参数敏感性分析，发现： 1) 增大CRCP板厚可以明显减小CRCP层的力学响应。 2) 增大C35调平层的厚度可以明显减小CRCP层的力学响应。 3) 增大地基反应模量可以明显减小CRCP层的力学响应，较好的改善了CRCP层的受力状况。 连续配筋水泥混凝土路面(CRCP)是在纵向连续配置足够数量的钢筋，施工时不设接缝的一种高性能混凝土路面结构。以其显著的优点，在交通运输日益大流量、重型化的发展趋势下，应用前景十分广阔。
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user: 摘 要 本篇论文是希望藉助SAS MACRO程序，提出一个能解决建立多项式模型上的困恼。多项式模型在统计分析上一直是被忽略的，这可以很清楚的知道因为在所有的统计分析的出版品中很难找到以多项式回归为主提的例子。这原因无非是无法解决大量变量的模型建立与分析。举例来说要建立一个完整的5个变量的3次多项式总共需要55个变量，而如果变量增加到18个，那建立1个2次多项式就高达189个变量，因此在实用分析上是鲜有这样的例子。本篇论文就是希望能提出1个解决模型建立与初步分析的方法，读者可以藉由在第三章的例子的输出报表中很清楚去比较各个模型的优劣点，这就是为何统计分析需要工具去产生整合型的报表。欠缺这些报表，要去判定模型的好坏(基于预测值的准确度)是很困难的工作。而我之所以强调要用多项式的模型去分析数据有下列几点原因；1) 如果模型为平滑曲面则多项式模型可以提供一个可接受的模型。这可以很容易由泰勒定理得到验证；2) 只要观测值够多，大部分模型的不配合均可以用高阶多项式模型解决；3) 可以避免因为经过模型筛选而删除掉可能是有用的变量。那是因为模型会产生很多的交叉相乘项，既使用模型筛选的程序也很难将一个变量完全去除掉，因此可以保存几乎所有的变量，而因此将不失模型的完整性。本篇论文提供了两支主要的SAS MACRO程序；%Homopoly和%Model_Selection分别会在下个两章节中介绍。程序%Homopoly是用在建立多项式数据文件，而%Model_Selection则是用来提供SAS模型筛选后的总结数据，报表格式是仿照表11.8 Montgomery [ 1 ] 制作的。读者可以很容易复制到其他的分析。为了要编写程序，我同时提供了20支工具程序，读者可以至以下的网站下载http://tsp.ec.tku.edu.tw/QuickPlace/054569qp/Main.nsf/h_Toc/BADD7D0BFF0 904A1482576D300229684/?OpenDocument。请依循档案README.TXT中的指示去安装即可。 关键词 :多项式模型，泰勒多项式，SAS MACRO
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user: 1. 引言 自80年代有了软件包(Statistical Package)后，应用统计就离不开它了。但是我们都忘了一件事，那就是那时写的软件是针对那时分析需要而写的，不是针对提供正确的统计分析而写的。举例来说；在确定模型前大家都要看残差图去决定模型是否可行，但是却忘了图形只是参考而非是圣经。个人的解读不同就有不同的结果，而忘了有分析统计量可以很精确的判读模型是否可用。这都是因为统计分析的教材还停留在80年代，都没有跟上软硬件的进步。试问为何多项式模型一直无法被广泛的利用(对我来说只要资料量够大几乎都可以找到适合的模型)？那是因为软件的限制。为何不检查变异数的一致性？简单，软件不支持。因此我希望使用者看着这篇论文的结果，然后问自己这是不是你要的，如果用软件包要如何得到相似的结果？又要花多少时间？ 由于SAS在输出报表后，不会提供如何筛选与总结数据的选项，导致用户必须面对庞大的报表去找寻可以使用的讯息。这是造成学习者在学习上难以跨越的鸿沟为了帮助学习者能快速的学会分析的方法我因此制作了一系列的程序提供统计分析与检测后的总结报表，用户因此可以轻松的由报表的结果而得到指示而能进行下一步的分析。这一系列的程序(主程序有13只)，整合了过去40年统计学上重要的检定与分析方法，藉由这些工具既可以简化教学又可以很方便的应用在实务分析。由于多数程序尚需要修改，因此本篇只提供前两支程序而其他的程序将在完成后陆续发表。本文将不介绍程序本身(程序都太过于庞大不适合摆入内容中)，而只介绍如何使用与结果判读，但是这些程序将提供在后。第二章将介绍如何产生多项式模型，而第三章将利用一个典型运用的例子去介绍如何藉由程序得到对各个模型完整的初步概念。而第四章会做总结与展望。以下就开始介绍程序。
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user: 2. 如何用%Homopoly建立多项式数据文件 本章节将介绍程序的组成以及程序如何使用。程序是由一个主程序%Homopoly加两个子程序所组成，一个子程序%POLY_SUB0是用来产生完整的N次多项式，而%POLY_SUB则是用来调整次方项用的。程序会依照观测值的多寡来决定可否产生使用者要求的多项式，如果观测值不足以产生所需之多项式则程序会自动降级直到满足分析所需为止。在表1将介绍程序自动产生的5个输出档案；而表2介绍如何输入MACRO变量。 Table 1 The output data files provided by % HOMOPOL SAS输出文件名 档案内容 &OUT_DATA 使用者提供输出文件名 OUT_NAME 为原始变量名称与“X?”的对照档 VAR_NUM 模型使用的变量数目(不含截距) POLYNAME 包含了产生的每一个变量所代表的次方相乘完整的表示式，如X1**2*X3代表变量X1的平方乘以X3 MOD_HOMO 储存4个变量依序为M_NAME(模型名称)、X(自变量)、Y(应变量)与FILENAME(分析之资料文件名) 表1. 程序% HOMOPOLY所提供之输出档 Table 2 The table of input parameters of % HOMOPOL MACRO变量名称 解释 IN_DATA 原始资料文件名 OUT_DATA 输出文件名 X= 自变量名称，变量与变量间以空格来分别 Y= 应变量(分析预测变量名称) LIB = WORK SAS的图书馆名(LIBNAME)用以储存所有输出档案，默认值为“WORK” Degree= 最高多项式次方数 C_CROSS = 2 最高多项式交叉相乘项的次方数，默认值为“2” PRINT = NO 指示程序是否打印&OUT_DATA数据文件的前5笔数据，默认值为“NO” FOOTNOTE = YES 要求SAS打印“足注(FOOTNOTE)”显示原始变量与输出变量的对照值，默认值为“YES” N_FOOT = 5 每一行足注所包含的变量数目默认值为“5” 表2. 程序% HOMOPOLY的参数输入表 产生多项式数据文件并不困难，困难在如何取变量名称以及日后如何辨识变量。因此本程序采用最简单的变量名字， 。因为可以在每一个SAS文字变量的内容的长度内储存最多个变量，本程序目前总共可以提供9534个变量供分析使用(基于SAS9.1.1版)，如使用最新版本可扩充到超过15，000个变量。程序会依照数据文件的大小自动调整可使用的最高次方数的模型(从4次以下开始，如果不确定可以用到几次，可以执行工具程序——%M (5， 4)；其中第一个变量5为变量个数，第二个变数为次方数。用%PUT &M；得到一个5元4次多项是共有几项)，并提供变量与原始变量的每一项的对照表与变量的卷标，以供SAS输出使用。用以下的例子来介绍程序是如何运作的。 [例题1.1]：介绍程序在数据量不足时如何运作，我先用下列程序产生76笔数据，然后要求程序去产生依完整的4次多项式数据。但是要产生这样的模型需要125笔数据，因此程序自动降成4次多项式而交叉相乘项的次方最大为3次。以下为SAS程序；其中用了一个程序，%VAR_NAME(X，END=5)，用来产生一串文字“X1 X2 X3 X4 X5”。 DATA INPUT_D; DO I = 1 TO 76; X1 = 1; X2 = 2; X3 = 3; X4 = 4; X5 = 5; Y = I; OUTPUT; END；*产生76笔数据; %HOMOPOLY(IN_DATA =INPUT_D， OUT_DATA =OUTPUT， X = %VAR_NAME(X，END=3)， Y=Y， DEGREE =3， C_CROSS =3， PRINT = YES， FOOTNOTE = YES， N_FOOT=5); 程序会产生下列3个报表由于编排需要将以图片展示图1为新旧变量对照表；变量，TRUE_VAR代表原始变量而变量，REG_VAR为出现在报表中的代码。图2打印出回归变量，卷标，与次方数。图3打印出数据文件WORK。OUTPUT中的五笔资料；打印文件MOD_HOMO的内容见表3。 表3打印文件MOD_HOMO的内容。
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user: 4. 总结与展望 在下一篇我将讨论如何检定模型的基本假设(常态分配、变异数的一致性、与数据的独立性)。程序是基于检定统计量而不是用残差分析图去作判定。过往会使用图形去判定的原因是因为计算机太慢又太贵，故无法提供解决方法而非方法不存在，详细内容请参考Wang [ 2 ] 。由于程序太长，请参考附件档案。我也衷心的希望制作软件的先进们能制作出正确又方便的工具，能让统计分析方便又能得到正确的结果。
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user: 摘 要 随着网络信息交流量日益增长，信息安全问题成了网络资源应用的发展瓶颈。本文针对计算机与网络上文件的安全性问题，对DES算法以及LFSR密码生成算法进行研究，设计了基于DES和线性反馈移位寄存器(LFSR)的混合加密算法并通过FPGA实现，FPGA根据用户输入的密码组合，通过线性反馈移位寄存器产生一串密钥，然后通过USB将这串密钥发送至计算机中。上位机软件实现与下位机的USB通讯、用DES算法对任意文件进行加密和解密的功能。结果表明，该方案对任意文件加密效果好、速度较快，对于网络空间文件保护有较好的效果。 关键词 :DES加密算法，LFSR，FPGA，文件加密
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user: 1. 引言 随着21世纪网络信息时代的到来，网络空间上的文件保护问题成为了人们应用网络空间的心病。如何保护文件里的信息不被泄漏、保证文件的保密性和安全性是各行各业都很重视的课题，无论是政府、企业还是个人都逐渐依赖计算机存储信息，并借助网络传递、交换重要资料和洽谈贸易。这些信息无论是私人信息还是部门信息，无论是军用信息还是商业信息，在进行处理和传递前要以电子文档的形式存储在单机、服务器或网络上任意一台客户机上，因此电子文档的安全存储成为实现信息安全的首要条件[ 1 ] 。 针对网络信息安全性问题，CESVMC (Computable Encryption Scheme based on Vector and Matrix Calculations)加密方案，提升了数据存储、运算过程中的安全性，但运算时间比较长，存储和通信的负载较大 [ 2 ] 。通过软件运算进行加密与使用硬件进行加密相比，软件加密更容易破解。本文利用软件硬件各自的优势，取长补短，将FPGA用于加密算法设计，探索一个以FPGA为核心加密方案。
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user: 2. DES和LFSR混合加密 2.1. DES算法介绍 数据加密标准(Data Encryption Standard， DES)是由IMB公司研究发表，美国国家标准与技术研究院于1977年标准化的，目前最广泛应用的用于加密机密信息的加密方法 [ 3 ] - [ 5 ] 。 DES算法的加密由四部分完成，分别为：初始置换函数IP、子密钥Ki、密码函数F、末置换函数IP-1 [ 6 ] [ 7 ] 。DES算法需要用户提供一共64位长度的密钥用于加密与解密。算法可以提供高质量的数据保护，具有相当高的复杂性，实行经济而且运行效率高 [ 8 ] 。 DES算法只用到了64位密钥中的其中56位，还有8位并未参与DES运算，随着计算机的发展计算机运行速度越来越快，使得使用暴力破解法破解DES密钥的时间越来越短。为了保证使用DES算法的安全性，一般需要采用多重DES算法和AES加密算法，加长密钥的长度，增强DES安全性。 2.2. 线性反馈移位寄存器(LFSR) 一个n级反馈移位寄存器如图1所示，其中 称为反馈函数，当 为一线性函数时，则称上图的反馈移位寄存器为线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register， LFSR) [ 9 ] 。线性反馈移位寄存器具有非常适合硬件实现、能产生大的周期序列、能产生好的统计特性的序列、易于使用代数方法进行结构分析的特点 [ 10 ] - [ 12 ] 。 可设n级线性反馈移位寄存器的反馈函数： (1) 其中 为0或者1，一般C n 都为1。 由于反馈函数是作为最后一级的输入，又根据移位寄存器的特点，反馈的结果会在n个时刻之后输出，于是可以推导出输出序列{s i }： (2) 可以看出S n +k 与过去最近的n个时刻的输出S i 都有关系。 本设计的密钥生成模块采用带有适当的反馈函数的LFSR结构，使输出的56位密钥与128位的初始密钥都相关。当LFSR需要用作流密码器设计时，一般要求LFSR可以产生最大周期的密钥流，而当n级LFSR的反馈函数是本原多项式时，LFSR输出的可以达到最大周期2n - 1。这里LFSR的作用是令128位长度的初始密钥的每一位都至少与输出的56位长度的密钥中的一位相关。因此，可以根据需求设计LFSR的结构，而不必将其反馈函数设计成本原多项式。 本设计用户输入的原始密钥长度是128位，因此，需采用128级的LFSR结构。为了简化设计，可以令输出的56位密钥是连续输出的。基于这几个条件要求，式(2)中，n = 128， ， ，则式(2)可以改写成： (3) 如果每一个环节都接一个反馈的话，程序的工作量会比较大，因此可以进行以下简化，由于k是连续递增变化的，可令反馈函数f在每连续56个环节之内至少有一个反馈环节，取c 1 ，c 57 ，c 113 ，c 128 的值为1，其它c i 值为0，因此，根据式(1)、式(2)以及式(3)，本设计的LFSR的输出可以表示为： (4) 根据式(4)，可以得出LFSR结构如图2所示。若输出的56位密钥在LFSR输出第128位之后，就可保证初始密钥每一位都与输出密钥相关。该方法的优点是产生密钥速度快，但直接加密会带来传输速度慢等问题。 2.3. DES算法与LFSR的混合加密方法 综合上述的方法，采取LFSR方法生成密钥，将LFSR与DES相结合进行加密的方案，即可提高速度，又可增加安全性。具体实现方法如下。 在硬件上，FPGA根据键盘输入的密码通过LFSR产生密钥之后，通过USB芯片传送给加/解密程序。软件上，加/解密程序将接受的密钥全部接受后再次通过DES算法产生子密钥，读取计算机上的文件然后进行加/解密，操作全部完成后删除原文件，从而完成对计算机上文件的加/解密，达到对计算机上文件的保护目的。 该方法允许用户输入密码组合长度最高可以达到16位，可能的密码组合的个数超过1016个。但是如果输入的密码长度是16位，由上面的描述可知，每一位密码都代表一个8位的KeyValue，16位的密 图1. 线性反馈移位寄存器 图2. 线性反馈移位寄存器的结构 码长度代表整个密钥长度为128位，当攻击者不知道每一个键值所代表的KeyValue时，可能的组合就有2 128 − 1个，因此，可以保证足够的安全性。 但128位长度超出了DES所需要的密钥长度，即用户输入的密码会有一部分无效。因此必须设计一种密钥生成方案，使输入的128位密钥中每一位至少与输出的56位长的密钥每一位相关的，这种方案可通过FPGA实现，但必须考虑尽量低的硬件复杂度，图3为加密系统结构框图。
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user: 3. FPGA实现方法 FPGA加密器由上位机程序以及硬件装置构成，硬件装置由FPGA最小系统电路、USB芯片工作电路、按键电路构成，相关电路设计方案如下。 3.1. USB芯片CY 7C 68013A 电路设计 USB芯片CY 7C 68013A 电路共由CY 7C 68013A 芯片电路、24MHz晶振电路、EEPROM电路、Mini USB接口与CY 7C 68013A 连接电路构成，其电路原理图如图4所示。 时钟信号是芯片正常工作的必要条件，24 MHz晶振电路为CY7C68013A芯片提供外部参考时钟信号。Mini USB接口通过D−和D+两个网络与CY7C68013A芯片相连接。通过这个Mini USB接口，用户可以用数据线将硬件装置与计算机连接起来。USB数据通过差分线路D−和D+在硬件装置和计算机之间传递。需要从计算机读取数据时，D−和D+的数据进入USB芯片后芯片会自行对数据进行解码，将解码后的数据存进FIFO缓冲区，供FPGA读出。当FPGA需要向计算机发送数据时，通过FD[0..7]向芯片发送数据，然后芯片会自动将接收到的数据编码，然后将编码后的数据通过D−和D+发送至计算机中。Mini USB接口的作用还有通过USB上的5 V供电为整个硬件装置提供电能。EEPROM电路用于储存每次复位或者上电后USB芯片读取的固件程序。 3.2. FPGA电路设计 本文采用的FPGA芯片是Altera公司Cyclone II系列的EP2C5T144C8N芯片，其电路由FPGA供电电路、JTAG电路、FPGA配置电路、FPGA外部时钟电路组成，其原理图如图5所示。 FPGA供电电路使用3.3 V电源为各个电源引脚提供电压，1.2 V电源为FPGA内部的逻辑元件提供 图3. 加密器系统结构框图 图4. CY7C68013电路原理图 电能。本设计使用的JTAG接口为10针JTAG接口，JTAG电路使已经被综合好的FPGA逻辑下载至FPGA上进行在线调试工作。在FPGA配置电路中，本文使用EPCS4SI8N作为FPGA的配置芯片，每次复位或者掉电之后，FPGA内储存配置信息的RAM里的数据便会丢失，所以需要配置芯片电路用于储存配置FPGA的配置信息，通过JTAG接口将由sof文件转化而来的JIC (JTAG Indirect Configuration)文件下载到配置芯片中，通过这种模式下载可以简化电路的整体设计。外部时钟源是一片50 MHz的有源晶振，FPGA时钟电路为FPGA提供参考时钟信号，以确保状态机、密钥生成、按键输入去抖等功能顺利实现。 3.3. FPGA逻辑设计 整个FPGA逻辑设计主要分3部分设计：控制模块设计、密码输入模块设计以及密钥生成模块设计。本文使用Verilog HDL作为硬件描述语言来进行FPGA编程。其工作流程图如图6所示。 控制模块用于执行上电后软件全局复位、接收从PC机上发来的指令(0x01)、根据指令做出相应的响应三个操作。软件全局复位是为了确保FPGA逻辑中所有模块都可以同时复位，不会产生不确定的结果。其操作是通过对50 MHz主时钟的脉冲进行计数，当计数值小于设定值时复位信号保持低电平，让全局保持复位状态；当计数值等于设定值时，复位信号拉高，所有模块进入工作状态。当FPGA收到的来自计算机的指令后，控制模块会先把密码输入模块打开，等待用户输入密码。当用户输入密码完毕后，控制模块会禁止密码输入功能，然后打开密钥生成模块。密钥发生模块会自动将生成的密钥发送到计算机中。 密码输入模块用于执行接收输入密码、将不同的键值编码成不同的编码值和按下确定键后将整个密钥送到PR (密钥生成模块)中三个操作。人按下按键的时候，按键可能会处在反复在按下和松开两个状态中来回切换的状态，密码输入模块先进行消抖操作，然后将接收到的按键进行编码操作，当密码全部输入完成后根据按下的是发送键还是清除键对密码进行发送或者清空处理。 密钥生成模块的作用是把按键输入模块输出的数据接收，根据此数据通过线性反馈移位寄存器产生伪随机数列，再将数据送往USB芯片的缓存区中。
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user: 4. 验证及测试 把FPGA加密设备连接至计算机之后，计算机的上位机能识别加密器的USB设备并读取相关的VID，PID。等待计算机使用者选择需要加密的文件之后，由使用者在独立键盘上输入密码，按下确认键之后FPGA将会把密钥通过USB芯片发至计算机中，计算机则开始进行加密操作，加密完成后计算机自动删除源文件并显示整个加密所消耗的时间，保留加密之后的文件，对于不同大小的文件其验证结果如表1所示。从表1可以看出，本加密器能够稳定的加密并还原计算机文件，加密和解密速度近1 M/s。 图6. FPGA的工作流程图 Table 1 The data of encryption rat 文件大小 加解密消耗时间 60 KB 62 ms 20 MB 20.79 s 50 MB 51.97 s 表1. 加密速度测试数据
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user: 5. 结论 本文提出了一种基于线性反馈移位寄存器的加密计算机文件的方案，从理论上证明了这种方案的可行性并且通过FPGA实现。该方案结合了软件和硬件加密优势，具有很高的安全性，可应用于网络文件存储和传输，有一定的应用价值。
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user: 摘 要 近十几年来，磁致电阻效应及其机理的研究一直是凝聚态物理领域的研究热点之一。随着具有磁阻效应的各种新材料及新结构体系的合成、制备与发现，磁阻体系及其磁阻机制的复杂性也不断被展现出来。在已发现的各类磁阻体系及磁阻效应中，正磁阻体系及正磁阻效应的研究，作为磁阻研究的一个分支，在磁阻体系、磁阻机理和新型磁阻器件应用方面，均具有特殊的研究价值。本文综述了正磁阻体系、正磁阻效应及其磁阻机理的研究进展，展示了正磁阻体系、正磁阻效应及其机理的多样性，并简要指出了正磁阻体系研究中需要关注的一些共性问题。 关键词 :磁致电阻，正磁阻效应，线性磁阻，超磁阻效应，金属颗粒膜，稀磁半导体，拓扑绝缘体，半金属