DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 主要结果 在 内考虑 自治向量场(其中 满足所需阶数)。在 内取直角坐标系 。假设在 平面上向量场有两个双曲不动点 ， 。 局部假设： 在 处，线性化向量场为 其中 ， 。 在 处，线性化向量场为 其中， ， ， 。 全局假设：在 平面内用 表示连接 ， 的异宿轨，在 平面外用 表示连接 ， 的异宿轨。因此 构成异宿环。下面将通过在异宿环的一领域内构造庞加莱映射 证明下面的定理。 定理：当 时，庞加莱映射有可数无穷多个马蹄。 证明：证明过程主要分两部分：构造庞加莱映射 ；当 时， 有可数无穷多个马蹄。 首先构造庞加莱映射。主要分为三步： 第一步，选取适当局部坐标系。分别以 、 为原点建立局部直角坐标系 、 ，且都满足右手系。由线性化向量场的形式可知： 为鞍点并且在 的邻域内线性化向量场的流在 轴上不稳定，在 轴上稳定，在 轴上强稳定； 为鞍焦点且在 的邻域内线性化向量场的流在 轴上不稳定，在 平面上为稳定焦点 [ 3 ] 。 第二步，构造庞加莱截面。对充分小的 ，由文献 [ 1 ] 的讨论易知，可取如下四个横截面： ， ， ， 取 足够大，使得 的像在其内部。 第三步，构造庞加莱映射 ： 。 由于，在 处线性化向量场产生的流为 的时间 满足： ，即 。 所以 的映射 可近似取作 ： 。 同理，在 处线性化向量场的流为 需要的时间 满足： ，即 。 所以 的映射可近似取作 ： 。 另外，作如下两个仿射： ， 。 ： 其中， ， ， ， 是常数。注意到 ， 附近点的坐标分量间的对应关系为 ，并且在 上 。所以，在第一个仿射中的线性部分第三行全为零。在 上 ，所以第一个仿射中线性部分的第三列全为零。 ： 其中， ， ， ， 是常数， 是 与异宿轨 的交集(由 的选取可知，仅相交一次)。线性部分的选取与上面类似。 因此，可得庞加莱映射 ： 。 下面只需证，当 时，庞加莱映射 有可数无穷多个马蹄。在证明定理前先给出一个引理。 引理3 考虑 。对给定的 ( 足够大)，当 时， 的内边界交 的上水平边界至少2个点，其中 。 证明：考虑矩形 ， 显然， 。 矩形 的四条边分别记作 (上水平边)， (下水平边)， (右垂直边)， (左垂直边)，其中 ， ， ， 。 在 作用下，边 ， ， ， 的像分别为 ， ， ， 。 的上水平边界的 坐标为 在 的内边界上的点中与 距离最小的点满足下式 。 由 的构造知：在 的作用下，分量 压缩到一定值 其余分量作相应的伸缩。又由于 ， 是仿射，故在 的内边界上的限制可以表示为 ， 存在 ， 。 所以，当 时， 的内边界将交 的上水平边界(至少)两点。 因为 是固定的常数，故要使 成立，只需取 足够大即可。而当 时，存在 使得 。当 时， 是正的且当 充分大时， 成立。故得证。 接下来后半部分的证明类似于引理1和引理2的证明。 对于 上的矩形 ，只需在 中找出两个不相交的 -水平带映射为自身上的 -垂直带，使得假设1和假设2成立。 由引理3可知：当 时，存在满足假设1的 -水平带。 当满足稳定流行比不稳定流行弱即 即 时，类似于引理1和引理2的计算可知假设2也成立。 综上，由 的构造可知，当满足 时对充分大 ， 包含不变Cantor集 ，并且在 上 共轭于二符号上的一全平移。故 存在可数无穷多个马蹄。
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user: 摘 要 本文探讨石墨烯与聚乙烯醇混合之奈米复材机械性质，探讨重点主要分成两个部份，第一部份是石墨烯制备方式，使用Modified Hummer Method将石墨粉末改质成氧化石墨烯，再使用六亚甲基四胺将氧化石墨烯还原成石墨烯，称为还原氧化石墨。藉由拉曼、X光光电子能谱以及原子力显微镜检测分析结果，显示成功的制造出单层的氧化石墨烯及将氧化石墨烯还原为石墨烯。第二部份是探讨氧化石墨烯与还原石墨烯于聚乙烯醇之不同添加量对奈米复材机械性质之影响。应用微拉力试验机对石墨烯–聚乙烯醇奈米复材进行拉伸试验，可得应力–应变曲线与杨氏系数，显示氧化石墨烯添加量的增加，会使聚乙烯醇由延性材料改变成脆性材料，纯聚乙烯醇于拉伸试验所得之杨氏系数714.3 MPa，添加3%氧化石墨烯之聚乙烯醇复材杨氏系数高达11290.3 MPa，杨氏系数提高了16倍。聚乙烯醇的拉伸强度平均约15 MPa，添加3%氧化石墨烯之聚乙烯醇复材平均拉伸强度最高可提升到37MPa，添加还原石墨烯之聚乙烯醇复材，因内含石墨烯未能均匀分散，强度最高仅为27 MPa。 关键词 :石墨烯，聚乙烯醇，奈米复合材料
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user: 1. 引言 复合材料泛指将两种或两种以上不同的材料复合后，在物理或化学性质上截长补短，结合不同材料的优点与特性，进而成为有特殊机能性的材料 [ 1 ] [ 2 ] 。复合材料可分为“基材”(Matrix)与“强化材”(Reinforcement)两个部份；基材视为连续相，占复合材料的大部份；强化材视为分散相，主要补强材料性质。例如玻璃纤维强化环氧树脂，即是在环氧树脂(基材）中填加了玻璃纤维(强化材)，增强环氧树脂的耐冲击性，由此可知复合材料可弥补单一材料的缺点，可增加材料的物理及化学性质(如导电、光、磁、阻尼、声、绝热、导热、抗磨耗、耐酸、耐碱等) [ 3 ] [ 4 ] 。复合材料可经由不同的调配及制程，设计复合成非常多样的复合构造，达到期望性质之新材料，目前大量的应用在日常生活中，如交通运输、航天、建筑、体育用品、通讯产品、医疗用品、服饰等等。 复合材料会因分散相粒径尺寸的缩小而增加基材与分散相的接触面积，界面的作用力也会相对增强，进而力学补强加成的效果会越显注，复合材料所得到的机械强度与机械性质也越为优异。当分散相之材料粒径大小在奈米尺度，即称为奈米复合材料。但奈米复材制程中需考虑到奈米材料的最佳填加量、分散性及与基材之间的兼容性等问题。 石墨烯在导电与导热的效果优于奈米碳管，是当前很热门的材料 [ 5 ] - [ 9 ] 。本实验所填加的石墨烯片是由单层至数层石墨烯所组成，其厚度从0.34奈米至数十奈米，直径则是从0.5至20毫米，而直径与厚度比可达数千倍，而且其片状结构可提供较大的表面积有利于化学改质，进而在高分子中有较优良的分散效果。奈米石墨烯片有许多优良的物理性质，可应用于奈米复合材料当做补强基材的补强材，提升基材的机械、光电及热性质等 [ 10 ] [ 11 ] 。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 氧化石墨烯和还原石墨烯制备 将10 g的过硫酸钾及10 g的五氧化二磷倒入50 mL浓硫酸里搅拌。加入12 g的石墨粉末(>100 mesh，99.9%，Sigma-Aldrich)于前述溶液中，并加温至85℃搅拌4.5 h，加入2 L的去离子水静置一晚，使用0.2 μm的滤纸，真空过滤方式将石墨粉末取出。取出的石墨粉末加入460 mL的硫酸里冰浴搅拌，加入60 g的过锰酸钾升温至35℃搅拌2 h，再缓慢的加入920 mL的去离子水控制温度使不超过50℃，搅拌2 h后加入2.8公升的去离子水和50 mL双氧水，此时颜色会变成褐黄色。再用离心机将氧化石墨烯分离取出。还原剂选用对环境较温和而毒性较低的六亚甲基四胺[ 12 ] 。于氧化石墨烯溶液中加入适量的还原剂，于95℃烘箱内12小时，此时颜色会变成棕黑色，用离心机将还原石墨烯分离取出。 2.2. 氧化石墨烯/还原石墨烯/聚乙烯醇复合材料之制备 将聚乙烯醇粉末(BP-05，27，000~32，000 MW，长春石化)添加60℃去离子水搅拌均匀混合，混合完成后放入搅拌脱泡机内减少液体内的气泡，取出后静置冷却。将液体倒在离型膜上，用刮刀刮出需要的厚度，放入烘箱烘干成膜。奈米复合材料制备，则是将氧化石墨烯与还原石墨烯的水溶液与聚乙烯醇调配成重量百分比分别为1 wt%、2 wt%及3 wt%之混合溶液，加热搅拌均匀混合。接续步骤则与前述制程相同。拉伸实验使用MTS Tytron 250微拉力试验机，每组条件测试五片试片，试片尺寸统一为5 mm × 50 mm、厚度0.2 mm。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 氧化石墨烯和还原石墨烯微结构分析 在50毫升氧化石墨烯溶液内填加入不同重量(300毫克、900毫克、1500毫克)的六亚甲基四胺作为还原剂，并加热至95℃持温12小时，颜色由淡黄色转变成棕黑色，如图1。此外，图2拉曼光谱显示I D /I G 比例因还原剂填加量增加比例有上升的趋势，而2D跟S3峰更有明显的成长，显示氧化石墨烯的材料结构上发生改变。更进一步，利用X光光电子能谱分析C 1s 谱峰(图3)，可分别出看氧化石墨烯与经过六亚甲基四胺还原的还原石墨烯在284.6 eV有C-C的讯号峰、286.5 eV有C-O的讯号峰、287.8 eV有C=O的讯号峰、289.1 eV有C(O)O的讯号峰。两者相比可看出C-O、C=O以及C(O)O的讯号峰，经过还原后此三个含氧的官能机讯号峰有明显大幅下降的趋势，表示六亚甲基四胺成功将氧化石墨烯还原为还原石墨烯。 图4为扫描式电子显微镜影像，可看出氧化石墨烯的尺寸分布大约在1~6微米的范围。由横截面影像观察显示，干燥后的氧化石墨烯和还原石墨烯易于聚集堆栈形成层状结构，且氧化石墨烯的表面形貌较为光滑，经过还原后的氧化石墨烯表面则产生皱折。进一步藉由原子力显微镜量测结果，如图5，显示氧化石墨烯厚度大约在0.8奈米左右。根据理论碳原子厚度约为0.2奈米而氧基约为0.3奈米，氧化石墨烯结构为碳原子上下各接一层氧基，其单层的厚度约为0.8奈米，如果双层以上应大于1奈米以上，故分析此为单层的氧化石墨烯。 3.2. 氧化石墨烯/还原石墨烯/聚乙烯醇奈米复材之机械性质分析 复合材料主要目的是为了补强原本纯基材在使用上功能性不足的缺点，而拉伸强度是复合材料重要性质之一。拉伸试验是以一定的受力速率来拉伸试片，从试片面积单位所受之拉力对其伸长量作图，可得应力–应变曲线。对金属及塑料材料而言拉伸应力–应变曲线是最能表达出材料的机械性质。可得知材料抗拉强度、杨氏系数以及断裂延伸率三种物理量。 图1. 氧化石墨烯填加300 mg、900 mg、1500 mg的六亚甲基四胺还原成石墨烯 图2. 氧化及还原石墨烯拉曼图谱 图3. (a) 氧化及(b) 还原石墨烯X光光电子能谱 图4. (a) 氧化石墨烯尺寸形貌，(b) 氧化及(c) 还原石墨烯多层横截面形貌 从未填加补强材之纯聚乙烯醇的应力–应变关系，可得知聚乙烯醇为延性材料，在加入氧化石墨烯及还原石墨烯1~3 wt%后，复材抗拉强度及应变随着填加量不同开始产生变化。图6显示，氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料之抗拉强度，随着氧化石墨烯填加量的增加随之增加，但应变则相反，随着氧化石墨烯填加量的增加随之减少。杨氏系数也随着填加量的增加而提升，由未填加补强材的纯聚乙烯醇714.3 MPa，添加3wt%氧化石墨烯后提升至11290.3 MPa，亦即由延性材料渐渐转变为脆性材料。反之，由图7数据，添加还原石墨烯之聚乙烯醇复合材料，填加量为1 wt%时抗拉强度有增加，但应变减少。但随着还原石墨烯填加量增加至2~3 wt%时，抗拉强度及应变同时减少。复合材料之抗拉强度、杨氏系数以及应变量之关系整理如图8。 利用扫描式电子显微镜分析膜材拉伸实验后之断裂截面结构，如图9。结果显示在未添加补强材的纯聚乙烯醇膜截面结构非常平坦，并无发现未聚合之聚乙烯醇膜颗粒以及孔洞缺陷。添加氧化石墨烯之复材可看出氧化石墨烯在聚乙烯醇内部分散相当均匀，呈现片状分布。相较而言，添加还原石墨烯之复材，石墨烯在内部造成聚集，形成团簇。由于还原石墨烯本质疏水，于水溶性聚乙烯醇中分散性较差，形成复材后结构不均匀，石墨烯聚集处反而形成缺陷，减少了还原石墨烯与聚乙烯醇之补强作用。如何改善还原石墨烯之分散性应可后续提升复材特性之主要课题。 图7. (a) 纯、(b) 添加1 wt%还原石墨烯、(c) 添加2 wt%还原石墨烯、(d) 添加3 wt%还原石墨烯之聚乙烯醇复材拉伸试验应力–应变关系图 图8. 不同氧化石墨烯与还原石墨烯添加量之聚乙烯醇复材之(a)抗拉强度、(b)杨氏系数、(c)破坏应变比较图 图9. (a) 聚乙烯醇、(b) 添加3 wt%氧化石墨烯/聚乙烯醇复材、(c) 添加3 wt%氧化石墨烯/聚乙烯醇复材之拉伸试片断裂面扫描式电子显微镜影像。(箭头处为还原石墨烯团簇)
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user: 4. 总结 启始原料是容易取得的石墨粉末，并应用Modified Hummer Method制作出氧化石墨烯。在还原氧化石墨烯为石墨烯的过程中，考虑避免使用有毒以及对环境危害较高的联胺，改使用六亚甲基四胺以降低对环境的危害。还原石墨烯经拉曼光谱、X光光电子能谱分析检测所得到之的图谱，与氧化石墨烯的图谱比对结果显示，还原程度受还原剂添加量的增加其比例有上升的趋势，2D跟S3拉曼谱峰有明显的成长及G峰的半高宽有明显变窄。此结果显示氧化石墨烯的材料结构上发生改变。X光光电子能谱C 1s 图谱明显的看出环氧基的讯号降低，表示本文设计的方法成功的将氧化石墨烯还原为石墨烯。 氧化石墨烯及还原石墨烯与聚乙烯醇混合之奈米复材，经由微拉力试验机拉伸测试结果显示，将氧化石墨烯及还原石墨烯加入聚乙烯醇，能有效提升机械性质。纯聚乙烯醇材料的拉伸强度为15 MPa 杨氏系数为714.3 MPa。添加3 wt%氧化石墨烯/聚乙烯醇复材拉伸强度高达35 MPa，杨氏系数也提升为11290.3 MPa，拉伸强度提高2.3倍，杨氏系数提高了16倍。1 wt%还原石墨烯/聚乙烯醇复材拉伸强度达到27 MPa，杨氏系数提升为6538.5 MPa，拉伸强度提高1.8倍，杨氏系数提高了9.2倍。但当还原石墨烯添加量继续增加至3 wt%，机械性质反而开始降低。经分析复材拉伸断裂截面显示，还原石墨烯易于聚乙烯醇内部形成聚集，导致机械性质未随添加量增加而有所提升。未来若使用适当分散剂将还原石墨烯的分散性提高，即能增加奈米复材之机械性质及后续其它领域之应用。
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user: 摘 要 空间环境中DSP等器件频繁发生的单粒子软错误，严重影响了系统的安全可靠运行。针对DSP程序存储区的软错误，本文提出了基于程序控制流完整性检查的软错误检测方法。首先对DSP程序在汇编语言上将程序划分为若干个基本块并将每个基本块的结构信息存储在一个分块表中；然后在每个基本块的末尾设置检测点，通过检查程序运行时信息与分块表中记录的信息的一致性来判断程序是否发生控制流错误。该方法和基于签名的检测方法相比，在故障检测效率和系统开销大致相当的情况下，具有近乎100%的控制流错误检测覆盖率以及良好的跨平台移植性。 关键词 :DSP，软错误，控制流错误，完整性检查
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user: 1. 引言 当前，高性能DSP被广泛应用于空间飞行器电子系统。然而，太空辐射环境中无时不刻存在的单粒子效应使得DSP容易发生瞬态错误或间歇性错误，这类被称为软错误的故障或失效严重影响了系统运行的可靠性和安全性 [ 1 ] ，已成为研究和工程开发人员关注的重点。公开资料表明，DSP中超过70%的软错误会引发软件发生控制流错误 [ 1 ] 。控制流错误将导致程序偏离正确的执行流程，导致输出结果错误，甚至完全崩溃 [ 2 ] 。因此，基于DSP程序控制流检查可以有效检测DSP程序存储区是否发生了软错误。 已有控制流错误检测的主要思路是签名监测 [ 3 ] [ 4 ] ，即将程序划分为若干个基本块，并为每个基本块分派一个静态签名，当程序运行时计算出基本块的运行时签名，并通过比较静态签名与动态签名是否一致。签名监测有硬件和控制流件两种实现方式。硬件实现方式是利用一个硬件看门狗，实时地检测程序运行过程中出现的错误。硬件看门狗的实现方式的最大特点是速度快，系统性能开销小。但是，该方案不可避免地引入了新的硬件逻辑，带来新的面积开销，增加了系统开发的困难 [ 5 ] 。 随着人们对低成本、高性能、短开发周期的嵌入式系统的需求不断的增长，使得COTS越来越广泛地使用在嵌入式系统开发中。COTS的出现大大加快了系统的开发进度。但是，由于COTS的体系结构在出厂后就不能改变，人们不得不在硬件看门狗等手段之外寻求新的控制流错误检测技术。针对硬件看门狗方案的局限性，广大技术人员提出了多种基于软件实现的控制流错误检测方案，如Enhanced Control- Flow Checking using Assertions [ 6 ] 、Control-Flow Checking by Software Signatures [ 7 ] 、Enhanced Control- Flow checking [ 8 ] 、Edge Control-Flow Checking和Region Based Control-Flow Checking [ 9 ] 等。基于软件实现的控制流检测方案在不依赖底层硬件的基础上，以一定的性能牺牲为代价，大大增强了基于COTS的系统的可靠性。虽然基于软件实现的签名监测方案独立于硬件实现，但是仍具有很强的平台依赖性。在不同的平台上，如ARM、MIPS、X86等，由于使用的指令集不同，使得在一个平台上的签名生成和监测技术不能直接应用到另一个平台上，这大大破坏了软件系统的可移植性。 针对上述不足，本文提出了基于完整性检查的控制流错误检测方法，即通过检查每个基本块的执行完整性来判断程序是否发生控制流错误。本方案的最大特点是可移植性，即只需少量的修改就可从一个平台是移植到另一个平台上实现。在检测开销方面，基于完整性检查的控制流检测方案与基于签名的控制流检测方案所带来的开销在一个数量级上。同时，基于完整性检查的检测方案具有近乎100%的控制流错误检测覆盖率。
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user: 2. 基于程序控制流完整性检查的DSP软错误检测原理 2.1. 检测原理分析 运行中的DSP状态检测，首先应分析单粒子效应形成的软错误故障模式及其特点，将DSP构建的软件代码进行模块的合理划分，进而在模块之间确定合理的检测点。 DSP程序在其指令顺序执行的一段基本模块中，如果没有发生控制流错误，程序将从模块入口开始执行，并在模块的出口跳出。因此，分支指令出错是导致控制流错误的主要原因。在划分基本块后，所有的分支指令都位于基本块的末尾，当出现分支指令错误时，控制流可能转移到不正确的地址处开始执行，也可能导致一个本该发生的控制流转移没有发生或相反。 此外，DSP的软错误可能引起存储单元单元中的信息发生跳变，如果这种跳变发生在程序存储区，则有可能改变指令的编码。公开的文献 [ 10 ] 和实际分析表明，发生在程序存储区的跳变可能导致一条非分支指令转变为分支指令；也可能导致一条分支指令转变为非分支指令。如果一条非分支指令转变为分支指令，则程序必然出现控制流错误。在划分基本块后，所有的非分支指令都在基本块内部(包括基本块的第一条指令)。此时，非分支指令转换为分支指令导致的控制流错误主要表现为，基本块内部到程序其他地方的控制流错误转移。 综上讨论，控制流错误主要表现为1) 在该发生控制流转移的地方没有转移或转移地址出错；2) 在不该发生控制流转移的地方发生了控制流转移。如图1所示。 图1中，矩形表示基本块，实线箭头表示正确的控制流转移，虚线箭头表示错误的控制流转移。A和B表示由于出现非分支指令转换为分支指令导致的控制流错误，其中A为控制流发生基本块内错误转移，B为控制流发生基本块间错误转移。C和D表示一条分支指令的两个分支项，C 1 表示本来应该发生 图1. 控制流错误示意图 控制流转移C，但由于分支指令错误，发生了一个看似正确的控制流转移C 1 。F 1 表示由于分支指令错误，发生了一个到其它基本块的控制流错误转移。G 1 表示由于分支指令错误，发生了一个到基本块自身的控制流错误转移。 2.2. 延迟槽的处理 延迟槽是指控制流分支指令后的一条或几条指令，不管分支是否发生，延迟槽中指令总是被执行且结果先于分支指令提交。 延迟槽主要存在于早期在流水线中没有分支预测功能的平台上，用于提高流水线的效率。现代处理器已经广泛具备了分支预测功能，延迟槽的存在已经失去了意义，但为了实现软件系统的兼容性，MIPS、PowerPC和DSP平台上仍然保留着延迟槽。有学者曾提出一种基于签名控制流检测方法，通过将签名存储在分支延迟槽中，从而减小系统的存储开销 [ 1 ] 。单纯从基本块的定义上，延迟槽中的指令应作为一个独立的基本块。但是，在功能层面上，延迟槽中的指令大多与前一个基本块中的指令具有强烈的相关性，所以应该将延迟槽中的指令并入延迟槽之前的一个基本块。此外，有些延迟槽完全由空操作指令构成，其中并没有包含有效的指令，将这种延迟槽划分为基本块是没有任何意义的，反而会增加检测开销。综上所述，在划分基本块的过程中，将延迟槽并入之前的一个基本块中。 2.3. 基本块的划分 划分基本块是实现控制流错误检测的基础。基本块是指一段顺序执行的代码。控制流只能从代码的第一句进入基本块，从最后一句退出基本块。即在正常情况下，基本块中除最后一句外不可能出现控制流分支的情况；基本块中除第一句外不可能出现控制流进入的情况。 划分基本块可在两个层次上进行：C语言级和汇编语言级 [ 11 ] [ 12 ] 。由于C语言是一门高级语言，具有平台无关性。因此，在C语言级划分基本块并施加控制流检测，代码能运行在不同的平台上。但高级语言要经过编译、链接成可执行代码后才能在机器上运行。在高级语言向低级语言转换的过程中，C语言一级的基本块并不能很好的映射到低级语言上。 目前，大多数基本块划分技术都是在汇编语言一级实现的。汇编指令用助记符对机器指令进行翻译，汇编指令与机器指令之间具有很好的对应关系。这使得汇编语言一级划出的基本块能很好地映射到由机器指令构成的可执行代码上。这样，在程序语言一级划分基本块的目的和诉求(添加签名等)能够在程序执行过程中很好地体现出来。此外，基于完整性检查的控制流错误检测方案要求获得每个基本块的结构信息，即基本块包含的指令数量和基本块最后一条语句的地址。因此，本文选择在汇编语言一级划分基本块。 在汇编语言级划分基本块，就是在DSP汇编程序代码中寻找程序控制指令，如函数调用指令、函数返回指令和跳转指令的位置，以此确定基本块的边界。这里，没有将系统函数调用和中断指令作为控制流指令来处理。因此，在划分基本块的过程中，将系统函数调用和中断指令视作普通指令 [ 12 ] 。虽然不同平台采用的指令集不同，但不同的指令集内部都有用于实现函数调用、函数返回和跳转的指令。 2.4. 分块表的设计 实现基于完整性检查的控制流检测的基础，是获得每个基本块的结构信息，其结构信息主要包括：基本块入口(基本块第一条指令在程序中的地址)、基本块出口(基本块最后一条指令在程序中的地址)、块长度(基本块中包含的指令条数)、下一跳地址(是指跳转指令的目的地址或函数调用时，子函数的第一条指令所在的地址)。此外，为了设置检测点，还需进行指令备份，将基本块的最后一条指令储存三份。为此，需要设计相应的数据结构。 由于DSP程序在划分基本块之前，无法确定具体能划分成多少个基本块。因此，设计的数据结构必须具有动态增长的特点。本文将分块表设计成一个链表的形式其结点结构如图2所示。 基于以上分析，基本块的划分规则如下： 1) 以跳转指令、函数调用指令和函数返回指令所在位置作为当前基本模块的出口； 2) 当前跳转(调用、调用返回)的后一指令(若存在延迟槽，则将延迟槽之后的第一条指令)所在位置下一个作为基本模块的入口； 3) 当前跳转(调用、调用返回)的目的指令所在位置作为另一个基本模块的入口。 事实上，划分基本块的过程就是扫描汇编程序中，不断寻找程序控制指令的位置来确定基本块的边界的过程。此外，出于检测的需要，本文为分块表设置一个工作指针。工作指针始终指向下一个即将进行完整性检查的基本块的信息所在的结点。
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user: 3. 基于完整性检查的检测方法 3.1. 基于完整性检查的检测机制 完整性检查是指在每个基本块的最后检查当前基本块有没有被完整的执行，如果当前基本块被完整执行，表明在之前的程序执行中没有发生控制流错误。基于完整性检查的控制流错误检测方法通过检查每个基本块是否被完整地执行来检测程序是否发生控制错误。 为了实现对每个基本块完整性的检查，需在每个基本块的出口处设置检测点。如图3所示为例，当程序在基本块1中执行时，如果发生一个控制流错误转移B，则程序在执行完第5条指令后将转移到第10条指令处执行。由于发生上述控制流错误转移，程序将错过设置在第6条指令处的检测点，但分块表中的工作指针此时仍然指向基本块1的结构信息所在的结点。当程序执行到第11条指令时，碰到设置在基本块2处的检测点，开始进行基本块完整性检查。检测模块将当前检测点的地址“11”与分块表工作指针指向的结点中的基本块出口信息“6”比较，发现不一致。由此，检测模块判断程序发生了基本块间的控制流错误转移。通过比较检测点地址与工作指针指向的结点中的基本块出口信息是否一致，可以检查出绝大部分基本块间的控制流错误转移。 比较地址一致的方式无法检测出基本块内发生的控制流错误转移。在图3中，A表示一个基本块内的控制流错误转移，程序在执行完第2条指令后，转移到第4条指令处继续执行。此时，设置在第6条 图2. 分块表结点结构示意图 图3. 基本块完整性检查示例 指令处的检测点无法检测出这种错误。为了检测出这种控制流错误转移，设置一个计数器counter，当程序控制流进入一个基本块时，将counter值初始化为0。此后，程序每执行一条指令，counter的值加1。进入检测模块后，先比较检测点地址与工作指针指向的结点中的基本块出口信息是否一致，再通过比较counter的值是否与工作指针指向的结点中的块长度信息一致。如果两个信息都一致，则可以判定当前基本块被完整执行，程序在当前基本块中没有发生控制流错误；若地址比较信息不一致，则判定程序在当前基本块中发生了块间的控制流错误转移；若counter值比较不一致，则判定程序发生了块内控制流错误转移。 基于完整性检查的方法能检测图1中C 1 之外的所有控制流错误转移。对于C 1 这一类控制流错误转移，本方案中采用关键指令三模冗余技术来避免其造成的影响[ 2 ] 。关键指令三模冗余是值将跳转指令冗余执行三次，并根据三次执行结果表决出占优势的执行结果，将该结果作为指令的正确结果。关键指令三模冗余技术能极大地提高分支指令执行的正确率。 3.2. 检测点的设置 基于软件实现的控制流错误检测方案必须通过修改源代码来实现检测点的插入。在基于签名的控制流错误检测方法中，是直接将用于比较签名和更新签名的代码直接置于两个基本块之间，这种检测点设置方式必然会加大系统的存储开销。 实现完整性检测的关键步骤之一是将检测点的地址与分块表工作指针指向的结点中的基本块出口信息相比较。由于基本块划分操作是在插入检测点之前实现的，如果通过直接向源代码中插入检测代码的方式来插入检测点，插入的检测代码必然会引起源程序中的指令的地址发生变化。这种地址的变化将使得地址比较的检测方式失效。 基于以上讨论，本方案选择将检测代码设计成一个独立的模块——检测模块，并将检测模块置于程序代码的末尾。同时，将基本块的最后一条指令替换为一条跳向检测模块的跳转指令，将基本块的最后一条指令的三个备份存储在分块表中。图4为检测点设置和检测模块结构的示意图。图4中，黑色实线箭头表示没有施加检测措施时的控制流转移；黑色虚线箭头表示施加完整性检测措施后的控制流转移。在基本块1中，在原来的第6条指令处设置检测点，将原来的指令替换为一条跳向检测模块的跳转指令。在检测模块的最后，执行在当前检测点处被置换的指令，实现控制流的“真正”转移。在其他基本块中，检测点的设置方式与控制流转移过程与基本块1中的情形完全相同。 图4. 检测点设置和检测模块结构示意图 3.3. 检测模块的设计 为了实现基本块完整性检查，必须“中断”程序正常的执行，将控制流转移到检测模块内。为了使控制流能正确的回到原程序中，进入检测模块之后的第一件事就是将原程序的断点信息保存起来。然后在检测模块内部完成地址一致性检查和计算器一致性检查，并根据两次检查的结果判断当前基本块是否被完整执行，即程序在当前基本块内是否发生控制流错误。若当前基本块发生了控制流错误，则停止程序的执行，并向系统报告；若没有发生控制流错误，则开始初始化下一次完整性检测——即进行分块表工作指针的移动操作和counter值清零。当检测模块执行到这个步骤时，表明上一个基本块的完整性检查已经完成，此时，必须将分块表工作指针指向下一个即将进行完整性检查的基本块的信息所在的结点。但是，在检测模块内原程序的控制流并没有真正的发生转移，即此时并不知道接下来将执行哪个基本块。为了解决这个问题，在此引入了一个“预转移”过程。 “预转移”是指先恢复一次之前保存的程序断点信息，然后执行保存在分块表中的三条指令并对三条指令的执行结果做表决——即关键指令三模冗余技术，根据表决结果判断程序接下来将执行哪个基本块，并将分块表工作指针重新指向下一个将被执行的基本块的信息所在的结点。 完成上述步骤后的控制流仍然在检测模块中。因此，在检测模块的最后，还需将控制流转移回原程序。此时，只需再一次恢复之前保存的程序断点信息，然后对在当前检测点处被替换的指令执行三模冗余，控制流即回到原程序中。
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user: 4. 性能分析 1) 检测覆盖率 本文方案通过对由分支指令错误和非分支指令错误引起的控制流错误进行建模，将控制流错误归纳为基本块间错误跳转和基本块内错误跳转两种类别。这种建模方式完整地覆盖了所有控制流错误类型。根据3.1节的分析，基于完整性检查的检测方法有着近乎100%的检测覆盖率，即通过检查出口地址一致性，能够检测出基本块间的错误跳转；通过检查基本块内的指令执行条数，能够检测出基本块内的错误跳转；通过关键指令三模冗余技术，能够检测出由于分支指令条件出错导致的错误跳转。而基于签名的控制流错误检测方法只能检测基本块间的控制流错误和分支指令条件出错的导致的控制流错误，公开文献表明，基于签名的控制流错误检测方法的检测覆盖率约为74%~96% [ 2 ] 。综上所述，基于完整性检查的检测方法的故障检测覆盖率高于绝大多数基于签名的检测方法。 2) 故障检测效率 故障检测效率是指从控制流错误转移发生到检测到这次错误转移之间所执行的指令条数。故障检测效率仅与基本块的长度和检测点的设置位置有关。在基于完整性检查的检测方案中，每个基本块后都设置了检测点。因此，对于所有控制流错误转移，都能在一个基本块的长度内即可检测出来。但是，由于高级语言的语义表达效率更高，使得在高级语言一级划分出的基本块的平均长度比在汇编语言级划分出的基本块的平均长度要小。所以，本文提出的方法的故障检测效率与其他汇编语言级的控制流错误检测方法大致相当，但比高级语言级的控制流检测方法低。 3) 性能开销 任何检测机制的引入都会导致原程序性能的下降，下降的程度用性能开销来表示。性能开销是指引入检测机制后所带来的额外的程序执行时间与原程序的执行时间的比值。但是，一种检测机制所具有的性能开销是很难定量评价的，它受所加固的程序本身的性质(如：矩阵乘法、FIR、FFT)，检测机制的实现层次(汇编级、高级语言级)，目标代码的执行平台(X86、MIPS、DSP、ARM等)，检测机制的优化等级以及编译器的设置等因素的影响。在具体的实施过程中，通常是调整检测机制的实现层次、优化等级以及编译器设置等选项，使检测机制的性能开销能控制在一个可接受的范围内。 在评价基于完整性检查的软错误检测方法的性能开销时，采用定性比较的方法，即通过分析完整性检测方法与签名监测方法在检测机制上的差异来判断完整性检测方法可能具有的性能开销。在基于完整性检查的检测方法中，引入了保护程序断点、实施检测、初始化下次检测(移动工作指针，counter值清零)和返回原程序四个操作。在基于签名的检测方法中，也需要保护程序断点、签名检查、更新签名和返回原程序几个操作。因此，基于完整性检查的检测方法带来的性能开销与基于签名的方法的性能开销大致相当。
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user: 5. 总结 本文讨论了基于程序控制流完整性检查的DSP软错误检测方法。首先对DSP程序在汇编语言上将程序划分为若干个基本块并将每个基本块的结构信息存储在一个分块表中。然后在每个基本块的末尾设置检测点，通过检查程序运行时信息与分块表中记录的信息的一致性来判断程序是否发生控制流错误。该方法和基于签名的检测方法相比，在故障检测效率和系统开销大致相当的情况下，具有近乎100%的控制流错误检测覆盖率和良好的跨平台移植性。
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user: 摘 要 本文采用分子动力学方法对BCC/FCC对接结构的Fe/Ni多层薄膜系统进行了模拟研究，通过改变薄膜的单层厚度来研究薄膜的尺寸效应，薄膜单层厚度的变化范围在6 nm~26 nm之间。模拟结果显示，随着Fe/Ni薄膜单层厚度的减小，屈服应力呈增加趋势，符合经典的Hall-Petch关系；当单层厚度减小到某一临界尺寸(10.6 nm~15.18 nm)后，Fe/Ni薄膜的屈服应力不再增加，在一定的范围内波动，当薄膜单层厚度进一步减小时，屈服应力呈减小的趋势，显示出反Hall-Petch关系。 关键词 :Fe/Ni多层薄膜，尺寸效应，屈服应力，分子动力学
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user: 1. 引言 金属多层薄膜的制作方法有很多种，最常用的是通过物相沉积的方法控制薄膜的厚度在纳米级数范围内。近年来研究物相沉积的薄膜系统有很多，金属–金属、金属–非金属、金属–陶瓷相等。这些材料是通过改变金属多层薄膜相组成的基础下，在微米级至纳米级的尺寸级数来研究薄膜的强化机制[ 1 ] 。金属多层膜由于表面以及界面的存在，在加载过程中表现出一个明显的尺寸效应[ 2 ] ，而且，在不同的加载条件下，变化不同。然而，纳米金属多层膜的力学性能的研究主要是通过单轴拉伸试验和纳米压痕的测验来获得，如Misra等[ 3 ] 利用溅镀沉积制作Cu-Nb多层分子膜通过纳米压痕试验，来测定薄膜尺寸厚度与屈服应力的关系。早期也有相关的一些研究，而且大多数是以FCC/FCC薄膜结构为研究对象[ 4 ] 。 本文是通过建立多层的BCC/FCC结构的Fe/Ni薄膜模型，控制薄膜单层组元的厚度，对垂直于Fe、Ni原子结合面进行单向拉伸，重点研究薄膜单层厚度与薄膜屈服应力之间的关系。此外，还对Fe/Ni合金薄膜的变形机制进行了探究，通过研究Fe-Ni薄膜力学性能的尺寸效应及缺陷演化规律，探寻多层薄膜材料的强化机制，可望通过控制材料的微观结构和内部界面微结构为制备具有性能更好的材料奠定基础。
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user: 2. 模拟方法 建立Fe/Ni多层薄膜组元厚度相等的模型，组元单层厚度在6~26 nm之间变化，本文Fe、Ni原子晶格常数分别取0.2863 nm、0.3524 nm，由于二者晶格常数相差较大，Fe、Ni晶格常数之比约为0.8124，因此可通过控制Ni、Fe原子的层数比为0.8124来控制薄膜组元厚度相等。 如图1所示，为Fe、Ni组元厚度相等的原始模型，白色为Ni原子，绿色为Fe原子，采用三向周期边界条件，对薄膜系统沿垂直于组元接触面的方向进行单向拉伸，模拟中原子间相互作用势采用EAM势函数[ 5 ] ，模拟是采用Sandia国家实验室提供的MD代码LAMMPS进行的，时间步长设定为1 fs，为消除原子间的内应力，对体系用npt系综在1K温度下充分弛豫，在相同温度下进行等应变拉伸，拉伸速率为10 −9 s −1 ，拉伸至断裂为止。同时，为了区分完整晶体、位错、堆垛层错以及表面原子，我们采用中心对称参数法来分析薄膜的微观结构演变。
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user: 3. 结果及讨论 3.1. 应力应变关系 应力应变关系反应的是材料的应力随着应变的变化的关系，在材料的力学研究中起着非常重要的作用，一般来说，不同的材料其应力应变的关系是不一样的。图2表示的是Fe/Ni多层薄膜不同组元厚度 图1. Fe/Ni多层薄膜系统的初始模型。绿色为Fe原子，白色为Ni原子 图2. 薄膜不同组元厚度拉伸时应力应变曲线图 拉伸的应力应变曲线图。 从图2中可以看出，随着薄膜单层厚度的减小，薄膜的屈服应力也随之增加，断裂伸长率也随之增加，即薄膜的延展性随着薄膜的单层厚度的减小而增加，符合传统的强化机制。为此，为进一步探究薄膜单层厚度减小对薄膜的影响，继续减小薄膜单层组元的厚度，拉伸应力应变曲线如图3所示，可以看出在薄膜单层厚度约为10.6 nm~15.18 nm时，屈服应力不再增加，在一定的范围内波动；当薄膜单层厚度继续减小时，薄膜的屈服应力不再增加，反而呈逐渐减小的趋势。Misra等[ 3 ] 指出，多层膜的峰值强度/硬度是由单根位错穿过界面所需的应力决定的，屈服应力呈现这种趋势，说明随着薄膜单层厚度的增加，界面对单根位错的阻力产生了变化。从图上可以看出，Fe/Ni多层薄膜的断裂伸长率与屈服应力的变化趋势一致，屈服应力在最大值区域波动时，薄膜的断裂伸长率也呈现出相应的趋势，由此可以看出，当Fe/Ni多层薄膜单层厚度在10.6 nm~15.18 nm时，薄膜表现出了最佳的力学性能，具有较好抗拉强度和延展性。而从传统的薄膜强化机制来看，随着薄膜单层厚度的减小，薄膜的屈服应力会呈现增大的趋 图3. 薄膜不同组元厚度拉伸时应力应变曲线图 势，但是图中在薄膜单层厚度约在10.6 nm~15.18 nm时屈服应力不再增加，而是在一定的范围内波动，在薄膜单层厚度小于10.6 nm后甚至表现出减小的趋势，显然，这与传统的强化机制相反。上述迹象表明了多层薄膜的屈服强度、断裂伸长率对薄膜的单层厚度有着明显的尺寸依赖性，而出现这种现象的主要原因是否是由于薄膜的变形机制发生了变化，因此，我们下面对其变形机制进行了分析。 3.2. 尺寸效应及变形机制 目前，大多数研究结果显示，金属多层薄膜的强度不是随着薄膜单层厚度的减少而增大的[ 3 ] [ 6 ] 。图4表示的是Fe/Ni多层薄膜屈服应力随薄膜单层厚度变化的曲线图，我们可以看出，Fe/Ni多层薄膜的屈服强度对薄膜尺寸有着明显的依赖性，这与以前大多数金属薄膜的变化趋势是相符合的[ 7 ] ，而为了探索变形机制的变化，我们给出了Fe/Ni多层薄膜在拉伸变形过程中的结构演化图，如图5所示，蓝色表示完整晶体结构的原子，绿色表示位错、滑移的原子团，红色表示表面原子、界面原子。 当薄膜的单层厚度大于15.18 nm时，多层膜的强硬度与薄膜单层厚度遵从经典的Hall-petch等式关系[ 8 ] ： (1) 其中σ y 为薄膜的屈服应力，σ 0 为移动单个位错时产生的晶格摩擦阻力，k为常数，d为晶粒平均尺寸(或薄膜层厚)。即多层膜的强硬度随着薄膜特征尺寸的减小而增大，因为Fe、Ni组元交接界面的位错交互作用导致位错滑移受到约束[ 9 ] ，被界面定扎的单根位错被限制在软相层内滑移[ 10 ] ，使得单根位错、滑移等只能在组元内进行，如图4中单层厚度为18.33 nm厚度时的结构演化中绿色原子所示，位错被限制在组元内滑移堆积，这种位错机制符合典型的Hall-petch关系的位错塞积机制，而且多层薄膜的屈服应力随着薄膜厚度的增加而减小，符合经典的Hall-petch关系。 随着薄膜单层厚度的减小，当薄膜当层厚度减小到仅能容纳一个单根位错时，如图4中薄膜单层厚度为10.6 nm的拉伸结构演变图中绿色原子所示，此时，位错被界面定扎，在组元内会呈现出一个弓形，因此它的变形机制也从开始的位错塞积机制转变成为位错弓出机制，而且，此时的Fe/Ni多层薄膜有较 图4. Fe/Ni多层薄膜的屈服应力随特征尺寸的变化曲线图 图5. Fe/Ni多层薄膜的屈服应力随特征尺寸的变化曲线图 好的屈服强度，如图3所示，由于随着薄膜单层厚度的减小，薄膜组元内容纳的单根位错有时会大于一个，因此，在薄膜单层厚度为10.6 nm~15.18 nm范围内，Fe/Ni多层薄膜的屈服强度在一定的范围内波动。当薄膜单层厚度进一步减小时，薄膜的单层厚度已容纳不下一个单根位错，此时，被界面钉扎的单根位错会贯穿整个单层组元，如图4中薄膜单层厚度为6.01 nm时的拉伸结构演变图中绿色的原子所示，此时多层薄膜的变形机制转变为贯穿界面机制。因为当单根位错贯穿整个组元层时，克服了Fe、Ni组元界面的阻力，使得Fe/Ni多层薄膜的屈服强度急剧下降，当薄膜单层厚度为10.6 nm减小至9.165 nm时，它的屈服强度从11.04 GPa下降至9.7 GPa，此时，多层薄膜的屈服应力随着薄膜单层厚度的减小而减小，表现出了一个明显的反Hall-petch关系。 基于以上分析，Fe/Ni多层薄膜的屈服强度对组元单层厚度有着明显的依赖性，而在拉伸过程中塑形变形机制的改变是引起屈服强度明显变化的主要原因，而在变形过程中被界面钉扎的单根位错在变形机制中起着重要的作用。然而，在纳米晶金属材料中，它主要是从晶界和晶粒间界局部位错发射来协调塑性变形[ 11 ] 。因此，Fe/Ni多层薄膜的变形机制不同于纳米晶金属材料，Fe/Ni多层薄膜的变形机制主要是依靠单根位错来实现的。
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user: 4. 结论 Fe/Ni多层薄膜的屈服应力、断裂伸长率对薄膜的单层厚度有着明显的尺寸依赖性，模拟结果显示，在薄膜单层厚度大于15.18 nm时，屈服应力与薄膜单层厚度符合经典的Hall-petch关系，即随着薄膜单层厚度的增大，屈服应力减小，此时，Fe/Ni多层薄膜的变形机制表现为位错塞积机制；当薄膜单层厚度减小，在单层厚度约为10.6 nm~15.18 nm之间时，屈服应力呈现出最大值，断裂伸长率也是一样，即Fe/Ni多层薄膜表现出良好的抗拉性能以及延展性，此时，Fe/Ni多层薄膜呈现出的是位错弓出机制；当薄膜单层厚度进一步减小时，在薄膜单层厚度小于10.6 nm，屈服应力与薄膜单层厚度呈现出反Hall-petch关系，即随着薄膜单层厚度的减小，屈服应力减小，此时的变形机制为贯穿界面机制。而在整个变形机制变化中，主要是依靠单根位错来实现的。
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user: 摘 要 针对南海某油田生产水回注存在的结垢问题，本文作者通过室内模拟水用沉淀重量法考察了几种防垢剂的防垢效果。在90℃作用24小时条件下，防垢剂HYFC-027、HYFC-074、YFFG-037具有较优的防垢效率，在加药浓度30 mg/L时，防垢率可以达到85%以上。通过自腐蚀实验和老化试验，三种防垢剂防垢效果稳定，尤其是对204不锈钢材质没有腐蚀现象。 关键词 :防垢剂，防垢率，性能评价
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user: 1. 引言 油气田开发过程中，油气藏中的流体从油气层中流出，经井筒、井口到集输系统，由于温度、压力和油气水平衡状态的变化，易发生无机盐类沉积，从而形成结垢。油田管线大量结垢会造成油井产液量下降，注水井压力上升，采油措施费用、管线及设备维护更新费用大幅上升，严重者造成油井停产或报废，严重影响油田的开发效果与经济效益[ 1 ] 。 海上油气田生产水最常碰到的垢盐是碳酸钙垢、硫酸钙垢，另外还有硫酸钡垢和硫酸锶垢，而抑制垢体产生的最常用的方式就是添加化学防垢剂。目前国内外油田常用防垢剂种类繁多，主要有：无机多磷酸盐防垢剂、聚合物防垢剂、有机磷防垢剂三大类，作用机理主要为低限抑制、晶格畸变、整合、静电斥力等[ 2 ] 。本文参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5673-1993《油田用防垢剂性能评定方法》，用沉淀重量法考察几种防垢剂对油田生产水样的防垢效率[ 3 ] ，同时参考中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T 5273-2000《油田采出水缓蚀剂性能评价方法》之室内静态腐蚀速率测定方法评价防垢剂的自腐蚀情况，最终筛选出适合该油田现场使用的药剂。
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user: 2. 实验部分 2.1. 药品和仪器 防垢剂HYFG-02、HYFC-027、HYFC-078、YFFG-037、HYFC-077、HYFC-073、HYFC-074、HYFC-075、HYFC-076均为工程技术公司产品(聚酸类型，工业级)。NaCl、MgCl 2 ∙6H 2 O、CaCl 2 、Na 2 SO 4 、NaHCO 3 均为分析纯，购买于天津科密欧试剂公司。 FA1004电子分析天平(0.0001 g)；ZWF-5-12马弗炉；CS202A型电热保温干燥箱，均购于上海精密科学仪器有限公司。 2.2. 实验条件及配液 温度：90℃，压力：常压，周期：24 h。生产模拟水按表1配方配制。 2.3. 实验方法 2.3.1. 防垢性能评价方法 按照水质配方表进行模拟水配制，成垢阳离子MgCl 2 ·6H 2 O、CaCl 2 、NaCl配成溶液A，成垢阴离子Na 2 SO 4 、NaHCO 3 配成溶液B，将溶液A分装到100 ml比色管中各50 mL，按照浓度要求加入待评药剂，再依次加入溶液B混合，加塞密封，置于90℃烘箱中恒温20 h以上，取出至常温。观察比色管内介质结垢情况，若有结垢，将介质摇匀后过滤，进行滴定试验，滴定参考GB7476-87《水质钙含量的测定EDTA滴定法》。根据下列公式计算防垢效率： Table 1 The prescription of oilfield production simulated wate 成分 浓度(mg/L) 1 2 NaCl 33954.25 32543.29 MgCl 2 .6H 2 O 1987.71 1302.58 CaCl 2 1590.08 1628.93 Na 2 SO 4 320.98 1371.19 NaHCO 3 610.03 1496.85 表1. 该油田防垢剂评价用模拟水配方表 式中：G 0 ——空白水样产生的沉淀量g；G 1 ——加入防垢剂后水样的沉淀量g。 2.3.2. 防垢剂自腐蚀性实验方法 参考中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5273-2000《油田采出水缓蚀剂性能评价方法》之室内静态腐蚀速率测定方法。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 模拟水1#评价结果 采用模拟水1#在90℃下进行防垢剂性能评价，评价结果见表2。 从表2和图1中可以看出，试验结束后空白试验出现浮垢，管壁有硬垢，说明水样具有严重的结垢趋势；加入30 mg/L的防垢剂后，水样中均未发现肉眼可见的结垢现象，说明防垢剂起了一定的防垢效果。其中效果突出的药剂是HYFC-027、HYFC-074和YFFG-037，防垢率85%以上。 3.2. 模拟水2#评价结果 采用模拟水2#在90℃下进行防垢剂性能评价，评价结果见表3。 结合表3和图2可以看出，试验结束后未加药剂水样出现了肉眼可见的结垢现象，管壁可见硬垢，水样表面悬浮垢花；相比1#水样结垢更严重。加入防垢剂后能够有效缓解这种结垢现，其中效果较好的三种药剂是HYFC-027、HYFC-074和YFFG-037，防垢率可以达到90%以上，虽有少量结垢，但已经改变晶型，漂浮于试管表面。 3.3. 不同浓度评价结果 采用模拟水1#在90℃下进行防垢剂评价工作，评价结果见表4。 通过表3可以看出，防垢剂HYFC-027、HYFC-074和YFFG-037能够有效缓解结垢现象，且随着药剂浓度的增加，防垢效果有所提升，尤其是当HYFC-027的加药浓度达到40 mg/L时，防垢率可以达到95.56%，从而可以有效的抑制油田采出液在管道和处理设备中结垢。 3.4. 药剂自腐蚀性评价结果 根据《油田采出水缓蚀剂性能评价方法》之室内静态腐蚀速率测定方法，对三种防垢剂YFFG-037、HYFC-027和HYFC-074进行自腐蚀评价，水样采取1#模拟水，实验温度为40℃，实验时间为192 h， 图1. 模拟水1#评价实物照片(a)空白(b) 30 mg/L HYFC-027 表2. 模拟水1#防垢性能评价实验结果 Table 3 The effect of the scale inhibitor on 2# production simulated wate 药剂名称 加药浓度(mg/L) Ca 2+ 浓度(mg/L) 防垢率(%) 目测 空白 0 280.56 ++硬垢 +++浮垢 HYFG-02 30 555.11 88.96 ++浮垢 HYFC-073 30 553.10 88.31 ++浮垢 HYFC-074 30 561.12 90.90 - HYFC-075 30 557.11 89.61 +浮垢 HYFC-076 30 547.09 86.36 ++浮垢 HYFC-027 30 571.14 94.15 - YFFG-037 30 567.13 92.85 +浮垢 HYFC-077 30 527.05 79.87 +++浮垢+硬 表3. 模拟水2#防垢性能评价实验结果 三种防垢剂的加药浓度均为为30 mg/L，选择不同材质钢片进行评价，评价结果见表5。 从表5可以看出，三种防垢剂对304不锈钢无腐蚀现象，挂片表面光亮，但对20#碳钢挂片均见均匀腐蚀，因此对三种防垢剂的承转容器最好选择304不锈钢以上材质。 3.5. 老化罐密闭实验 将防垢剂在老化罐(密闭)中加热120℃、压力为微正压、保温24 h，待冷却到室温后，打开老化罐，将其倒入量桶中，观察实验前后药剂现象，老化后药剂未见异常，并针对1#模拟水进行防垢性能测试，实验结果见表6。通过实验结果可以看出，药剂稳定性良好，防垢性能稳定。
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user: 4. 结论 通过以上实验得到以下结论： 1) HYFC-027、HYFC-074、YFFG-037三种药剂防垢效果较好，同时具有较好的抗老化性能； 2) HYFC-027、HYFC-074和YFFG-037三种防垢剂的加药浓度为30 mg/L时，防垢率可以达到85%以上； Table 4 The different concentrations experiment dat 药剂名称 加药浓度(mg/L) Ca 2+ 浓度(mg/L) 防垢率(%) 目测 空白 0 480.96 - ++++硬垢 浮垢 HYFC-073 15 501 22.22 +浮垢 HYFC-073 40 559.116 86. 67 - HYFC-074 15 531.06 55.56 ++++浮垢 HYFC-074 40 561.12 88. 89 - HYFC-075 15 535.068 60.00 ++浮垢 HYFC-075 40 557.112 84. 44 - HYFC-027 15 541.08 66.67 +浮垢 HYFC-027 40 567.132 95.56 - YFFG-037 15 537.072 62. 22 ++浮垢 YFFG-037 40 567.13 92.85 +浮垢 表4. 药剂浓度梯度实验 Table 5 The corrosive test results of antiscale agen 序号 药剂 pH 材质 编号 腐蚀速率 腐蚀形貌 1 YFFG-037 8~10 20# 2217 0.0055 均匀腐蚀 2 304 5136 0.0014 挂片光亮，无腐蚀痕迹 3 HYFC-027 5~6 20# 2216 0.1125 均匀腐蚀 4 304 5207 0.0010 挂片光亮，无腐蚀痕迹 5 HYFC-074 6~7 20# 2219 0.0937 均匀腐蚀 6 304 5210 0.0007 挂片光亮，无腐蚀痕迹 表5. 防垢剂自腐蚀性测试结果 Table 6 The scale inhibiting performance after ageing testin 药剂/浓度 加药浓度(mg/L) Ca 2+ 浓度(mg/L) 防垢率(%) 目测 空白 0.05 480.96 - ++++硬垢 浮垢 HYFC-074 30 561.12 88.89 - HYFC-027 30 562.12 90.00 - YFFG-037 30 561.52 89.33 - 表6. 老化后防垢性能测试 3) 建议加药管线及加药装置材质宜选用304以上材质。
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user: 摘 要 在智能车应用领域，高分辨率的图像已经成为汽车功能模块中不可或缺的一部分。然而传统的基于稀疏表示的高分辨率图像重建方法中所用的训练样本块特征单一，这就导致需要大量的样本块来训练字典。为了减少训练样本块，本文提出一种基于块旋转策略和稀疏表示的超分辨率重建算法。通过将图像块旋转不同的角度，从而减少样本块，增加特征数量，丰富训练字典的类型。在重建过程中，采用自适应加权求和的方式求得高分辨率图像。实验证明，所提出的方法较传统的方法，不仅在主观质量上有明显的提升，在客观质量上也有较大幅度的提高。 关键词 :旋转，自适应加权，高分辨率，稀疏表示
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user: 1. 引言 在现代智能车应用领域，越来越需要高分辨率的图像。然而，在一些条件下，由车载成像设别所拍摄的图像分辨率不高，这就明显的给后续处理和智能控制带来不便。为了在不改变硬件水平的条件下，增加图像的分辨率，超分辨率重建技术越来越受到关注。图像的超分辨率重建方法主要可以分为三个主要的方面：基于插值的方法、基于重建的方法和基于学习的方法。 基于插值的假设低分辨率图像是由高分辨率图像直接下采样得到的，因此对低分辨率图像进行上采样可获得高分辨率图像。在上采样的过程中，去混叠能力是非常重要的。插值方法又可以分为最近邻插值，双线性插值和双三次插值。最近邻插值相对简单，但是容易出现块效应。双线性插值虽然比最近邻插值复杂，但是有振铃效应。双三次插值最复杂，但是容易出现过拟合现象。 基于重建的方法是建立在对图像退化模型的合理建模上。这种方法还要结合相关的一些先验信息来重建高分辨率图像。对多张低分辨率图像融合时，最重要的是图像之间的运动估计与配准，精确的运动估计和配准有利于重建出高质量的高分辨率图像[ 1 ] 。目前广泛研究的基于重建的算法有迭代反向投影算法、凸集投影(POCS)算法、最大后验概率(MAP)算法，混合MAP/POCS法等[ 2 ] -[ 6 ] 。基于重建的方法需要大量的先验知识来保证重建图像的质量，但是这就极大的增加了重建所需要的时间，而且对重建过程中初始值的选取有很大的依赖，在重建倍数较大时，重建结果较差。 最近，基于学习的方法越来越受到关注。Freeman等[ 7 ] 首次提出了基于学习的超分辨率重建概念，其基本思想是利用机器学习的方法训练得到高、低分辨率图像块之间的对应关系，然后利用这种相互之间的关系来预测高分辨率图像块。在文献[ 7 ] 中Freeman等先分别从高、低分辨率图像库中采集对应的高、低分辨率图像块训练集，采用Markov网络模型估计低分辨率和高分辨率图像块间的关系，对于要重建的低分辨率图像将其分块后，用高、低分辨率图像块之间的关系去预测每个待重建图像块在Markov网络的位置，这样就能寻找到和每个待重建图像块对应的高分辨率块，将它们进行组合之后就可以得到一幅高分辨率图像。受流形学习方法的启发，Chang等[ 8 ] 提出了基于局部邻域嵌入(Locally Linear Embeeding， LLE)的单幅图像超分辨率重建方法。为了克服大量的样本块对重建时间的影响，Yang等[ 9 ] 提出的基于稀疏表示的图像超分辨算法。这种方法通过大量对应的高低分辨率图像块的联合学习，强迫它们具有同样的稀疏表示，得到一对高、低分辨率冗余字典。然后，利用稀疏分解可获得待重建低分辨率图像块在低分辨率冗余字典下的稀疏表示，这种稀疏表示可以对高分辨率冗余字典中的原子块进行线性组合，从而得到重建后的高分辨率图像块，然后高分辨率图像就可以通过将这些图像块在考虑块之间的重叠的条件下进行组合便可得到高分辨率图像。 但是这种传统的基于稀疏表示的方法在训练字典的时候，需要大量的样本，而且不能保证这些样本代表图像的大部分特征。为了克服这个问题，本文提出一种基于块旋转策略和稀疏表示的超分辨率重建算法。通过将图像块旋转不同的角度，从而减少样本块，增加特征数量，丰富训练字典的类型。在重建过程中，采用不同类别自适应加权求和的方式求得高分辨率图像。实验表明，所提出的方法与传统的方法相比，不仅在主观质量上有明显的提升，在客观质量上也有较大幅度的提高。
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user: 2. 传统的基于稀疏表示的图像超分辨率重建 2.1. 字典训练 在传统的基于稀疏表示超分辨率重建方法中，首先要训练对应的字典，即高分辨率字典和低分辨率字典。在训练字典之前，需要从训练图像中选取对应的高分辨率图像块和低分辨率图像块。Yang等提出联合字典训练模型[ 9 ] ： (1) 式中N和M分别代表高分辨率图像块和低分辨率图像块变换为列向量形式时的维度， 是稀疏表示系数， 表示高分辨率图像块构成的集合， 表示低分辨率图像块构成的集合。 更进一步的，可以将式(1)简化为如下的形式： (2) 式中， ， ， 。 2.2. 约束重建 对低分辨率图像的重建是分别对每一个低分辨率图像块进行重建的。对于每一个待重建的低分辨率图像块 ，首先利用公式(3)求得在低分辨率字典 下的稀疏表示系数： (3) 强迫高分辨率图像块与低分辨率图像块共享同一个稀疏表示系数，那么高分辨率图像块就可以根据公式(4)来求得： (4) 融合所有重建的高分辨率图像块，就得到最终的高分辨率图像输出： (5)