南京大学学报(自然科学版)

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武耀蓉，王成会*，陈　时

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 1.

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对悬浮粒子和空化泡间的相互作用进行了理论分析，得到了气泡内外n＝0模式(脉动)和n＝1模式(平动)相关的微流分布．利用Matlab软件对微流分布绘图，数值分析结果表明：由于悬浮粒子的影响，空化泡内部和外部的声流速度显著增大，尤其是气泡周围声流速度的切线分量，气泡内部的声流速度明显强于气泡外部的声流速度．当θ从0到π时，气泡n＝0模式微流切向速度在θ2＝π/2处达到最大值，其方向垂直于声波的传播方向，而n＝1模式微流切向速度大小在θ2＝π/2时趋于0.气泡周围声流速度的大小和方向与处在介质中的相对位置密切相关．根据气泡声流速度矢量分布图，发现n＝0的模式对声流速度起主要作用，而n＝1的模式将声流速度限定在气泡表面附近的区域．

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环状活塞换能器的声镊子研究

江　晨，毛一葳，刘杰惠，刘晓宙*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 10.

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随着生物医学和工业领域对纳米粒子的非接触式操控需求的日益强烈，对新型声镊子的设计提出更高的要求．在忽略球粒子所在液体的粘滞力和声损耗的前提下，利用球散射法计算了环状换能器对轴向球粒子的声辐射力，在理论上发现环状换能器捕获轴向上球粒子的可能性．球散射法既可以应用于远大于波长的粒子，也可以用于远小于波长的粒子，具有普遍适用性．根据理论结果发现声辐射力受球粒子与换能器之间的距离，环状换能器内外半径大小，球粒子的大小以及材料特性等因素的影响．而且环状换能器的近场区存在着一些声辐射拉力区．声辐射拉力区随着环状换能器外半径，内半径的改变而发生相应变化．环状活塞换能器对轴向球状粒子的声辐射力特性可以用来设计新式声镊子装置，其中空位置可以用来放置监控设备来监控操纵粒子，或者安装机械操控装置以改变换能器的位置和方向．这些理论和计算结果对单声源声镊子的实现具有指导意义．

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阻抗界面附近水下刚性柱形粒子的声辐射力

乔玉配，张小凤*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 19.

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利用声辐射力来操控微小粒子的技术称为声操控．声操控在材料科学、超声给药、生物物理等领域具有广泛的应用前景，是声学领域的研究热点之一．声操控的核心是对声辐射力的控制，因而对声辐射力产生机理的研究对声操控技术的发展具有重要意义．以声波理论为基础，建立了水中阻抗界面附近刚性柱形粒子声辐射力的理论计算模型，结合柱函数加性定理，推导了平面波垂直入射时，阻抗界面附近水中刚性柱形粒子声辐射力解析表达式，并对粒子位于不同位置时，阻抗边界对刚性柱形粒子声辐射力的影响进行了仿真．数值仿真结果表明，在ka值较小时，声辐射力函数受界面的影响较大，并出现负的声辐射力．在ka值较大时，声辐射力受边界的影响相对较小，随着界面反射系数的增大，声辐射力的值逐渐减小．柱形粒子距阻抗边界的距离对声辐射力有影响，随着距离的增加，辐射力出现振荡变化．改变粒子的半径，声辐射力函数出现峰值的位置也会发生改变．这项研究为界面附近粒子的声操控提供了理论基础并有助于声操控技术的改善和发展．

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充液柱形腔中球形粒子在高斯声场中的声辐射力

史菁尧，张小凤*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 27.

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利用声学散射理论和Bessel函数在不同坐标系之间的变换关系式，推导了高斯波作用于充液柱形腔中球形粒子声辐射力的解析表达式；应用数值积分，计算了球形粒子在柱形腔中的声波散射系数，并对不同束腰半径的高斯波作用下球形粒子的声辐射力进行了仿真，得出了声辐射力随波数的变化曲线；最后通过改变球形粒子的半径，分析了柱形腔对不同尺寸粒子声辐射力的影响，并将其与无边界流体中球形粒子的声辐射力进行了对比．结果表明，当球形粒子位于充满流体的柱形腔中时，受柱形腔内壁声反射波的影响，刚性球的声辐射力出现明显的变化，在某些频率处，声辐射力的方向可以发生改变，在一些频率点出现了明显的共振峰值．研究结果对充液柱形腔中球形粒子的声操控具有一定的意义．

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强磁场对镓流体中气泡振动的阻尼效应

张　舍，莫润阳*，王成会

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 34.

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基于磁流体动力学，忽略流体磁化效应，建立了有限幅度超声场驱动下均匀磁场环境中气泡的动力学方程，并数值模拟了镓流体中磁场、表面张力、静态压及黏性力对气泡运动的影响，同时基于能量关系分析了磁场对气泡能产生有效抑制作用的理论下限．结果表明：强磁场对气泡振动具有阻尼效应，尤其对气泡的小振幅回弹振动具有强阻尼作用，与表面张力、静态压及黏性力作用相比，磁场作用和黏性力作用类似，可认为，磁场主要通过改变黏性力影响气泡的运动状态；另外，磁场能对镓流体中气泡振动产生有效抑制效应的下限约为0.5 T，与数值计算结果一致，即在实验室常用磁感应强度条件下，磁场对气泡振动影响微弱，只有在强磁场(大于0.5 T)条件下，对气泡振动的阻尼效应比较明显．

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格子Boltzmann方法模拟空化泡溃灭和微气泡的初生

杨　佳，沈壮志*，王英瑞，郑文军

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 41.

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空化泡溃灭对近壁面的冲蚀是流体力学研究中的重点，新兴的格子Boltzmann方法能很好的从底层描述多相流问题．基于格子Boltzmann ShanChen模型，耦合了CarnahanStarling状态方程和可精确得出外力项的精确差分法，利用无滑移反弹边界处理格式和压力边界条件，完整可视化的模拟了二维流场下单气泡在90°刚性壁面拐角处的溃灭泡形演化，并分析了流场内气泡的动力学行为．发现在特定的入口差压和气泡初始半径条件下，在大气泡的压缩过程中90°刚性壁面拐角处可诱导生成新微气泡，生成的新微气泡伴随着大气泡的进一步压缩而溃灭，溃灭释放的反弹压力冲蚀壁面．刚性壁面的阻滞作用对气泡的变形及溃灭影响很大，会减缓气泡的溃灭时间，抑制气泡振动，而且刚性壁面的阻滞效应整体上也是气泡初始半径R0、气泡泡心到刚性壁面的距离b和入口压力差ΔP等共同作用的结果．微气泡的生成表明刚性壁面夹角处的气泡溃灭会产生复杂的涡旋结构，涡旋可促进其他空化泡的形成．流场内涡旋流动特性应是研究空化效应的又一亮点．

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声波在双层不同空化阈值液体中的不对称传播

王　寻，陈伟中*，梁盛德

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 50.

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介绍了在由双层不同空化阈值的左右液体、通过透声膜耦合而成的一维传声系统中，实现声能量不对称传输的物理机理及参数相关性．由于左右液体的空化阈值不同，导致超声波在左－右和右－左传播的空化效应不同，出现了声能量传输的不对称性．该系统无需精心设计，易于实现．在理论上，基于两相流体理论提出了描述声空化液体中声场分布的动力学模型．数值计算表明这种能量传输不对称性与驱动声压和两种液体的空化阈值有关，且在一定条件下整流方向会出现反向．实验中建立自动控制逐点声压测量系统，研究了不同空化阈值液体组合中不同驱动下的声压幅值分布，证实了上述声能量传输不对称性的存在．本文的设想为实现声波单向传输提供了一种新的思路．

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宽带低反射式通风声屏障

张海龙1，2，李丽娟1，2，梁　彬1，2*，杨　京1，2，程建春1，2

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 56.

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提出了一种基于长方晶格型声子晶体结构的波矢调制特性的声屏障设计机理．该声屏障能够以极低的反射率将入射声波导引至内部，并在相对于原有的传播方向偏移一定距离后出射，从而产生局部的声静区．由于该机理不依赖于粘滞吸收效应或负的等效声学参数，因而可保证出射声波的强度及波形均与入射声波相近，使得所设计的声屏障能够在隔声的同时有效地将入射声能量导引至预设的位置进行吸收或进一步利用，并且具有较宽的工作频带．数值计算结果证明在7750～10000 Hz频率范围内均有35 dB左右以上的隔声量，最大隔声量可达50 dB.此外，区别于传统重墙隔声，声子晶体薄板在隔声时未导致背景媒质的阻断，留有与声波波长同尺度的间隙．这些特性对于在实际隔声问题中的应用具有重要价值．

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基于分形声学超材料的宽带声聚焦透镜

宋刚永1，黄　蓓1，宋　海2，程　强1*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 61.

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声学超材料，是一种用于操纵声波的人工声学结构，具有诸多自然界所不具备的超常物理性质．不同于早期的局域共振声学单元结构，基于希尔伯特分形曲线提出了一种具有低损耗、高折射率的分形声学超材料，给出了分形结构声学单元的进化过程，并运用等效媒质理论，提取了具有亚波长的分形超材料单元的相对折射率、相对阻抗、等效密度及等效模量等材料参数．由于分形结构具有的自相似性和空间折叠特性，所提出的分形超材料具有宽带工作频率响应，为众多应用场合比如声超分辨率成像及声隧穿效应器件提供了候选材料．为检验分形声学超材料特性，应用分形声学超材料设计了梯度折射率分布的声聚焦透镜，并由固体方块阵列仿真对比、实验测量、以及点声源入射等三种手段验证了分形声学超材料参数特性及其聚焦透镜在2～5 kHz宽频带内良好的聚焦能力．

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密度为零的零折射率声学超材料研究

蓝　君1，李义丰1，2*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 69.

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以普通波导管内部嵌入弹性薄膜为基本单元结构，构造了零折射率声学超材料．研究表明，在频率为fm＝453.64 Hz时能实现等效质量密度为零的零折射率超材料．在零折射率超材料两端接上截面积较大的普通波导管构造了复合零折射率超材料，利用声传输线理论和声阻抗匹配理论，分析了该复合超材料中能量传输和轴向声压分布情况．理论和仿真结果表明：尽管在零折射率超材料与普通波导管之间存在极大的几何不匹配，系统在输入声波频率为fm和FabryPérot(FP)共振频率时能实现声波完全传输，且在频率fm处具有相位超耦合和传输增强等特性．除此之外，当改变复合超材料中零折射率超材料的长度D和弯曲角度θ时，发现其在频率为fm时所具有的特性不变，而FP共振频率的大小会随零折射率超材料长度的变化而改变．

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基于声学超材料的无源声学循环器的设计

朱一凡1，2，范旭东1，2，梁　彬1，2*，杨　京1，2程建春1，2*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 76.

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近年来，新型声学器件的发展迅速，比如声学二极管的提出，类比于传统的电学二极管，实现了对声波的整流和非互易(或非对称)的声传播．随后，声学晶体管也被理论上设计和提出．作为新型的声学概念型设备，声学器件呈现了从简单的二端口向三多口甚至多端口的发展趋势(比如声学二极管到晶体管)．另一方面，声学超材料是近10年来的热门研究话题．利用声学超材料的亚波长共振效应，可以实现丰富的功能，包括声学斗篷，声学幻像，聚焦透镜，涡旋场和任意波束形成．将超材料单元引入一个旋转对称的多端口系统，实现了无源的复杂声学网络中的声学路径操控．证明了当超材料提供了打破左右对称的附加波矢后，声学系统中只允许向右(或向左)传播．因此实现了声波只能逆时针传播(或顺时针)的无源声学循环器．解析分析了每个超材料单元对声波的偏转角度来预测声传播路线．最后，进一步将三端口循环器拓展到更多端口的情况．

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全光学非线性混频技术用于微裂纹检测的实验研究

张丁凯，倪辰荫*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 81.

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采用全光学方法检测声波与开合裂纹相互作用后的非线性混频效应，达到检测裂纹位置的目的．激发光与加热光经过声光调制器后分别被调制为高频fH(几十kHz)激发光和低频fL(几Hz)加热光．裂纹会在低频加热光辐照下周期性开合，激发光激发出频率为fH的声波与裂纹相互作用后产生非线性混频信号(fH±fL)，由测振仪或光偏转装置接收声信号并送至锁相放大器．实验中辐照在样品上的激发光、加热光和检测光光斑始终重合．随着三束光源逐步靠近裂纹中心，混频信号幅值逐渐增大．当增大到最大值后(三束光源达到裂纹中心区域)，混频信号幅值开始逐渐减小(三束光源逐渐远离裂纹区域)最终趋于平缓，此时混频信号消失．光学激发的激发光可以聚焦到很小(约几十微米)，所以其具有较高的空间分辨率．研究结果表明，利用非线性光声混频效应来检测裂纹的方法对实际的闭合裂纹的检测灵敏度远高于传统的线性激光超声裂纹检测方法，可为裂纹的光声无损检测提供新的解决思路和技术．

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激光超声纵波用于磨牙内部轮廓无损检测的理论研究

徐海云1，梅　松1，袁　玲1*，沈中华1，朱庆萍2，倪晓武1，陆　健1

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 92.

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针对目前口腔医学在临床上对牙齿内部轮廓无法准确检测的问题，提出了利用激光超声纵波检测磨牙内部轮廓的方法．首先利用有限元方法模拟激光辐照牙齿产生超声波的过程，通过CT扫描与三维重建技术获取牙齿的三维模型，建立了超声纵波以及纵波在磨牙中传播的有限元模型．考虑激光在牙釉质中的渗透，修正了等效点声源的位置．选取磨牙上的一个截面，对其进行旋转扫描，并在激发点附近同侧接收得到多组超声信号．通过信号分析，求解纵波在牙釉质—牙本质界面反射点的位置，最终实现牙齿内部轮廓的检测．与牙齿的实际内部轮廓进行比较，结果精度比较高，验证了用激光超声纵波检测牙齿内部轮廓的可行性．最后分析了该方法的误差来源以及其适用条件．研究结果将对牙齿内部结构临床检测提供理论依据和检测方法，有助于激光超声技术在临床医学检测中的进一步发展和应用．

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不同种类蝙蝠外耳本征声场波束的计算和功能分析

高　丽1，何为凯1，2*，张智伟3，李睿奇2，卢红旺2，颜　振2

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 101.

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现在使用的智能天线主要通过对阵列天线相位的调制进而调节声场波束，而不同种类蝙蝠仅通过两个外耳对声音反射，就对声场波束形成起到重要作用，所以研究不同种类蝙蝠外耳对接收回波调节作用的声学共性对智能天线改进具有重要作用．共选取30只蝙蝠外耳，利用有限元声场模拟得到蝙蝠声场波束，并对声场波束的指向进行归一化和球面小波压缩，初步利用主成分分析法应用到不同种类蝙蝠的特征分析中，通过主成分分析方法得到蝙蝠本征波束以及平均声纳波束，并对本征波束进行了叠加分析，只考虑了最大本征值和第二本征值对应的第一和第二本征向量，并分析了其作用，分析表明：1)第一本征向量的叠加明显调整了主瓣的宽度，而第二本征向量的叠加则使主瓣在方位角和仰角方向的宽度交替变化；2)在本征空间中，距离远近表示声场波束相似程度，本征波束的分析对区分不同属的蝙蝠具有一定作用．

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大足鼠耳蝠嘴巴张角辐射声场的数值研究

陈晓乾1，陈　莹1，李睿奇2，张怡童3，彭瑞宏4，庄　桥1*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 109.

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大足鼠耳蝠在导航和探测空间物体方位和距离的回声定位过程中，通过嘴巴发出超声波，并不断改变嘴巴张角的大小．利用微型X射线断层扫描仪得到大足鼠耳蝠的头部断层图像，对图像进行高斯滤波和二值化处理，利用三维重构技术获得原始头部结构的三维数字模型，通过数字形变方法得到不同嘴巴张角的头部模型，最后利用数值方法对各个数字结构进行声场计算，得到近场声压幅度分布图和远场辐射波瓣图．研究结果表明：大足鼠耳蝠可以通过改变嘴巴张开的角度来调整发射声场的方向性．在一定的张开角度下，辐射声波的频率越高，辐射波束的方向性就越强，而在一定的频率下，辐射波束的方向性随着嘴巴张开角度的增加而增加．大足鼠耳蝠通过调节嘴巴开合的角度改变辐射波瓣图，以提高其在飞行和捕食过程中的定位能力．

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大张角聚焦换能器中的张角变化对生物组织温度场的影响

戚　萌，王　鑫，刘晓宙*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 114.

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高强度聚焦超声(HIFU)是现代医学肿瘤治疗物理疗法的一项重要技术，其原理是通过聚焦方法将大面积超声聚焦换能器辐射出的声能量汇聚于面积极小的聚焦区，使聚焦区获得较强的声能量并利用超声波的热效应在短时间内使病灶部位获得较高的温升，从而使肿瘤组织热凝固坏死．大张角聚焦换能器指的是球面半张角大于16.6°的球壳式聚焦换能器．相对于传统的小张角换能器，大张角聚焦换能器拥有更强的声聚焦效应，聚焦区半径更小，穿透性更好，声能量聚焦效果明显强于小张角换能器，所以可以获得更好的温升．利用Spheroidal Beam Equation(SBE)方程求解大张角聚焦换能器条件下的声场获得空间热源的产热率，然后通过Pennes方程解出大张角聚焦换能器条件下生物组织中的温度场分布．研究不同改变张角方式下大张角聚焦换能器作用下生物组织的温升分布情况，研究结果表明改变换能器的孔径以改变张角时，张角越大温升越大，而改变其焦距以改变张角时，温度变化则相反．实验也验证了换能器孔径变化对生物组织中的温升的影响．

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脉冲回波对比法非介入测量液体声阻抗的灵敏度

祁宏昌1，梁双龙2，莫润阳2*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 122.

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基于声波在异质界面声压反射系数对界面两侧介质特性声阻抗变化的敏感性，将回波高度随待测液体阻抗变化的函数作为系统的灵敏度，通过构建新的数学方法并通过设计实验快速实现对二甲基硅油的特性声阻抗的非介入测试．实验时以钢板做反射基板，用钢/水界面对检测系统进行标定，分别测试超声波在钢板与水、钢板与待测液体界面的多次反射回波幅度，并通过回波幅度比对方法获得待测液体介质的特性声阻抗值．结果显示，在容器壁与其内液体介质构成的固/液界面上的第一次界面反射回波较其它高次回波具有最高的灵敏度；新方法提供了液体特性声阻抗的直接信息；器壁材料一定时，其厚度对检测结果有一定影响．

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基于磁场传感器的层状磁电复合振子磁阻抗效应

何文强1，王　巍1，2*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 128.

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运用磁电耦合理论及等效电路法对磁致伸缩/压电三层和五层磁电复合振子的磁阻抗效应进行了理论和实验研究．理论研究表明，由磁致伸缩导致的压电振子内应力的改变，引起磁电复合振子的磁阻抗效应．实验结果显示，无论是在磁电复合振子的谐振还是反谐振频率，五层磁电复合振子的磁阻抗明显大于三层复合振子的磁阻抗．利用等效电路分析了该实验结果，并运用复合材料磁电耦合的乘积效应解释了磁阻抗产生的原因．测试结果显示，在谐振和反谐振频率下，五层串联复合振子的磁阻抗ΔZ/Z最大值分别为46.9%和60%，而三层复合振子的磁阻抗ΔZ/Z最大值分别为13%和30.2%.由实验结果计算得出三层和五层磁电复合振子的磁分辨率分别可达2.2×10－10 T•μΩ－1和2.5×10－11 T•μΩ－1.研究结果为磁电复合振子在磁异常探测传感器中的应用提供了实验及理论基础，并有助于优化以层状磁电复合振子为核心的磁场传感器的结构．

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浅海环境下的声学灵敏度核函数研究

温凤丹，林　巨*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 135.

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灵敏度核函数是声学观测量扰动与声速扰动之间的关系量，表征了声学观测量对声速场扰动的敏感性及其空间特性．目前在水声学中灵敏度核函数的研究主要集中于水平均匀的海洋声波导中，针对不同的声速扰动，灵敏度核函数体现出良好的线性特性．由于实际的海洋声波导往往是水平不均匀的情况，灵敏度核函数的空间特性与波导的空间不均匀性间存在较复杂关系，需开展进一步探究．首先模拟了水平均匀的浅海声波导环境中的声传播，分析了不同射线对应的相位灵敏度核函数和传播时间灵敏度核函数特性，结果表明，相位和传播时间灵敏度核的空间特性存在较大差异，相位灵敏度核在沿着本征射线上影响较大，而传播时间灵敏度核的影响区域主要在本征射线周围的菲涅尔区．继续模拟了不同的本征射线，声速场对灵敏度核的影响程度也存在较大差异．针对水平不均匀海洋波导情况，相应仿真结果显示当声源距涡旋中心较远时，仿真射线对应的相位灵敏度核函数的空间积分值趋于恒定，这表明灵敏度核函数同样适用于水平不均匀的海洋波导中，其灵敏性与射线和声速扰动的相对空间位置有关．这些结果为灵敏度核函数在海洋声学实验站点优化设计和海洋环境参数声学获取等方面的应用提供有利支撑．

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基于禁忌搜索算法的AUV动态路径规划策略

殷文正，姜卫东*，陶　金

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 144.

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为有效提高水下传感器网络中未知节点的定位效率并降低网络能耗，提出一种改进禁忌搜索算法的Autonomous Underwater Vehicle(AUV)动态路径规划策略．所提出的算法和策略，采用六边形部署算法，寻找合适的虚拟锚节点位置，以达到最佳覆盖效果；然后通过在AUV节点上配置定向天线，获取未知节点方位信息；再次，利用改进的禁忌搜索算法，选定AUV节点下一步目标虚拟锚节点，引导AUV节点移动．该文通过改进的禁忌搜索算法设置两个禁忌集，防止AUV节点重复搜索，并辅助AUV节点移动方向判定，保证未知节点的定位覆盖率．为验证所提策略有效性，对所提该策略和静态路径规划算法中的典型算法Scan算法进行对比分析计算．仿真表明，基于禁忌搜索算法的AUV动态路径规划策略较Scan算法移动路径长度明显减少，虚拟锚节点数目有所降低，能有效降低能耗，延长网络寿命．同时，由于Received Signal Strength Indicator(RSSI)测距法存在误差，误差值设置为虚拟锚节点到未知节点的真实距离的10%，仿真得出基于禁忌搜索算法的AUV动态路径规划策略较Scan算法，定位精度有所提高．

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溶液折射率及色散系数与浓度关系的椭偏测量研究

彭振阳1，吕　斌1，顾晓敏2，鄢　波1*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 151.

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研究利用椭圆偏振法快速准确测量葡萄糖溶液浓度．首先基于椭偏测量的原理和液体宏观尺寸厚的特点，建立了溶液的单界面反射分析模型，针对该模型设计了由椭偏参量求解溶液折射率的算法．为了快速检测，该算法合理地忽略了葡萄糖溶液在短波段的消光系数并仍能够准确地测量出折射率．接着，利用该模型，对不同浓度的葡萄糖溶液的椭偏参数进行了测量．从椭偏参数拟合出了葡萄糖溶液的折射率，根据柯西公式，利用最小二乘法得到了折射率与柯西色散参数、溶液浓度之间的函数关系．然后用模型分析了葡萄糖溶液的光吸收对本测量方法的影响，进一步说明了模型的可靠性．最后，将实验拟合结果与参考文献值比较，发现此方案和棱镜全反射法和激光干涉法测量得到的折射率吻合得相当好，说明椭偏测量法具有较高准确度．

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基于MidIR LED的甲烷气体浓度检测方法研究

司峻峰*，金　勇，葛中芹，陈毅煌

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 159.

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在矿井和隧道中，甲烷(CH4)气体的浓度监测极为重要．首次设计了一种以中红外发光二极管作为光源的基于光谱吸收原理的高精度CH4气体浓度检测方法．该方法采用5.8 kHz的交流恒流源对中红外发光二极管进行激励，中红外发光二极管产生的中红外光在气室被甲烷吸收后，照射在接收端的中红外光电二极管上，产生光电流．用高增益跨阻放大器对光电流进行选频预放大，并用锁相放大器对与气体浓度相关的电信号做进一步的检测，最后，采用由单片微处理器构成的数据采集系统对检测结果进行数据化，对数据进行降噪处理，修正检测系统的非线性误差，最终将气体浓度检测结果显示出来．该方法还对中红外发光二极管以及中红外光电二极管的工作温度进行了恒温控制，保证了中红外器件中心波长的稳定性．同时构建了以低成本中红外发光二极管器件为基础、结合微弱信号检测技术的方法验证系统．结果显示，该方法具有检测时间短、操作简单、精度高和环境适应性强等特点，是一种可行的、优点明显的CH4气体浓度测量方法．

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变焦序列图像超分辨率重建算法研究

罗鸣威2，王怀登1*，丁　尧1，袁　杰2

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 165.

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超分辨率重建技术已经在相当多的领域中被应用，并且已经引起计算机视觉，图形图像处理等领域研究者的关注，目前是国内外图像处理领域的研究热点．随着对各种退化模型的研究，超分辨率重建越来越多的集中在空间域中．着重研究了基于变焦图像序列的超分辨率重建算法．首先，提出变焦变换的退化模型．然后从LR(低分辨率)图像序列中选择一副图像，将其插值放大后的图像作为初始HR图像．接着，根据退化模型和计算出的特征匹配点对，计算出某一幅LR图像和HR图像之间的变换公式．通过该变换公式，将HR(高分辨率)图像变换为模拟LR图像．求得模拟LR图像与这幅实际LR图像之间的差值．当差值大于设定阈值时，则将差值反投影并叠加至HR图像上，由此更新HR图像．最后，分别对仿真变焦图像序列、实际变焦图像序列进行超分辨率重建．对重建后的结果，利用峰值信噪比、结构相似度和高频能量在总能量中所占比例这三种评判标准，从三个角度进行评价．最终，实验结果显示，重建方法对变焦图像序列能取得较好的重建效果．

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基于调和距离量子多目标进化算法的NoC测试规划优化

胡　聪1，2，李　智1，3*，周　甜2，屈瑾瑾2，许川佩2

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 173.

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如何实现测试时间和测试功耗协同优化是目前片上网络(NetworkonChip，NoC)测试中亟待解决的问题．提出一种基于调和距离量子多目标进化算法(Harmonic distance quantuminspired multiobjective evolutionary algorithm，HQMEA)的NoC测试规划优化方法．采用重用NoC作为测试存取机制(Test access mechanism，TAM)的并行测试方法，对NoC中的内核进行测试，节省测试资源，提高测试效率．提出的算法在量子多目标进化算法(Quantuminspired multiobjective evolutionary algorithm，QMEA)的基础上，采用多进制概率角编码替代二进制概率幅编码，更好的适应NoC测试规划问题；采用调和距离替代拥挤距离(Crowding distance)能更好的衡量拥挤程度；采用混沌策略动态更新旋转角，能很好地兼顾了算法的探索和发掘能力．在ITC’02 test benchmarks测试集上进行对比实验，结果表明相比量子多目标进化算法，提出的算法不仅提升了算法的收敛性，而且保证了Pareto解集良好的分布性．

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全氟癸基硅烷(PTES)修饰微纳结构超疏水表面耐久性研究

吕　婷，王媛怡，陈庆民*

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 184.

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为了探究全氟癸基硅烷(PTES)修饰化学刻蚀的铝基底制备的超疏水表面的耐久性及其丧失超疏水性的原因，探讨了该超疏水样品在海水和自然环境中的耐久性，采用液体压力研究模拟样品在不同深度的海水中的行为，并通过电镜及X射线光电子能谱仪分析了超疏水性变化的原因．结果显示：超疏水样品在自然环境中展示出了较好的稳定性和耐久性，而抗海水腐蚀性则显不足，尤其是在水压下，其变化主要是微纳结构被破坏，使表面趋于平整．

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产脲酶微生物诱导钙沉淀及其工程应用研究进展

季　斌*，陈　威，樊　杰，宋宏娇，魏桃员

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 191.

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产脲酶微生物诱导的碳酸钙沉淀是自然界生物矿化的重要组成部分，这一过程依靠微生物代谢产生的脲酶，高效催化尿素水解产生的碳酸根离子进而与钙离子形成碳酸钙沉淀．从产脲酶MICP矿化机理、微生物分布和工程应用三个方面，探讨了相应的最新进展，并对产脲酶MICP的进一步研究提出了思路和建议．MICP微生物属于氨化细菌的范畴，大都分布在厚壁菌门，然而在变形菌门、放线菌门和真菌界等亦发现了产脲酶菌，芽孢杆菌科的细菌是目前发现的具有前景的一类产脲酶微生物，如Bacillus和Sporosarcina属．产脲酶MICP在微生物建筑材料、土体性能的改善和重金属及放射性金属的治理方面有着广泛的应用前景．

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Mg2＋诱导丙氨酸质子迁移机理的理论研究

孟祥军*，石　瑾

南京大学学报(自然科学版). 2017, 53(1): 199.

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采用M06/631＋＋G**方法研究了Mg2＋诱导丙氨酸质子迁移机理，得到8个稳定构型和7个过渡态．最稳定构型Ⅰ是两性的，结合能为－687.0 kJ•mol－1；其余7个是中性的．分子内单键旋转和羧基O原子间的质子迁移导致中性构型间的转化．C—C键旋转的能垒低于16.0 kJ•mol－1；C—O键旋转的能垒低于60.0 kJ•mol－1；质子在羧基O原子间迁移能垒高于105.6 kJ•mol－1.质子从羧基迁移到氨基导致中性构型转化为两性构型，能垒为0.2 kJ•mol－1.最稳定中性构型Ⅱ转化为两性构型Ⅰ的路径为：Ⅱ→Ⅱ－Ⅲ→Ⅲ→Ⅲ－Ⅶ→Ⅶ→Ⅵ－Ⅶ→Ⅵ→Ⅵ－Ⅷ→Ⅷ→Ⅴ－Ⅷ→Ⅴ→Ⅰ－Ⅴ→Ⅰ.

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