一种超高速数据采集系统设计与实现

设计实现了一种超高速数据采集系统。通过在FPGA(现场可编程门阵列上)采用8个不同相位的时钟进行移相合成采集,采用一颗125MSPS采样率的ADC芯片成功实现了1GSPS采样率的高速采样。同时通过对采样数据进行累加求平均的滤波运算,有效地消除了背景噪声,提高了采样的精度。为了实现大数据量的采集,采用了DDR2作为存储器,其具有容量大,速度快,成本低的特点。FPGA采用Xilinx的Spartan6系列,内置了DDR2接口控制器,大大简化了设计。设计的高速数据采集系统在ISE软件中进行了综合,并在FPGA板上进行了实测,性能良好,实现了系统需求的各个指标。     

固定转发源级的目标回波强度测量法

本文首先介绍了两种传统的水中目标回波强度的测量方法,分析了其特点并指出其不足之处。然后提出了一种改进的回声转发测量法,我们称之为固定转发源级的目标回波强度测量法。固定转发源级的目标回波测量法,对传统的回声转发测量法进行了硬件结构和处理方法上的改进。通过在被测目标上加装声学数据采集记录装置,避免了变强度转发的需要。不但保留了其优点,而且克服了其主要缺点。明显降低了校准的工作量,提高了测量的精度和效率,拓展了系统的适用范围,具有一定的应用推广价值。     

体内(in Vivo)NMR研究

本文综述了体内(in Vivo)核磁共振波谱技术的目前概况,简要介绍了这一技术的基本原理。对空间定位技术进行了重点评述,并给出了分类表。同时讨论了化学位移对空间定位精确的影响,介绍了提高定位精确度的实验方法。列举了空间定位波谱技术在生命科学研究中的应用,给出了大量的参考文献。     

双波段扫描辐射计的研制

介绍了一种新型小视场、高精度的双波段扫描辐射计。描述了系统的特点,分析了系统的总体方案。介绍了系统的工作原理,对系统的NETD进行了估算,对其探测器的选择、光学系统设计、调制系统设计、扫描机构设计、信号处理等方案进行了详细论述,对系统的标定和测量原理进行了分析,并给出了相应的计算公式。给出了系统的检测结果。     

高速CCD成像电路抗串扰技术

为了解决高速CCD成像电路串扰问题,分析了产生串扰的原因,建立了CCD成像电路的串扰模型,提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离,设计并采取有效的去耦电容布线方法,降低了寄生电感,避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面,对模拟电路和数字电路进行分区布局,避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验,结果表明：采取上述抗串扰技术后,通道隔离度大于60 dB,有效降低了串扰,提高了图像质量。     

高速CCD成像电路抗串扰技术

为了解决高速CCD成像电路串扰问题,分析了产生串扰的原因,建立了CCD成像电路的串扰模型,提出了有效的抗串扰技术。对多通道的CCD视频信号采用带状线而非微带线并使用防护布线进行隔离。对多通道的电源供电进行了隔离,设计并采取有效的去耦电容布线方法,降低了寄生电感,避免了由电源公共阻抗引起的串扰。采用统一的地平面,对模拟电路和数字电路进行分区布局,避免了地弹对信号的影响。针对一个串扰较严重的CCD成像电路进行了实验,结果表明:采取上述抗串扰技术后,通道隔离度大于60 dB,有效降低了串扰,提高了图像质量。     

流动氦气出口温度控制仿真与分析

分析了电加热器对流动氦气的加热过程,从能量平衡和热传导的角度建立了系统数学模型,用解析的方法表达了热量的传递过程,得到了传递函数。用Matlab 的Simulink 模块搭建了PID 的控制框架,用积分分离的策略改进了温度控制的效果。仿真结果显示流体在进口温度不断变化的情况下,通过加热器的功率调节获得了比较稳定的气体出口温度,表现出了良好的控制结果。     

牛顿学说在中国的早期传播及其影响

 众所周知,伊萨克•牛顿(IsaacNewton,1642～1727)是英国伟大的科学家,其研究领域包括了物理学、数学、天文学、自然哲学、炼金术和神学。牛顿发明了微积分,发现了万有引力定律,创建了经典力学,设计并制造了第一架反射式望远镜等,被誉为人类历史上最有影响力的科学家。正如恩格斯所说:"牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学;由于进行了光的分解,而创立了科学的光学;由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学;由于认识了力的本质,而创立了科学的力学"。假如牛顿生活的时代就有诺贝尔奖的话,他无疑会多次获得诺贝尔奖。为了纪念牛顿的杰出成就,以牛顿的姓氏命名力的单位,国际天文学联合会还把662号小行星命名为牛顿小行星。     

金属丝杨氏模量的光纤测试方法

采用光纤位移传感器,测量了加载情况下金属丝的微小伸长量,给出了一种杨氏模量的测量方法。理论上, 光纤位移传感器特性,与实验结果进行了对比。通过实验,标定了光纤位多传感器,并测量了不同加载情况下金属丝微小伸长量。采用逐差法处理了实验结果。     

航天器谐波传动机构效率试验测控系统设计

介绍了谐波传动机构的原理和应用,针对工作于空间环境下的航天器谐波传动机构,设计了一套传动效率试验测控系统。叙述了整套测控系统的结构、原理,设计了一套谐波传动机构在空间环境下的效率试验方法。并针对传统试验装置的缺点和不足,在实现基本功能的基础上,采用了针对性的软件设计,设计了一套自动测试流程,提高了整套系统的自动化水平。同时,针对测试数据无规则跳变的问题,设计了数据筛选算法,提高了控制精度和试验的准确性。     

高分辨力哈特曼传感器的快速波面重构和拼接

建立哈特曼传感器的模型,证明在高空间分辨力下,可以采用Hudgin模型进行波面重构,避免了采用Fried模型带来的复杂性。对哈特曼子孔径缺失破坏连续性的问题进行了分析,介绍了相应的边缘处理算法。完成了基于离散傅里叶变换的波面重构算法数值模拟,实现了波面的无损重构。针对实际应用中输入波面在被遮挡处不连续的问题,提出了基于最小二乘解的拼接方案,实现了非连续波面拼接。分析了影响波面重构速度的主要因素,提出了提高波面重构性能的方法。     

太阳模拟技术

概述了国内外太阳模拟技术的发展现状。提出了太阳模拟器设计的技术指标,讨论了太阳模拟器的光学系统设计思想。介绍了聚光系统、光学积分器、准直系统、滤光片光谱透过率的优化设计方案,通过复合高次非球面聚光系统和非共轴深椭球面反射镜的使用,提高了聚光镜对光源辐射通量的聚光效率,改善了第二焦面上的辐照分布。通过对光学积分器原理及像差分析,给出了有效的优化设计经验公式。最后,对研制过程中遇到的问题进行了归纳总结,并提出了改进思路。     

相移全息术在粒子速度测量中的应用

本文提出了相移全息术测量粒子速度的新方法,并从理论上进行了分析。由于两次曝光之间,给物光中引入了相移π,因而,再现象中背景与噪声被减去,获得了高信噪比的再现象。简短地讨论了引入相移的方法。最后,通过模拟实验比较了本方法与同轴和离轴全息法的结果。指出了这种技术的应用前景。     

太阳模拟技术

概述了国内外太阳模拟技术的发展现状。提出了太阳模拟器设计的技术指标,讨论了太阳模拟器的光学系统设计思想。介绍了聚光系统、光学积分器、准直系统、滤光片光谱透过率的优化设计方案,通过复合高次非球面聚光系统和非共轴深椭球面反射镜的使用,提高了聚光镜对光源辐射通量的聚光效率,改善了第二焦面上的辐照分布。通过对光学积分器原理及像差分析,给出了有效的优化设计经验公式。最后,对研制过程中遇到的问题进行了归纳总结,并提出了改进思路。     

HL-2M装置反馈控制系统的设计

简要描述HL-2M控制系统的概念设计,主要对其中反馈控制部分作了介绍,重新编写了反馈控制程序。为了满足HL-2M装置对控制系统的进一步要求,重新设计了反馈控制系统程序。对其中一些功能的实现方法进行了设计改进,引入了由反射内存卡构建的实时通讯网络,并以此通讯网络为基础进行了反馈控制系统的架构布局。在Linux操作系统中,利用以前放电的实验数据,模拟测试了新的反馈控制系统。测试结果良好,满足预期要求。     

带突扩段有叶扩压器的设计与分析

本文针对离心压气机采用突扩转接段后的设计问题,初步探讨了其内部流动规律,进行了型线的优化设计。首先进行的子午面计算,确定了扩压器的型线,然后对无叶扩压器作了三维数值模拟,保证了叶片进口参数的平滑均匀。最后完成了带叶扩压器的三维计算。数值计算结果表明,出口马赫数、总压恢复系数和出气角均达到了设计要求。设计的完成为复杂扩压系统的设计与数值模拟打下了良好基础。     

1018nm光源及光纤激光同带抽运实验研究

设计了级联式全光纤1018nm光源。该光源采用两级级联放大方案,实现了对低功率1018nm种子光的放大,获得了4.2W的最大输出功率,并分析了影响放大效率的因素。以获得的1018nm激光为抽运源,进行了1070nm信号光的同带抽运放大器实验研究,测量了放大器的输出特性。在纤芯抽运实验中,获得了明显的放大效果和较高的功率转换效率。进行了瓦量级包层同带抽运的实验研究,分析了导致包层抽运实验中功率转换效率偏低的原因并提出了解决方案。     

成像型速度干涉仪

 介绍了应用于超高压条件下的成像型速度干涉仪技术的光路结构和基本原理,该技术在传统速度干涉仪技术的基础上进行了改进,将收光部分改为成像系统,记录系统使用条纹相机,从而能够诊断高速冲击波信号。给出了全系统的光路图,提出了各分系统的参数要求。针对系统硬件,给出了探针光源、成像系统的基本参数,给出了三点支撑干涉仪的设计图,分析了记录系统的基本参数。对于静态实验,拍摄了静态靶的照片,并对静态靶照片进行了初步的分析：发现可以通过条纹对比度的变化初步判断像与靶的对应程度。     

钛宝石激光器中用优化Gires-Tournois镜产生15 fs脉冲

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器脉冲压缩的要求,介绍了负色散镜补偿色散的基本原理及其特点。详细阐述了优化Gires-Tournois(OG-T)镜的设计过程,并通过计算机优化得到理想设计膜系。采用离子束溅射的方法镀制了优化Gires—Tournois镜。测量了优化Gires-Tournois镜(编号为OGT#1)的透射率和群延迟色散,并与设计值进行了比较,分析了实测值产生偏差的原因,从而对镀膜参量进行了相应的调整,制造了第二批优化Gires—Tournois镜(编号为OGT#2)。将优化Gires—Tournois镜用于钛宝石激光器振荡级内,单程5次通过三个优化Gires-Tournois镜,补偿了激光器腔内色散,实现了飞秒锁模脉冲运转。用OGT#1先进行了实验,获得32fs的脉冲和46nin的光谱宽度。用调整参量后的OGT#2进行了实验,获得了15fs的超短脉冲和91nm的光谱宽度。实验很好的验证了负色散镜补偿色散的优点,为国内啁啾镜的研制创造了条件。     

色散测量样机的设计与实验验证

设计了基于调制相移法的色散测量样机,提高了色散测量的精度,降低了色散测量成本。设计了基于幅相检测芯片AD8302的双鉴相电路,实现了相位差的准确测量。应用最小二乘法对接收的数据进行拟合,得到了可靠的色散系数曲线。整体采用模块化的设计思想,使用基于芯片F2812的数字信号处理,实现了对各模块插板的控制,完成了数据的采集和处理,并在实验室虚拟仪器工程工作台(LabVIEW)开发平台完成界面设计。对样机的性能进行了实验验证,结果表明,对于不同长度的G.652光纤,在波长1550 nm处,累积色散测量的不确定度小于10 ps/nm。