一种用于冶金炉前快速分析的新仪器——激光诱导击穿光谱仪

冶金炼钢要求快速分析冶金炉前样品来及时掌握冶炼过程。文章介绍了自主研制的一种新型的光谱仪——激光诱导击穿光谱仪,该仪器采用ns级脉宽的Nd∶YAG激光器作为样品离子化光源,激光聚焦样品表面激发产生的等离子体光谱依次经帕邢-龙格光学系统进行分光、光电倍增管探测、门控积分器积分、模拟数字转换器转换后获得的最终结果输入计算机进行数据处理。和目前冶金炉前样品分析常用的光谱仪相比,该仪器无需样品预处理,分析速度快(1 min或更少),准确灵敏度高,非常适用于冶金炉前样品的快速分析。近年来随着光纤技术的迅速发展,使用该仪器进行钢液实时在线分析和动态控制冶金工艺必将成为现实。     

激光监听演示实验仪器的制作

本文介绍了激光监听演示实验仪器的制作.设计出功率放大和带通滤波相结合的电路,用此电路接收光电探测器所采集的激光检测声波振动的信号,经还原后进而实现远程监听.论文中涉及实验仪器制作过程中所遇到的问题和相应解决方法,可供学生在演示实验中使用.     

极化3He系统核磁共振FID信号的激光探测

极化率测量装置是极化³He系统的重要组成部分之一.本文介绍了一套在极化³He系统上搭建的激光探测自由感应衰减核磁共振（FID NMR）信号的实验装置,该装置有望为³He极化率的高精度实时测量提供新的途径.激光探测法的原理是法拉第旋光效应,该方法使用一束线偏振光探测极化³He磁矩绕主磁场进动的FID信号,实验结果表明相较于拾波线圈探测方法,激光探测方法的信噪比提高了106%,对³He的极化率测量更精确.该探测方法有望替代传统的拾波线圈,广泛地应用于³He极化系统的极化率测量或精密测量实验中.     

基于光克尔门空间扫描单次激光信噪比测量

提出一种基于光克尔门空间扫描的单次激光信噪比测量方法.在该方法中,门光和探测光在光克尔介质中正交传输,通过光克尔门对探测光的空间扫描实现激光信噪比测量.采用该测量方法进行了单次激光信噪比测量的实验研究,测得时间窗口和分辨率分别为88.2ps、2.7ps.由于取样门是由光克尔效应来控制,因此该激光信噪比测量方法对于待测激光的波长没有限制.     

跑道能见度激光探测仪的研究分析

介绍一种利用激光实时测量跑道能见度的智能化仪器，阐述该仪器的基本结构、工作原理及主要技术指标。讨论技术难点，并给出其相应的解决办法。     

气溶胶单粒子粒径的实时测量方法研究

介绍了近期研制的一台实时测量大气气溶胶单粒子粒径和化学成分的仪器在如何测量气溶胶单粒子粒径方面的测量原理及特点，并结合激光解吸附电离飞行时间质谱技术，利用该仪器对木屑燃烧产生的烟气气溶胶粒子的实时测量结果. 关键词： 气溶胶粒子 空气动力学粒径测量方法 激光解吸附电离 飞行时间质谱     

基于激光外差技术的高分辨率整层大气透过率测量

激光外差技术是一种高灵敏度的光谱探测技术,利用该技术研制的装置易于集成化小型化,可以进行地基或星载的地球大气或天文观测。基于激光外差光谱测量技术,结合自研的太阳跟踪仪建立了一套高分辨率整层大气透过率测量系统,系统分辨率约为0.006 cm-1。该系统利用太阳光和红外激光在非线性探测器中进行光学混频,通过对获取的混频信号进行电子学滤波和平方率探测,获得了高光谱分辨率的外差信号。采用Langley-plot定标法对测量系统进行定标,获取了仪器标定常数和对应的大气总光学厚度,实现了中红外波段整层大气透过率的实时测量。同时,将实测整层大气透过率与MODTRAN5.0软件仿真计算的结果进行对比分析,两者的一致性较好。分析表明该测量系统具有很高的分辨率并且性能稳定可靠,在大气科学、天文观测和激光大气传输等研究领域具有广阔的应用前景。     

近距离激光外差探测光学极限位移分辨率

通过统计理论和维纳-辛钦定理推导出激光外差探测系统光电流的功率谱函数,分析了光电流谱线分布与激光光源线宽、中频信号频率以及信号光相对本振光传输延迟时间的关系,修正了相关文献中光电流功率谱的理论公式.根据信号与噪声理论建立了激光线宽引起的相位噪声的一维概率分布模型,并据此得到了基于激光波长、探测距离以及激光线宽的极限位移分辨率的数学模型.对光电流的功率谱和外差光学极限位移分辨率进行了相关的数值仿真,结果表明延迟时间与相干时间的关系决定光电流谱线分布的情况.当激光波长为532 nm,激光线宽在1 kHz,探测距离为100 m时,光学极限位移分辨率为0.266 nm,相关文献中的实验数据与理论推导结果相符合.     

全光纤双通道大气温室气体激光外差光谱探测技术研究

激光外差光谱技术是近年迅速发展的一种高光谱分辨率遥感探测技术,其装置具有体积小、光谱分辨率高等特点,适用于大气温室气体浓度的探测。各种观测实验已证明其是一种切实、有效的探测手段,在地球大气探测领域具有很大的应用前景和潜力。在现有激光外差光谱仪器的基础之上,提出了一种新型的仪器结构。采用光纤光开关对直射的太阳光进行调制与分束,实现利用单个光纤光开关进行两个波段激光外差信号的同时探测。为全光纤激光外差光谱仪的下一步系统集成和多波段激光外差光谱仪的构建提供了新方法。从激光外差探测的原理出发,分析了激光外差光谱探测技术的优势和关键参数,并结合自行研制的高精度太阳跟踪仪,搭建了一套近红外双通道全光纤式激光外差辐射计的原理样机。详细地阐述了激光外差辐射计原理样机中各功能模块的作用和参数,着重描述了光纤光开关在其中的作用原理和功能,详细地讨论了激光外差光谱仪的波长扫描模式和波长标定方法。在此基础上,讨论了激光外差辐射计的相关参数设置依据和仪器函数的测量方法,并给出了激光外差装置的仪器函数以及相应的光谱分辨率(0.004 4 cm-1)。利用搭建的激光外差光谱仪在合肥地区(31.9°N, 117.166°E)进行了实际的大气探测,同时在波段(6 056.2~6 058.1 cm-1)和(6 035.6~6 036.5 cm-1)分别获取了CH₄和CO₂分子的激光外差吸收信号,并对吸收信号进行了波长标定和归一化,得到了CH₄分子和CO₂分子的整层大气透过率谱,测量光谱信号的信噪比分别为197和209,同时也对分子吸收信号的光谱特征进行了分析。本文的测量实践表明光纤光开关可以用于激光外差光谱系统的结构优化,实现多通道多波段的激光外差光谱同时测量,拓展激光外差光谱仪在大气探测领域的应用。     

采用脉冲激光探测模拟的舰船气泡尾流

分析了基于后向散射的脉冲激光舰船气泡尾流探测方法,设计并研制了基于该探测方法的实验装置,并在大型水池中对模拟的气泡尾流进行了探测,实验结果表明,该实验装置可以较好地探测到模拟的舰船气泡尾流.     

无机械连接方位角测量系统中磁光调制的温度适应性研究

在无机械连接的方位角测量系统的研制中,通过对磁光材料的特性及磁旋光温漂的成因分析,采用直接读出解调和方位随动测角的方法,有效的降低了由Verdet常数变化引起的磁旋光漂移导致的方位失调角变化.使得系统可以在无需补偿和预热的情况下实时测量,方位测角精度3δ小于5″.     

利用激光并采用热释电探测器实时测量比辐射率及温度的系统

设计了一种利用半导体激光器InGaAs/I作为光源 ,采用钽酸锂热释电探测器作为光接收元件 ,以 80 31单片机为核心的中、高温物体比辐射率及温度的实时测量系统。该系统主要由光学发射与接收系统、信号放大与处理系统和显示系统三部分组成。文中还介绍了该系统的基本原理及结构 ,分析了其中的技术难点及其解决方法 ,讨论了系统的灵敏度、比辐射率与温度的测量精度。分析表明 :对 42 7℃的抛光钢铸件而言 ,系统的最小鉴别温差为 0 32K ,比辐射率的测量精度σελ=6 5× 10 -3 ,|σελ/ελ|=1 2 0 % ;温度的测量精度σT =1 0 6K ,|σT/T|=0 15 2 %。     

战斗部破片速度光幕靶测量方法研究

针对战斗部常规生产检验,提出了采用多个光幕靶、数据采集仪和位置标识器进行测速的方法。光幕靶探测破片穿过的时刻,数据采集仪记录波形并提取破片穿过光幕靶的时间,位置标识器可以识别破片飞行的方向角度,从而计算破片实际飞行的靶距。介绍了测速系统的组成,光幕靶设计以及测速系统的冲击与破片杀伤防护措施。采用战斗部静爆试验验证了所提方法,结果表明所提方法准确有效。给出了破片穿过光幕的瞬态波形。     

亲水表面金纳米流体液滴光热蒸发特性研究

金纳米颗粒在可见光区具有高消光效率引起科研人员关注。金纳米流体被用作太阳能体吸收工质。通过太阳能加热亲水表面金纳米流体液滴蒸发实验,详细研究了液滴蒸发过程特性。液滴蒸发过程中液滴几何参数和表面温度被仪器实时记录。液滴蒸发主要为常接触面积模式,接触角逐渐减小。液滴体积随时间线性变化,与传统理论蒸汽扩散模型结果不同。本文研究能帮助指导太阳能光热利用以及液滴蒸发在工业中的应用。     

随机耦合模型中损耗因子的分析与获取

随机耦合模型(RCM)是研究电磁脉冲干扰下波混沌系统中感应电压统计预测的新方法,其中波混沌腔体损耗因子的获取是这种方法使用的关键。从随机耦合模型理论出发,分析了损耗因子对腔体阻抗随频率变化特性的影响,探讨了不同损耗因子下归一化阻抗矩阵的统计特性,提出了使用腔体散射阻抗与辐射阻抗的比值作对照,以快速获取腔体损耗因子的新方法。     

用浑沌序列构造相位列阵加密和解密光学图象

本文提出了一种用浑沌序列构造相位列阵加密和解密光学图象的方法,并对该光学系统进行了计算机模拟。由浑沌序列对初始条件的敏感性使保密性能提高,同时它又是由确定性系统产生的,故可以完全被重构。将它和纯相位空间光调制器结合起来能对光学图象实时进行相位加密和解密,不仅使密匙更难被非法破译,而且压缩了其数据量。结果表明该方法较随机相位掩模方法具有许多优越性且易于实际应用。     

用单片机控制的超短脉冲电火花光源

本文简要地介绍了利用８０３１单片机作为超短脉冲电火花光源控制部分的基本要求及其性能特点，给出了软硬件具体实现方法，对于实用性较强的定时和实时发光延时时间控制作了较为详细的分析。作为一种智能仪器，它实为纹影仪、阴影仪等其它光学仪器的理想配套产品，并可单独作为计时器或速度测量仪使用。     

基于水样类型识别的光谱COD测量方法

基于紫外吸收光谱的COD测量方法,尽管具有快速、实时、免试剂、无污染等优势。但该方法对于组分多变的水样适应性不强,构建的单一计算模型不能适用于所有待测水样类型,导致其在复杂环境下测量准确度较低,从而限制了其应用领域。本研究提出一种基于水样类型识别的测量方法。其过程包括:动态识别水样类型→自动选择相应的"吸光度(Auv)-COD"算法模型→计算COD。该方法有效提高了紫外光谱法COD测量的准确度和适用性。该研究在传统的光谱识别技术的基础上,针对COD实际测量的特点加以改进。选取水样吸光度曲线的形貌特征作为水样类型的表征参数,利用LM-BP神经网络作为识别算法。并引入了"历史数据队列"、"历史识别因子"的概念,在此基础上形成了级联的神经网络结构。该算法实现了COD测量应用中的高准确度的光谱识别,进而提高了复杂环境下COD测量的精度。大量实验测试和结果表明,与传统的光谱识别技术相比,该方法在COD测量应用中具有更好的鲁棒性和准确性。水样类型识别准确率达98%以上。同时算法结构简单,计算量小,适用于资源受限的小型化COD测量仪。当仪器在复杂多变的水环境中进行测量时,采用该算法测量得到的COD精度有显著的提高。该方法的提出为光谱COD测量法在水体组分多变场合的应用及提高其测量精度提供了技术保证,可望解决传统紫外光谱COD测量法难以适应变化和复杂水环境应用的问题。     

基于动目标检测的夜间视频实时增强技术

为了在普通PC环境中实现夜间视频的实时增强,对Ardely提出的DADPEQU夜间图像增强方法进行了改进,取得了更适合夜间图像增强的算法。设计了基于动目标检测的夜间视频实时增强策略,通过背景模板的使用,大大减少了增强处理的计算量,大幅提高了处理速度。将改进后的算法与增强策略结合,对夜间视频图像实时增强进行了实验,结果证明该算法既能取得较好的增强效果,又能满足实时处理的速度要求。     

基于阿基米德定律的微小质量测量

基于阿基米德定律设计制作了一个可测量100~500 mg微小质量的测量仪,通过本仪器测量精度可达到2 mg。该测量仪原理简单,构思巧妙,全机械式结构,成本低廉,为质量测量提供了一种新方法。