DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 牛奶是日常生活消费最多的食品之一，然而在奶牛的饲养过程中，为了促进生长，延长产奶期，提高牛奶产量，滥用雌激素的现象日趋严重，雌激素的残留已引起国内外高度重视 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。这些过量残留于食品内的雌激素进入人体后，会与正常分泌的激素竞争，结合细胞中的激素受体，造成人体激素过剩，内分泌系统紊乱，影响人体性激素的正常工作，导致多种机能出现障碍 [ 6 ] 。因此分析检测雌激素残留意义重大，但由于牛奶中雌激素痕量存在，且基质复杂，往往需要进行前处理。 固相萃取(Solid phase extraction， SPE)是目前常用的痕量物质前处理方法之一 [ 7 ] 。但常用的固相萃取介质如C 18 等存在选择性不强，回收率低、内源性杂质干扰严重等问题。分子印迹聚合物(Molecularly-imprinted polymers， MIPs)对目标物有特异性吸附，非常适合分离富集复杂样品中痕量分析物 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 。 本研究拟利用雌二醇分子印迹聚合物为固相萃取介质，MIPs固相萃取(MISPE)特异性分离富集牛奶中痕量雌二醇，并结合HPLC法检测牛奶中雌二醇的残留量，为建立食品中雌激素残留的分离分析方法奠定基础。
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user: 2. 仪器与试剂 雌二醇、雌三醇均为标准品，购自南京森贝伽生物科技有限公司；甲基丙烯酸(MAA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)、偶氮二异丁腈(AIBN)均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司；乙酸分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司；甲醇和乙腈均为色谱纯试剂，购自天津科密欧化学试剂有限公司生产。 2300II高效液相色谱仪(大连伊利特分析仪器有限公司)；SHA-C型水浴恒温振荡器(江苏省金坛市医疗仪器厂)；Anke KA-1000离心沉淀器(上海安亭科学仪器厂)；KQ-250DB型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。
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user: 3. 方法 3.1. 色谱条件 色谱柱：Hypersil BDS C18 (4.6 mm × 200 mm，5μm)；流动相：甲醇–乙腈(50：50，V/V)；检测波长：205 nm；柱温：30℃；流速：1.0mL/min。 3.2雌二醇分子印迹聚合物的制备 MIPs可参考文献 [ 12 ] 方法制备。准确称取0.136 g (0.5 mmol)雌二醇做模板分子与0.2583 g (3 mmol)功能单体MAA、2.0304 g (6 mmol)交联剂TRIM和0.0493 g (0.3 mmol)引发剂AIBN，加入到30 mL乙腈中，超声10 min，不间断通入氮气5 min后，密封，转入60℃恒温水浴振荡器中，转速为280 r/min，24 h后离心分离得到聚合物。将所得聚合物分别用甲醇–乙酸(9:1，V/V)、纯甲醇为溶剂依次进行索氏提取24、12 h以去除模板分子，然后置于真空干燥箱内25℃下干燥过夜。 非印迹聚合物(Non-imprinted polymers， NIPs)的制备，除不加入模板分子外，其它与印迹聚合物的合成方法相同。 3.3. MIPs的结合能力 精密称定适量MIPs或NIPs置于磨口锥形瓶中，分别加入不同浓度的雌二醇乙腈溶液，充分混合后于25℃恒温空气振荡器内振荡12 h。高速离心沉淀，吸取上清液，用HPLC外标法定量，计算溶液中雌二醇的浓度，根据结合前后溶液中雌二醇的浓度变化计算聚合物对雌二醇的结合量Q。根据Q作结合等温线图，评价聚合物的结合能力。平衡结合量(Q)按公式(1)计算 [ 13 ] 。 (1) 式中：C 0 为结合前雌二醇的质量浓度(mg/ml)；C t 为结合后t时间溶液中雌二醇的平衡质量浓度(mg/ml)；V为雌二醇溶液体积(ml)；m为MIPs或NIPs的质量(g)。 3.4. MIPs的吸附动力学试验 精密称定一定量的MIPs于锥形瓶中，加入一定量的雌二醇溶液，25℃恒温空气振荡器内振荡，于不同时间下取样，高速离心沉淀，吸取上清液，用HPLC测定，计算溶液中雌二醇的浓度。 3.5. MIPs对雌二醇的特异识别性能 分别精密称定适量MIPs和NIPs置于磨口锥形瓶中，分别加入一定量的雌二醇乙腈溶液和雌三醇乙腈溶液，25℃恒温空气振荡器内振荡12 h。高速离心沉淀，吸取上清液，用HPLC外标法定量，测定游离雌二醇及雌三醇的浓度，根据结合前后溶液中物质浓度变化计算聚合物对各物质的结合量Q，评价聚合物的特异识别性能。 3.6. 固相萃取柱制备与活化 将适量MIPs (或NIPs)均匀填入SPE小柱(3 ml)，在SPE柱底部和聚合物上方加孔径20 μm的聚乙烯筛板，得固相萃取小柱。用3ml甲醇–乙酸(9:1， V/V)溶液清洗小柱，收集流出液进行HPLC检测。未检测出雌激素，说明MIPs中的模板分子已被清洗干净。在上样之前，依次用9 ml甲醇，1 ml水活化小柱。 3.7. 样品处理 取牛奶50 g于250 ml烧杯中，加入150 ml甲醇–丙酮(1:1， V/V)的提取液，涡旋混匀后超声5 min，8000 r/min，离心10 min，收集上清液。残渣再重复操作1次后，合并上清液，并于旋转蒸发仪中蒸发至近干，用甲醇–水(1:5， V/V)溶解后，进行固相萃取，收集洗脱液，浓缩，进行HPLC测定。
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user: 4. 结果 4.1. MIPs的结合能力 为研究MIPs对雌二醇的结合能力，室温下在雌二醇浓度30 μg/ml~180 μg/ml的范围内测定了结合等温线。如图1所示，随着雌二醇浓度的增加，MIPs对雌二醇的结合量也10.11 mg/g逐渐增加到30.03 mg/g，而相同条件下NIPs对雌二醇的结合量由4.08 mg/g逐渐增加到10.46 mg/g，明显低于MIPs对模板分子的结合量。这说明MIPs对模板分子有较好的富集吸附作用。 图1. MIPs和NIPs的结合等温线 4.2. 吸附动力学试验 为研究MIPs达到吸附平衡所需的时间和吸附速率，测定了不同时间的MIPs对雌二醇的吸附容量，吸附动力学曲线见图2。MIPs对雌二醇的吸附速度较快，在短时间内吸附量有很大的增加，随着时间的延长，吸附量增加变缓，25 mim后吸附量变化趋于平缓，基本达到吸附平衡，因此该印迹聚合物作为固相萃取吸附功能材料具有较强的优势。 图2. MIPs的吸附动力学曲线 4.3. MIPs对雌二醇的特异识别性能 为考察MIPs对雌二醇的特异性识别能力，实验选用模板分子雌二醇及与其结构类似的雌三醇为底物，测定MIPs和NIPs对底物的结合量。结果显示MIPs对模板分子雌二醇的结合量明显高于对雌三醇的结合量；NIPs对模板分子的结合量明显低于MIPs对雌二醇的结合量。这说明MIPs中存在与雌二醇结构互补的特定形状孔穴，对雌二醇具有特异识别能力。 4.4. MISPE条件优化 MIPs含有特异识别模板分子的结合位点，对雌激素吸附力强，NIPs主要以非特异性吸附雌激素，吸附力弱，所以在MISPE和NISPE柱中雌激素被淋洗的难易不同。最优的MISPE淋洗条件，应尽可能将NIPs上的雌激素淋洗下来，同时尽可能保留MIPs上的雌激素，这样既可洗去吸附在柱上的杂质又不影响雌二醇在MISPE柱的吸附。 选用不同体积分数的甲醇–水溶液为雌激素的淋洗液。当用50% (V/V)甲醇–水溶液淋洗时，MISPE和NISPE柱上均没有雌激素被淋洗下来，说明淋洗液洗脱能力偏小，不足以破坏雌激素与聚合物间的疏水作用；当淋洗液中甲醇含量达到60%时，MISPE柱上没有雌激素被淋洗下来，NISPE柱有33.6%的雌激素被淋洗下来；当甲醇含量为70%时，MISPE和NISPE柱上分别有40.5%和55.4%的雌激素被淋洗下来，说明淋洗液的洗脱能力过大。因而选择60%(V/V)甲醇–水溶液作为淋洗溶剂。 向甲醇中加入少量的乙酸可显著增强甲醇对雌二醇的洗脱能力，本实验选择甲醇–乙酸(9:1， V/V)为洗脱液，结果表明3 ml该洗脱液可将雌二醇从MISPE柱上完全洗脱下来。 4.5. 方法学评价及实际样品的应用 配制浓度分别为0.5 μg/ml，1 μg/ml，3 μg/ml，5 μg/ml，10 μg/ml，15 μg/ml的雌二醇标准溶液，以HPLC分别测定雌激素的峰面积，以峰面积比值为纵坐标，雌二醇溶液的浓度为横坐标，绘制标准曲线。所得线性方程为y = 226217x − 28182，线性相关系数为0.9989，说明在雌二醇在0.5 μg/ml~15 μg/ml的浓度范围线性关系良好。 在阴性牛奶样品中添加3个浓度水平(5 μg/kg，15 μg/kg和30 μg/kg)的雌二醇标准液，每个浓度平行测定6次，利用优化的MISPE和HPLC法测定方法的回收率和精密度结果见表1。结果表明MISPE对雌二醇具有很高的吸附性能，平均回收率为79.6%以上，相对标准偏差(RSD)小于5.14%；而NISPE的吸附性能相对较差，回收率较低，显示本方法可以准确可靠地测定牛奶中痕量雌二醇。 Table 1 Recovery and RSD for the determination of analytes in milk (n = 6 SPE 加标量(μg/kg) 回收率(%) RSD (%) MISPE 5 84.3 3.25 15 87.5 5.14 30 79.6 2.09 NISPE 5 24.9 3.50 15 20.6 5.02 30 32.1 2.85 表1. 牛奶样品加标回收率和精密度(n = 6)
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user: 5. 结论 本实验制备了雌激素分子印迹聚合物，并以此为固相萃取介质，建立了MISPE-HPLC方法富集和检测牛奶中的痕量雌激素，用MISPE柱净化，HPLC测定。方法的线性范围较宽，精密度和准确度较好，可用于实际样品的测定。
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user: 摘 要 基于分形结构设计了一种工作于UHF频段的RFID阅读器天线，其工作频段覆盖了中国的RFID标准频段(920 MHz~925 MHz)。天线结构以FR-4材料为基底，采用微带贴片化设计方案。运用常规的50 Ω同轴线对天线进行馈电，与天线形成良好的阻抗匹配。天线设计当中同时采用了闵可夫斯基和科赫两种分形结构，实现了目标天线的小型化，其尺寸为100 × 100 × 1.6 mm 3 。天线实测结果表明，目标天线的数值仿真分析与实测结果相吻合，实测阻抗带宽(S11 < −10 dB)为11 MHz，驻波比带宽(VSWR < 2)为13 MHz，并且覆盖了UHF RFID标准频段。 关键词 :天线，分形结构，小型化设计，RFID阅读器，UHF频段 Copyright © 2019 by author(s) 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 RFID (Radio Frequency Identification)，即无线射频识别标签，是一种非接触式的通信技术，通过电磁波在空间的传播实现信息的传递，相较于条形码技术，RFID具有更高的稳定性，更快的传输速率以及更大的信息容量。RFID阅读器能够对处于恶劣环境中的电子标签进行识别，并且阅读速度快，广泛应用于产品跟踪、供应链、生物传感等领域 [ 1 ] 。RFID标签在要求低成本的同时，还要求具有高的可靠性。其中，标签天线和读写器天线还分别承担着接收能量和发射能量的作用，这些因素对天线设计都提出了严格的要求。当前对RFID天线的研究主要集中在研究天线结构和环境因素对天线性能的影响上。相比之下，由于信号在高频段的传输速率快，传播距离远，因此UHF频段的RFID应用备受青睐，围绕UHF频段RFID天线的设计也成为广大研究工作者的关注点之一。 由于无线应用中频率资源的有限，为了达到管理和创造效益的目的，不同国家和地区规定了各自能够使用的RFID频段，北美为902 MHz~928 MHz，欧洲为865 MHz~868 MHz，日本为952 MHz~957.6 MHz [ 2 ] 。根据中国颁布的国家标准，UHF频段RFID技术具体使用频率为840 MHz~845 MHz和920 MHz~925 MHz。因为这些标准的设立，使得一定区域内RFID设备能够通用和流通，在一定程度上降低了技术成本和制造难度。 天线是RFID系统的重要组成部分，其工作频率决定了整个RFID系统的工作频率，因此一款性能优越的天线将对整个RFID系统的性能产生至关重要的影响。在大部分的近场应用中，要求RFID设备的便携性要好，为此RFID天线也要求尽可能的小型化，并且易于集成到设备当中。在射频识别的众多频段当中，人们对低频和高频频段的研究已经相对比较成熟，目前发展最快应用也最为广泛的UHF频段的RFID系统正成为亟待加强研究的领域之一。由于采用传统技术的UHF频段的RFID天线尺寸较大，为了应对实际发展的需要，本文在此着重研究了UHF频段RFID天线的小型化技术，并创造性地将两种分形结构(闵可夫斯基分形和科赫分形)结合在一起，应用到RFID天线结构的设计当中，从而有效地达到RFID天线小型化的目的。另外，为了使RFID天线易于集成和加工，并且达到降低制作成本的目的，本文设计的RFID阅读器天线采用了微带贴片设计方案，以FR-4材料作为天线介质基板，采用通用的50 Ω同轴线进行馈电，满足了简单易用小型化的设计要求，并且其工作频段位于RFID所要求的国家标准频段(920 MHz~925 MHz)。
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user: 2. 天线的设计 2.1. 天线的小型化 在未来的天线发展当中，结构的小型化是一种趋势，在实现同样或更高性能的同时，可以有效地缩减天线的尺寸，这将会增加大部分天线的应用场合，并且使得天线能够更加方便地集成到系统设备当中。此外，借助于天线的小型化，也有助于减少周围环境对于无线网络设施的影响。 工作于UHF频段的天线，当频率给定时，对应的自由空间的波长就已经确定了，因此天线要辐射该频率的电磁波时，其尺寸受其工作波长的制约，工作波长越长，则产生谐振辐射电磁波的天线所需尺寸将越大，反之则越小。天线的工作波长也与其介质有关，高介电常数的介质能够有效缩短天线的工作波长，从而缩小天线的整体尺寸，因此采用高介电常数的介质也是天线小型化的技术之一。天线的小型化技术还包括天线加载技术、表面开槽(曲流技术)等，这些方法均能够改变辐射体电流的分布或其路径，从而改变天线的谐振频率，进而改变天线的尺寸 [ 3 ] 。 研究人员对天线的小型化已经做了大量的工作，文献 [ 4 ] 设计的天线利用互耦的方法增加了天线的工作带宽，辐射单元采用印刷扇形弯折偶极子的小型化技术，使得天线的整体尺寸为70 × 70 × 25 mm 3 ，但由于天线为双层结构，其厚度较大，因此其与设备的集成仍有待改进；文献 [ 5 ] 的天线利用威尔金森功分器馈电，实现了天线的宽带圆极化特性，并且天线的辐射单元在相邻两边处刻出了两个圆环槽，降低了天线的谐振频率，从而减小了天线的尺寸，该天线采用双层结构的设计方法，其整体尺寸为100 × 100 × 22.9 mm 3 ，并且天线的馈电较为复杂，对制作精度和隔离度有着更高的要求；文献 [ 6 ] 在圆形贴片天线表面开了5个槽，实现了天线的双频工作以及圆极化特性，并且降低了天线尺寸，其结构大小为200 × 200 × 1.524 mm 3 ，该天线性能较好且在一定程度上实现了小型化，但尺寸相对其他仍然比较大而且天线的厚度精度要求较高；文献 [ 7 ] 设计了一款基于科赫分形的小型化天线，并且采用非对称设计实现圆极化，天线尺寸为54 × 54 × 1.6 mm 3 ，该天线具有很好的小型化效果，但天线的非对称参数对制作要求较高。基于上述理由，分形和开槽等技术的运用能够实现天线的小型化，因此本文将基于分形结构设计一款满足要求的小型化天线。 2.2. 天线的结构设计 本文设计的天线使用分形技术来减小尺寸。为了减少分形的阶数，并且达到缩减天线尺寸的目的，设计中将两种分形技术结合在一起，分别为一阶闵可夫斯基(Minkowski)分形和一阶科赫(Koch)分形。这两种分形结构如图1所示。 图1. 分形结构示意图，(a) 闵可夫斯基分形；(b) 科赫分形 天线的整体结构如图2所示。由于玻璃纤维环氧树脂覆铜板耐燃材料(FR-4)在日常制作中比较常见，并且易于实现，成本较低，为此，采用FR-4作为制作天线的介质材料，降低了天线的成本。在本文的天线设计中，采用微带贴片设计方案，其底层接地板和上层导体贴片均为铜箔，中间介质基片为FR-4，其相对介电常数及损耗角正切分别为： ε r = 4.4 ， tan δ = 0.02 [ 8 ] 。为了实现天线的小型化，采用分形结构作为导体贴片的形状基础。 图2. 天线结构示意图，(a) 俯视图；(b) 前视图 天线的设计过程如图3(a)~(d)所示，图3(a)为原始的微带贴片天线，其形状为正方形，该天线辐射体的边长可根据以下公式计算得出 [ 9 ] ： W = c / ( 2 f r ε r ) (1) 其中 f r 为天线的工作频率， ε r 为天线介质基板的相对介电常数，c为真空中的波速， W 为天线正方形导体贴片的宽度。运用闵可夫斯基一阶分形，将正方形导体贴片各边的中心裁去4个小正方形，所得图形如图3(b)所示，再将科赫一阶分形运用到剩余图形当中，即在每条边向内各裁去一个等边三角形，边长为原来边长的1/3，如图3(c)所示。为了降低天线的谐振频率，以进一步缩减天线的尺寸，并在剩余导体贴片的对角线位置刻出4个钩形槽，钩形槽由长轴不等、短轴相等、椭圆中心重合的两个半椭圆做差集而成，椭圆的长轴与短轴之比均为2:1，最后所得的图形如图3(d)所示，即目标天线的辐射体单元，其中XOY面第一象限处椭圆的中心坐标为(M， M)。图3最后给出了二阶闵可夫斯基分形天线的辐射单元形状，如图3(e)所示，该天线与设计过程中的各个天线的性能对比将在下一节中给出。天线的输入电阻设计为50 Ω，其馈电点在XOY面处的坐标为(L， L)，当用50 Ω同轴线馈电时，馈线能够与天线形成良好的阻抗匹配。 图3. 天线结构设计过程示意图，(a) 天线1；(b) 天线2；(c) 天线3；(d) 天线4；(e) 天线5
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user: 3. 天线仿真结果与实测数据对比分析 3.1. 天线的结构参数优化分析 在天线结构的所有可变参数中，天线的导体贴片的宽度及馈电点位置对天线的工作性能影响比较大，因此借助三维电磁仿真软件HFSS对天线的导体贴片宽度W以及馈电点位置坐标变量L进行参数扫描，在每一个扫描过程当中，只有一个参数改变，其他参数均保持不变，参数扫描的结果如图4所示。从图4(a)可以看出，当固定L = 6 mm时，随着W的增大，天线的谐振频率不断减小，并且存在最佳的W使得天线工作在期望的频点，W的变化对天线工作频率的影响比较大，因此改变W即可改变天线的工作频段。从图4(b)可以看出，当固定W = 58 mm时，随着L的增大，天线匹配由差变好再变差，也存在一个最佳的L值使得天线的匹配达到最好，由此，改变馈电点的位置可以改变天线的匹配度。 图4. 天线结构参数扫描图，(a) 固定L = 6 mm，只改变W；(b) 固定W = 58 mm，只改变L 将天线设计过程中几个阶段天线(图3)的导体贴片宽度W均设为58 mm，在达到良好匹配时各天线的反射系数分布如图5所示，图中的曲线依次对应图3中的天线。从图5可以看出，在未加入任何修饰时(天线1)，天线的谐振频率较高，当引入一阶闵可夫斯基分形时(天线2)，天线的谐振频率明显降低，在此基础上，引入一阶科赫分形(天线3)，天线的谐振频率未发生明显的改变，但天线的匹配度变得很好。天线3到天线4 (目标天线)的变化是在天线3的基础上增加了4个钩形槽，从图5中可以看出，钩形槽的引入明显降低了天线的谐振频率。对比天线3和天线5，应用同一分形的二阶分形天线并未显著改变天线的谐振频率和匹配度，因而同一分形阶数的提高并不能明显改变天线的性能。综上，应用两种不同分形且搭配沟槽技术的使用，可以有效减小天线尺寸以及改善阻抗匹配特性。 图5. 固定W = 58 mm时，设计阶段各类天线的反射系数 依照上面的仿真分析过程，继续运用HFSS对天线进行优化分析，进而确定天线其他结构参数的最优值。表1给出了经过优化设计的天线结构变量参数。 Table 1 Optimal value of antenna structural variable 变量 D W H r1 r2 L M 值/mm 100 58 1.6 8 7 6 11 表1. 天线结构变量的最优值 3.2. 天线的制作及测试结果 天线由雕刻机加工制造，其实物如图6所示。使用安捷伦E5071C矢量网络分析仪测试了实物天线的反射系数(S11)和电压驻波比(VSWR)，然后将仿真分析和测试数据做了对比，如图7所示。从图7的对比结果可以看出，实测的数据与仿真分析结果较吻合，天线的实测阻抗带宽(S11 < −10 dB)为11 MHz，驻波比带宽(VSWR < 2)为13 MHz，并且实测天线的工作频段能够覆盖期望的标准频段范围(920 MHz~925 MHz)，达到了预期的设计要求。图7中实测的天线反射系数曲线和驻波比曲线相比于仿真结果，稍微向高频方向偏移，这是由于加工误差造成，属于合理范围，可以加以改进处理。 图6. 天线的实物图，(a) 正面；(b) 反面 图7. 天线的仿真结果与实测数据对比图，(a) 反射系数；(b) 电压驻波比 在空旷地带测得的实际天线远场方向图与仿真结果的对比，如图8所示。图中显示了天线的仿真三维方向图以及在XOZ和YOZ两个平面上的方向图分布。从图中结果可以看出，实测方向图的整体趋势与仿真结果基本一致，这也验证了仿真分析结果的正确性。图中所给出的仿真分析结果与实测数据均表明，目标天线为属于半空间辐射类型的天线。在实际天线制作过程中，由于不是采用精确的CNC加工，其精度不高，引入了较大的加工误差，制作出来的天线缺乏一定的平整度，并且在测试时天线的摆放位置不够精确等，这些误差都将使得实际天线的测试数据与仿真结果存在一定的差异。从图8(a)和图8(b)两个面的方向图可以看出，天线的实际方向图分布相比于仿真分析结果产生了一定的畸变和侧移，并且在部分仰角处的差异较大，这是由于加工和测试过程中所带来的误差所致，属于合理的范围之内。相信通过提高加工工艺的精度，即可降低加工误差，由此可以提升天线的实测性能。 图8. 天线的远场方向图，(a) 三维方向图；(a) XOZ面；(b) YOZ面 最后，将本文设计的天线与其他文献所设计的天线做一个对比，相关参数的对比结果列于表2。从表2可以看出，本文设计的天线虽然在天线的功能上仍有所欠缺，但具有小型化、低剖面、低成本、制作简单等优势，能够准确覆盖所需工作频段，而且易于集成到小型RFID设备，是一款简单易用的UHF波段RFID阅读器天线。 Table 2 Comparison of parameters， advantages and disadvantages of the proposed antenna and other literature antenna 文献 天线尺寸/mm 工作频段/MHz 优点 缺点 [ 4 ] 70 × 70 × 25 880~990 超宽带 厚度较大，不易集成 [ 5 ] 100 × 100 × 22.9 770~917 超宽带，圆极化 双层结构，馈电复杂 [ 6 ] 200 × 200 × 1.524 920~925、2400~2480 双频工作，圆极化 尺寸较大 [ 7 ] 54 × 54 × 1.6 902~928 小型化，圆极化 制作精度要求较高 本文 100 × 100 × 1.6 920~931 尺寸小，易于集成 单频工作 表2. 本文与其他文献天线的参数及优缺点对比
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user: 4. 结论 本文研究并设计了一款基于分形结构的小型化UHF RFID阅读器天线，通过闵可夫斯基和科赫两种分形的应用，有效缩减了天线的整体尺寸，并且在天线内部增加了钩形槽，降低了天线的谐振频率，进一步减小了天线尺寸。天线的仿真分析和实测结果表明，其工作频率范围能够准确地覆盖所期望的工作频段(920 MHz~925 MHz)，满足了RFID天线的主要设计指标要求。分形和开槽等技术的应用是实现RFID天线小型化的常用手段，它们具有广阔的实际应用前景。当然对于如何运用这些小型化技术或创造新的技术，给天线设计带来不同程度的性能改善，仍然需要广大天线研究工作者做出不懈的努力和探索。
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user: 摘 要 本文研究在Bernoulli机制下的带有负顾客、反馈和N策略的M/M/1休假排队系统，负顾客抵消队首正在接受服务的正顾客。在正规期，若系统中没有正顾客，服务台以概率 α ( 0 ≤ α ≤ 1 ) 进入普通休假，或以概率 β ( β = 1 − α ) 进入工作休假。顾客在服务完成后以概率 p ( 0 ≤ p ≤ 1 ) 永远离开系统，或者以概率 p ¯ ( p ¯ = 1 − p ) 反馈到队尾继续等待服务。在休假期间，当顾客数大于等于N时，休假期结束。反之，则服务台继续休假。利用拟生灭过程和矩阵几何解的方法，得到了系统的稳态队长。最后，通过数值例子来说明一些参数对系统的影响。 关键词 :Bernoulli机制，负顾客，普通休假，工作休假，矩阵几何解 Copyright © 2019 by author(s) 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 在排队论中，休假排队一直是学者们研究的热点。Tian和Zhang曾研究过休假排队，详见参考文献 [ 1 ] 。在2002年，Servi和Finn [ 2 ] 首次提出半休假策略并研究了M/M/1/MV排队，即在休假期间服务员以低于正常期的服务率接待顾客，而不是对顾客完全停止服务，这类休假叫做工作休假(Working Vacation， WV)。这意味着，在休假期间仍保持一部分服务能力用于接待顾客，另一部分服务能力可进行缓冲调整或用于其他辅助任务。与经典的休假排队相比，工作休假可以更有效地保证系统的运行，达到减少系统损耗和减轻系统负载的双重作用，即在系统中，当主要工作相对较少时，可从事其他辅助工作。若是休假期间的服务率减小为零时，工作休假排队就变成了经典休假排队。因此，工作休假排队是经典休假排队的一种推广，工作休假策略允许服务员灵活的在高低速服务中转换，使得服务系统更加的接近实际，应用更广泛。对于工作休假排队模型，许多学者将它进行了推广。Wu和Takagi [ 3 ] 将M/M/1/MV排队模型扩展到M/G/1/MV排队模型，Baba [ 4 ] 利用矩阵几何解法研究了工作休假的GI/M/1排队模型，Krishnamoorthy 和Sreenivasan [ 5 ] [ 6 ] 分析了M/M/2的工作休假排队模型。 反馈机制也是排队论中研究的重要因素，尤其是Bernoulli反馈机制，被广泛应用于计算机分时操作系统和无线电通讯网络系统中。带有反馈的休假排队系统是经典休假排队系统服务机制发生变化的一种推广，即顾客到达系统后并不一定经过一次服务后就离开系统，可能经过多次，服务次数是由反馈机制决定的，详见参考文献 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。刘名威和马永开 [ 10 ] 研究了Bernoulli反馈的N策略Geom/G/1排队系统的队长分布，刘红丹等 [ 11 ] 研究了有负顾客且Bernoulli反馈的M/M/C工作休假排队系统。 在本文中，我们通过Bernoulli控制策略将普通休假和工作休假结合在一起，即在正规期，若系统中无正顾客，服务员以概率 α 进入普通休假状态，或者以概率 β 进入工作休假状态，其中 0 ≤ α ， β ≤ 1 且 α + β = 1 。在此情形下，我们还考虑了负顾客、反馈机制和N策略：负顾客抵消队首正在接受服务的正顾客；顾客在服务完成后以概率 p ( 0 ≤ p ≤ 1 ) 永远离开系统，或者以概率 p ¯ ( p ¯ = 1 − p ) 反馈到队尾继续等待服务；在休假期间，当顾客数大于等于N时，休假期结束；反之，则服务台继续休假。 本节以下各节内容安排如下：第2节，我们给出了模型描述，并得到了QBD的正常返条件；第3节，利用最小非负解矩阵R，我们得到了不同状态下队长的平稳分布；第4节，通过数值例子来说明一些参数对系统队长的影响；第5节，结论。
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user: 2. 模型的描述 在M/M/1休假排队系统中引入负顾客、反馈机制和N策略，该排队模型具体描述如下： 1) 在系统中具有正、负两类顾客，这两类顾客的到达时间均服从泊松分布，参数分别为 λ 和 ε 。 2) 负顾客本身不接受服务且带RCH抵消策略，即当负顾客到达时抵消队首正在接受服务的正顾客。若系统中没有正顾客，则负顾客没有影响并自动消失。 3) 在正规期，若系统中没有正顾客时，服务台以概率 α 进入一个随机长度为V的普通休假期，或者以概率 β 进入一个随机长度为W的工作休假期。工作休假时间和普通休假时间分别服从参数为 θ 和 γ 的指数分布。若休假结束时，系统中仍没有顾客，服务台则开始一个新的休假。在工作休假期间，服务台不停止服务，而是以较低的服务速率接待正顾客。在普通休假期间，服务台则停止服务。 4) 在正规期和工作休假期，服务台对正顾客的服务时间分别服从参数为 μ 和 η 的指数分布，其中 μ ≻ η 。 5) 按照先到先服务的原则，正顾客每服务完成一次后，以概率p永远离开系统，或者以概率 p ¯ ( p ¯ = 1 − p ) 反馈到队尾等待再一次服务。 6) 系统中引入N策略休假原则：当普通休假和工作休假结束时，如果系统中的顾客数大于或等于N (N事先设定)，服务台立刻停止休假进入正规期。如果系统中的顾客数小于N，那么服务台的服务状态不变。 另外，假设正、负顾客到达时间间隔，正规忙期和工作休假期服务时间，普通休假时间，和工作休假时间均相互独立的，服务规则为先到先服务(FCFS)。 设 Q ( t ) 表示t时刻系统中的正顾客数， J ( t ) = { 0 ，     系 统 在   t   时 刻 处 于 普 通 休 假 期 1 ，       系 统 在   t   时 刻 处 于 正 规 忙 期 2 ，     系 统 在   t   时 刻 处 于 工 作 休 假 期 则 { Q ( t ) ， J ( t ) } 是一个拟生灭过程，状态空间为 Ω = { ( k ， j ) ， k ≥ 1 ， j = 0.1.2 } ∪ { ( 0 ， 0 ) } ∪ { ( 0 ， 1 ) } 如果将状态按字典序排列拟生灭过程 { Q ( t ) ， J ( t ) } 的最小生成元 Q 可表示为下列分块矩阵形式 Q = 0 1 2 ⋮ N − 2 N − 1 N ⋮ [ A 00 C 0 B 0 A 0 C B A 0 C ⋱ ⋱ ⋱ B A 0 C B A 0 C B A C ⋱ ⋱ ⋱ ] (1) 其中 A 00 = [ − λ 0 0 0 0 0 0 0 − λ ] C 0 = [ λ 0 0 0 0 0 0 0 λ ] B 0 = [ 0 0 0 α ( p μ + ε ) 0 β ( p μ + ε ) 0 0 p η + ε ] A 0 = [ − λ 0 0 0 − ( λ + p μ + ε ) 0 0 0 − ( λ + p η + ε ) ] C = [ λ 0 0 0 λ 0 0 0 λ ] B = [ 0 0 0 0 p μ + ε 0 0 0 p η + ε ] A = [ − ( λ + γ ) γ 0 0 − ( λ + p μ + ε ) 0 0 θ − ( λ + p η + ε + θ ) ] 在拟生灭模型的分析中，考虑矩阵二次方程 R 2 B + R A + C = 0 (2) 其中R为率阵，它是二次方程的最小非负解。 定理1 当 ρ = λ p μ + ε < 1 时，方程(2)有最小非负解 R = [ r 1 r 2 0 0 r 3 0 0 r 4 r 5 ] 其中， r 1 = λ λ + γ ， r 2 = r 3 = λ p μ + ε ， r 4 = θ r 5 ( p μ + ε ) ( 1 − r 5 ) ， r 5 = ( λ + p η + ε + θ ) − ( λ + p η + ε + θ ) 2 − 4 λ ( p η + ε ) 2 ( p η + ε ) . 证明：矩阵 A ， B ， C 都是下三角矩阵，可以设 R = [ R 1 0 R 2 R 3 ] ，其中 R 1 ， R 2 ， R 3 都是 2 × 2 阶矩阵。将其代 入矩阵方程(2)，我们可得： [ 0 0 0 0 ] = R 1 2 [ 0 0 0 p μ + ε ] + R 1 [ − ( λ + γ ) γ 0 − ( λ + p μ + ε ) ] + [ λ 0 0 λ ] [ 0 0 0 0 ] = ( R 2 R 1 + R 3 R 2 ) [ 0 0 0 p μ + ε ] + R 2 [ − ( λ + γ ) γ 0 − ( λ + p μ + ε ) ] + R 3 [ 0 θ ] ， [ 0 0 0 0 ] = R 3 2 ( p η + ε ) + R 3 [ − ( λ + p η + ε + θ ) ] + λ . 整理得： λ − ( λ + γ ) r 1 = 0 ( p μ + ε ) ( r 1 r 2 + r 2 r 3 ) + γ r 1 − ( λ + p μ + ε ) r 2 = 0 ( p μ + ε ) r 3 2 − ( λ + p μ + ε ) r 3 + λ = 0 (3) ( p μ + ε ) ( r 3 r 4 + r 4 r 5 ) + γ r 1 − ( λ + p μ + ε ) r 4 + θ r 5 = 0 ( p η + ε ) r 5 2 − ( λ + p η + ε + θ ) r 5 + λ = 0 解(3)中的第一个方程得 。解(3)中的第三个方程得到一个根为 ρ ，另一个根为1(舍去)。要使率阵R有最小非负解，需 r 3 = ρ = λ p μ + ε 且 ρ < 1 。将 r 1 和 r 3 代入(3)中的第二个方程得 r 2 = λ p μ + ε 。之后再解(3)中的第五个方程得到其中一个根为 r 5 ，另一个根大于1 (舍去)，即 r 5 = r = ( λ + p η + ε + θ ) − ( λ + p η + ε + θ ) 2 − 4 λ ( p η + ε ) 2 ( p η + ε ) 。将 r 3 和 代入(3)中的第四个方程可得 r 4 = θ r 5 ( p η + ε ) ( 1 − r 5 ) 。容易验证满足： ( λ + θ ) + ( p η + ε ) ( 1 − r ) = p η + ε + θ 1 − r = λ r . 证毕。 定理2QBD过程 { Q ( t ) ， J ( t ) ， t ≥ 0 } 正常返当且仅当 ρ = λ p μ + ε ≺ 1 。 证明：首先，假设 G = A + B + C = [ − γ γ 0 0 0 0 0 θ − θ ] 根据文献 [ 12 ] 定理2.5可得，若G不可约， π 是G的平稳概率向量，即 π G = 0 ， π e = 1 ，则 S P ( R ) ≺ 1 ，当且仅当 π B e ≻ π C e ， π = [ 0 1 0 ] 。 ( 0 1 0 ) [ 0 0 0 0 p μ + ε 0 0 0 p η + ε ] [ 1 1 1 ] ≻ ( 0 1 0 ) [ λ 0 0 0 λ 0 0 0 λ ] [ 1 1 1 ] . 通过计算求得正常返条件 p μ + ε ≻ λ 。 证毕。
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user: 4. 数值分析 本文中，令 λ = 1.5 ， η = 0.8 ， γ = 0.6 ， N = 2 以平均队长 E ( L ) 作为研究对象，我们给出几个数值实例来演示普通休假状态概率 α 、正规期服务率 μ 对系统的影响。 图1. E ( L ) 随 α 的变化趋势(三种不同的 θ ) 令 μ = 3 ， ε = 2 ， p = 0.5 。图1描绘了普通休假状态概率 α 对平均队长 E ( L ) 的影响。从图中，我们发现 E ( L ) 随 α 的增大而增大。这是因为服务员在休假期内是不发生服务的，普通休假的概率越大，系统中的顾客数也会越多。而且 θ 越大，工作休假时间越短，系统中的顾客数越少。 图2. E ( L ) 随 α 的变化趋势(三种不同的 ε ) 令 μ = 3 ， θ = 0.4 ， p = 0.5 。图2说明在三种不同的负顾客到达率 ε 下，平均队长 E ( L ) 随普通休假状态概率 α 的增大而增大。由于服务员在休假期内是不发生服务的，因此普通休假的概率越大，系统中的顾客数也会越多。因为负顾客会抵消正在服务的顾客，所以负顾客到达率 越大，系统中的顾客数越少。 图3. E ( L ) 随 μ 的变化趋势(三种不同的 θ ) 令 p = 0.5 ， α = 0.3 ， β = 0.7 ， ε = 2 。图3描绘了正规期服务率 μ 对平均队长 E ( L ) 的影响。随着 μ 的增大，我们可以发现平均队长 E ( L ) 在减少。在其他条件相同的情况下，平均队长 E ( L ) 随 θ 的增大而减小。 图4. E ( L ) 随 μ 的变化趋势(三种不同的p) 令 α = 0.3 ， β = 0.7 ， ε = 2 ， θ = 0.4 。图4描绘了正规期服务率 μ 对平均队长 E ( L ) 的影响。随着 μ 的增大，我们可以发现平均队长 E ( L ) 在减少。反馈概率p越大，系统中顾客在服务完成后离开系统的概率就越大，因此在其他条件相同的情况下，系统中的顾客数随着反馈概率p的增大而减少。
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user: 5. 结论 本文不同于普通的Bernoulli控制的M/M/1休假模型，而是在此基础上进一步研究了负顾客、反馈机制和N策略对模型的影响。通过对平均队长的分析，可以直观的看到各因素对系统的影响。特别地，当 ε = 0 ， p = 0 且 N = 1 时，该系统就退化为普通的Bernoulli控制的M/M/1休假模型。
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user: 摘 要 近年来，无线传感器/移动自组织网络及容迟/扰网络等无线网络的应用越来越广泛，其中拓扑控制是无线网络中研究的主要问题之一，它不仅可以延长网络的生命周期还可以减少信号干扰，因此拓扑控制的研究具有重要意义。本文针对无线传感器/移动自组织和容迟/扰网络中的拓扑控制问题，分析和总结了近年来相关的主要方向和研究成果，同时对无线传感器/移动自组织和容迟/扰网络中的拓扑控制解决方法进行了分类和总结，并指出了其中的不足与未来的研究方向。 关键词 :无线网络，拓扑控制，研究方向 Copyright © 2019 by author(s) 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 近年来，无线传感器/移动自组织网络及容迟/扰网络等无线网络的应用越来越广泛，其中拓扑控制是无线网络中研究的主要问题之一，它不仅可以延长网络的生命周期还可以减少信号干扰，因此拓扑控制的研究具有重要意义。本文针对无线传感器/移动自组织和容迟/扰网络中的拓扑控制问题，分析和总结了近年来相关的主要方向和研究成果，同时对无线传感器/移动自组织和容迟/扰网络中的拓扑控制解决方法进行了分类和总结，并指出了其中的不足与未来的研究方向。 随着电子技术的飞速发展，无线传感器/移动自组织网络(wireless sensor and ad hoc network)和容迟/扰网络(delay-tolerant network)的应用越来越普遍，各种行业都在使用，不管是在民用、军用还是一些特殊行业，特别是在一些极端环境下如矿井监测、军事侦查、水下监测、海岸线监测、目标跟踪等方面得到广泛引用。由于网络设备自身资源的限制，其能量有限，并且在恶劣环境下很容易被损坏，而在无线网络中节省能量，延迟网络的寿命显得尤为重要，特别是在如军事、海岸线监测等行业中，有可能由于网络的损坏导致不可估量的损失，因此如何节省能量，在保证网络连通情况下延长网络生命周期非常重要。 拓扑控制的目标就是在保证网络连通性、吞吐量及覆盖度下以最少的能耗维持网络的拓扑结构，从而延长网络的生命周期和减少信号干扰。在传感器网络中由于其自身的特点，可以通过调节其发射功率来控制能耗，还可以通过调整传感器的状态如休眠或活动等来节能，也可以通过分簇的方法将网络中的节点进行分簇，簇头节点以轮换方式选取，通过簇头节点之间的数据传输实现整个网络的连通。然而，在拓扑控制中有几个性能指标和因素是必须要考虑的：性能指标包括连通性、覆盖度等，考虑因素包括能量有限、带宽有限、拓扑结构的动态变化和非结构化(无线移动自组织和容迟/扰网络中)、断续连接(容迟/扰网络中)和可扩展性等。 下面对几个性能指标和考虑因素概念的详细阐述： 连通性：连通是指网络中的节点可以自由通信，各节点都可以与其它节点通信，整个网络畅通。其中包括单连通、双连通和多连通，其连通度越大，网络就越健壮。 覆盖度：是指网络所覆盖的范围，特别是在传感器网络中是指所监控或检测的范围，这对后面的决策起着重要作用，覆盖度越高，则决策效果会越好。 能量有限：相对于其它的电子设备来说，传感器非常小，成本低，容易部署，但是由于其自身的原因导致其能量有限，只能通过有限的电池等供电设备提供能量，当然现在也有太阳能等自动储存能量的传感器，但是会受到环境和技术等方面的制约，因此目前大部分传感器还是通过电池供电。一旦能量耗尽，传感器将会失效，因此，在网络拓扑控制时，如何节省能量非常重要。 带宽有限：无线网络的带宽由于其自身原因是有限的，比如现在常用的IEEE 802.11和ZigBee，它们的上限分别只能达到54 Mb/s和250 Kb/s。并且，在实际应用中，由于同时通信所引起的信号干扰，使得带宽所能达到的最大值比理论值小很多，因此，在网络拓扑控制中保持合适的传输负载很重要。 拓扑结构动态变化和非结构化：一般来说，无线网络中的通信设备，如WSN中传感器等都是随机部署在一定区域，因此它们之间的通信链路可能是不稳定的，并且在恶劣环境下，传感器还有可能被损坏，从而使得通信中断等情况。而对于无线自组织和容迟/扰网络来说，许多设备本身就是移动的，整个网络的拓扑结构都在实时动态变化。因此，如何通过设置相关参数进行网络的拓扑控制非常重要。 断续连接：相对于有线信道来说，无线信道本身的通信可靠性就差，并且通信质量还受外界环境因素的影响。因此在无线自组织网络和容迟/扰网络中，由于通信设备的实时动态移动，使得设备之间的通信会断断续续，因此，在通信断续情况下，如何以最少能耗下，维护一种拓扑结构保证数据传送到目的节点是拓扑控制中的挑战性问题。 可扩展性：由于在不同环境下，各种网络的规模和应用不同，如WSN中部署的节点个数可能是10个，100个或者更多，这就要求拓扑控制要适用于大规模传感器网络。
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user: 3. 不足与未来的方向 针对目前的研究来看，在无线网络中拓扑控制上存在很多具有挑战性的问题，特别是容迟/扰网络： 1) 如何构建更高效的随机容迟/扰网络模型； 2) 如何设计一种高效的分布式算法来寻找每一对节点之间的通信链路来实现拓扑控制； 3) 如何准确获取网络拓扑信息。
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user: 4. 结语 本文对当前与无线网络中拓扑控制相关的主要研究成果进行了综述，并指出了未来的研究方向。当前大部分研究都处在摸索实验研究阶段，特别是容迟/扰网络正处于理论研究阶段，投入实际应用的还比较少，但是对容迟/扰网络的研究一直也是一个热点，因为在当前移动互联网高度发展的时代，此类机会性网络下数据的有效传输和网络的拓扑控制显得尤为重要，因此对无线网络中拓扑控制的研究具有重大意义。
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user: 摘 要 海洋地质十号船(以下简称HYDZSH)船载全液压举升式钻探系统的建造填补了我国小吨位大深度海洋地质钻探船的空白，通过钻探系统智能化司钻操作，实现了钻井技术的进一步提高，丰富了我国海洋地质调查技术体系 [ 1 ] ，对我国海洋区域地质调查有重要意义。 关键词 :钻探系统，自动化操作，司钻，地质调查 Copyright © 2019 by author(s) 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. 概述 1) 根据海底地层的岩心采集、测井、原位静力触探基础施工的要求，为获取地层原位样品及土层特性基础资料的需要，HYDZSH安装了船载钻探系统(见图1)，2018年首次应用到我国海洋区域地质调查任务中，成功钻获2个站位地质样品，其样品长度分别是92.63 m和140.68 m，为近海岸地质调查提供了基础资料。 图1. 海洋地质十号船安装了船载钻探系统 2) 2HYDZSH作业环境条件 作业海域：无限航区(南、北极除外)； 适宜作业海况：四级海况、6级风、海流2节； 生存海况：抗风力不低于12级；并保证在七级海况下能安全行。
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user: 2. 主要结构介绍(见图2) 1) 该系统主要由井架、顶驱、动力猫道、液气大钳、海底基盘、抓管机、钻探管材、取芯工具等主要设备构成，其组成系统由举升系统、液压系统、升沉补偿系统、管子处理系统、基盘绞车和取样绞车系统、泥浆泵组等组成，各子系统布置在船体甲板上或船体舱内，主要应用于海洋区域地质调查地质资料的研究方面。 图2. 全液压举升式钻探系统 2) 主要技术参数 最大钩载：600 kN 井架高度：24 m 速度范围(无级可调)：0 rpm~180 rpm(正、反) 卸扣扭矩：28 kN.m，54 rpm 钻井扭矩：15 kN.m，100 rpm 旋扣扭矩：6 kN.m，180 rpm 背钳处理范围：2 3/8～8 1/4 泥浆锥孔通道小端：Ф 121 mm (21 MPa) 补偿类型：被动补偿， 补偿行程：±1.5 m， 补偿能力：400kN(钻柱重量) 最大载荷(锁销锁紧状态)：60 T + 顶驱自重
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user: 3. 技术特点 1) 该系统采用先进的液压驱动控制技术，整个控制系统采用电液控制模式 [ 2 ] 。钻探系统可实现自动化操作，主要钻井功能均采用PLC集中控制(见图3)，实现起、下钻工作模式和钻进工作模式。顶驱、管子处理系统等主要设备均采用液压控制，功率利用率高，钻井成本相对低，防爆安全性好。 图3. 钻探系统智能化操作界面 2) 钻探系统顶驱的上提、下放功能通过一组举升油缸来实现，取代了传统绞车来完成钻具提升/下放作业，简化了天车，取消了传统绞车和游车，简化机械传动流程，减小配套设备体积，减轻整机重量。 3) 顶驱主传动采用液压驱动主轴旋转设计，实现无级调速功能。 4) 钻探系统配备自动化管柱处理系统，自动化程度高，降低人工成本，减少工人劳动强度：钻探系统配有抓管机、钻杆盒、水平动力猫道、液气大钳、气动卡瓦等机械化工具，可实现从管柱从钻杆盒至井口顶驱连接的自动化作业。所有自动化管柱系统均采用液压驱动，在司钻房中集中控制。 5) 由于取消了传统绞车，主甲板面布局整洁，操作空间开阔，同时减少了绞车噪音污染，为操作者提供一个更为安静的作业环境。 6) 液气大钳安装于井架船艏侧，能够满足不同高度拆卸钻杆的要求，解决了正常钻井时需要连接短钻杆才能正常作业的限制。
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user: 4. 技术路线 [ 3 ] 1) 钻探系统提升系统的上下位移通过液压油缸完成，实现钻探系统起下钻作业，取消传统钻探系统配套的绞车、游车和天车等设备。 2) 钻探系统采用一台综合液压站为提升油缸、基盘绞车、取样绞车、液压顶驱、液压绞车、月池盖、液压猫头、液气大钳、水平动力猫道等液压设备提供动力，完成钻探系统各个功能的实现。 3) 顶驱主传动采用液压驱动主轴旋转，泥浆主循环通道为4 3/4 (Ф 121 mm)，并向上贯通。其液压控制系统实现无级调速功能，顶驱端最大载荷600 kN。 4) 钻探系统自动化管子处理系统配有抓管机、钻杆盒、水平动力猫道、液气大钳、动力卡瓦(气动)等机械化工具，可实现从管柱从钻杆盒至井口顶驱连接的自动化作业。所有设备均采用液压驱动，可在司钻处远程控制。 5) 司钻控制系统采用主副司钻分区控制，主司钻操作座椅可控制的设备包括：顶驱、泥浆泵、液压猫头、升沉补偿系统、工业监控系统、提升系统、仪表系统、井架举升装置等；副司钻操作座椅可控制设备包括：动力猫道、钻杆动力钳、工业监视系统、抓管机、取样绞车等。 6) 钻探系统配有两台由交流变频电机驱动的160 kW钻井泵，通过无级调速和变化缸套可实现钻井泵不同的输出压力和排量。 7) 钻探系统配有散料系统，由混合漏斗、混合泵和破袋加料机等组成，构成半自动散料加料系统。
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user: 5. 钻井流程 1) 正常钻井钻杆接头操作高度说明在钻井作业流程中，由于HYDZS船具有 ± 1.5米的升沉补偿高度，引起钻井作业工况与起下钻作业工况钻杆接头高度不同(注：起下钻作业与补偿工况无关，钻杆接头位于低位操作)。 a) 钻进，当顶驱钻到距离钻台面的有效高度为1.5米时(因为补偿高度为 ± 1.5米，要留出补偿高度)。 b) 停钻，上提1.5米高度(保证钻头距离井底1.5米高的补偿高度)，坐卡瓦，顶驱背钳开始拆卸钻杆扣。 c) 水平动力猫道将钻杆输送给顶驱吊卡，顶驱背钳完成钻杆连接，在正常钻井时，接钻杆的最低高度约为3.4米，在上端预留0.4米的作业高度，高位接钻杆高度为3.4~3.8米，
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user: 6. 下基盘作业流程 1) 海底基盘系统组成基盘绞车、海底基盘、基盘补偿装置、起吊钢丝绳、滑轮组等组成。 2) 海底基盘的主要功能海底基盘主要用于钻探船在勘探作业时，预先安装在指定的海底位置固定井口。用于在取样过程中固定钻杆，避免由于海流作用引起钻杆摆动或上下运动，防止在钻井时出现钻具滑动情况。海底基盘是勘察船钻井系统的一个非常重要的关键设备，其利用基盘绞车的钢丝绳将其安装在目标海床位置，用于海洋勘察取样过程的井口定位、导向钻具、取样时固定钻具，同时为取样工具提供终端支撑等用途，能够实现海底钻具的精确定位和精准取样，是一项集机、电、液、声学等多项水下前沿技术高端产品。 3) 操作流程在钻进作业前，通过基盘绞车的两根钢丝绳悬吊海底勘探基盘，从月池缓缓下入海底。在钻进作业时，为方便钻具对正井口，在基盘的中心正上方设计有喇叭形状的导向装置。在导向装置的底部安装有一套海底钳装置。基盘上的水下部分，包括海底钳装置、液压站、控制系统、传感器装置、通讯系统等。基盘考虑整个重心平衡，设有配重块，需要配重时，根据不同的需要，在配重箱中放置铅块等配重块即可。
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user: 7. 生产应用情况(见图4) 7.1. 地质情况 根据钻孔SYD1、SYD2个站位的施工所获取的样品来看，其主要地质为泥质地层、砂质地层和泥沙混合地层，在SYD2-1A站位孔深150 m~173 m位置，连续几个回次获取十几米的液态砂浆，砂浆呈现灰褐色，80%为砂质地层。 图4. 绳索取样 7.2. 钻孔结构 海洋地质十号钻探系统采用开放式(裸钻)钻探工艺，从开孔到终孔采用同样规格的钻井工具，两个站位分别在施工设计要求水深47米和105 m处，孔1钻进97.26米，获取岩心92.63 m，孔2钻进173.6 m，获取岩心140.68 m，达到施工设计要求，岩心质量合格。 7.3. 试验情况及钻探系统在生产示范应用中的性能表现 完成三亚市副区调2个地质浅钻钻孔，总进尺270.86 m，获取岩心233.31 m，是对钻探系统进行了一次完整的检验，通过钻井获取的地质样品和数据，给地质研究提供了更加丰富的原始资料，同时检验了钻探系统的整体作业水平，为下一步深地质钻孔提供了良好的技术保障。根据201806航次钻井任务，初步证明在水深100米范围内的作业能力，潮差±2.5，最终孔深97.26米，取样92.63米，钻具总长197.5 m，取样成功率达86%，根据201810航次钻井任务现场情况来看，在水深104米，潮差 ± 3米，孔深173.61米，样品长140.68米，钻具总长263.61米，岩心采取率达到80%以上。
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user: 8. 存在的问题 根据201801航次钻探海试总体试验效果，部分需要整改项，例如海底基盘收放在月池卡顿情况、吊卡双油缸同步问题、泥浆泵泵压问题，海底基盘坐底后通讯中断(后经检查发现光电接头松动所致)，恒张力绞车出现故障信号报警(重启后系统正常，报警消失)。 根据201803航次海试验收情况，整改后海底基盘收放平稳，水下通讯，对地绝缘一切正常。
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user: 9. 结束语 通过二个航次的钻井任务施工，充分展示了海洋地质十号船载钻探系统在我国南海浅水水域的钻探施工的优越性。 通过绳索取芯技术所获取的岩心资料，对后续钻探部署定位有重要指导意义。在海洋地质十号船载钻探系统钻井应用的过程中，形成了一支多学科交叉、多套设备组合应用的精英团队，这支团队在总体技术、机电、控制、材料、维护和应用等多学科领域得到了长足的进步，积累了丰富的经验，已经处于国内同行业的领先水平。
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user: 摘 要 瓦斯是煤矿第一杀手，瓦斯事故极易造成重大人员伤亡和财产损失，而瓦斯富集区(带)则是瓦斯事故的高发区域。为了厘定瓦斯富集区(带)的地球物理标志、规律与煤层厚度变化、构造、地应力集中等地质异常事件之间的关系，本文以河南省新安煤田为例，采用地震槽波透射法进行探查，在采煤工作面一条煤巷内侧煤壁布置炮孔形成激发地震槽波波场的震源，在另一条煤巷内侧煤壁布置检波器接收地震槽波信息和采集数据，依次激发，同步接收。通过地震槽波速度层析成像求得采煤工作面槽波速度场分布图，然后预测瓦斯富集区(带)，再通过与钻孔实测瓦斯含量进行对比分析做效果检验。实验结果初步证明：利用地震槽波速度场可以有效预测采煤工作面瓦斯富集区(带)，能够科学指导矿井瓦斯灾害防治。 关键词 :地震槽波，速度场，采煤工作面，瓦斯富集区(带)，层析成像 Copyright © 2019 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/