基于齿轮传动与红外遥感技术测量流速实验的设计与实现

流体流速是流体力学研究中最重要的参数之一,是判断流动稳定性与力学计算的基础,流速测量是实验研究中最必要的环节.本文主要对齿轮的各项物理特性及红外遥感技术进行深入的研究,设计了一组可以同时测出水流的平均速度与当前时刻水流瞬时速度的实验装置,以解决目前实验室测水流速课程中测量数据单一,实验仪器繁多等问题.设计的实验内容包括齿轮传动比的测量、基于单片机和齿轮组的路程时间测量,以及红外测速仪的瞬时速度读取,实验环节环环相扣,可以更好地锻炼学生的独立研究能力及培养学生的思维缜密性.通过上述实验,可以较为准确地测量出流体的平均流速以及在当前时刻的瞬时流速,并通过灵敏度的计算判断出各个参数对流速的影响比例.     

可调谐半导体激光吸收光谱技术光信号相关法氨气浓度流速同时测量

利用可调谐半导体激光吸收光谱技术结合光信号相关技术可以实现气体浓度和流速的同时在线测量.文章首先介绍了气体浓度与流速测量的基本原理,然后对在近红外通讯波段附近的NH3吸收谱线进行分析,并从中选取适合测量的同标谱线,并进行了相应的计算分析.在常温常压下内径为0.016 m长度为1 m的管道内,利用流最计配制出不同浓度以及不同流速的NH3和N2混合气体进行相关的试验.利用线宽为15 MHz,可连续调谐范围为1 cm-1的激光二极管对位于6 548.7 cm-1处的NH3吸收谱线进行快速扫描,采用直接吸收计算的方法测最得到实时气体吸收信号并计算出气体浓度.同时利用非介入式的光信号相关法,通过布置在管道上下游两个探测器探测到的NH3浓度信号问的相关性,计算得到NH3气体从上游到下游的渡越时间,进而计算出气体流速.计算得到的NH2气体浓度值和流速值与流昔计标定值之间相比,其相对误差分别在7%和10%之内.测量系统响应迅速,抗干扰能力强,测量结果重复性好,适用于恶劣的现场测量环境,具有很广的工业应用前景.     

L形光源大面积矩形探测光幕灵敏度空域分布分析

镜头式探测器配接L形LED光源构成大面积矩形探测光幕,常用来布置在封闭的室内靶道测量外弹道参数,其探测区域的灵敏度大小直接影响测量精度,文章研究和分析了配接L形LED光源的10m×10m大面积矩形探测光幕灵敏度空域分布规律,考虑镜头边缘效应和光传播路径损失,将飞行弹丸遮挡的光投射到镜头处计算光电器件接收的光通量变化,推导出探测光幕灵敏度的数学表达式,将探测区域分割成小块,采用数字仿真方式计算同一口径弹丸穿过不同区域块引起的光通量变化,得到矩形探测光幕区域灵敏度空域分布。结果显示矩形探测区域灵敏度呈现对称分布,靠近镜头主光轴和镜头附近处时,会得到探测区域内的较大探测灵敏度。其研究结果为后续进行大靶面外弹道测试相关技术提供了理论依据。     

差分像移湍流廓线激光雷达测量误差分析

差分像移激光雷达可以测量随距离分布的大气湍流廓线。在结合测量原理和定性分析的基础上,经过严格的数学推导得到了差分像移激光雷达测量湍流的误差公式,提供了定量分析和改进系统性能的基础:在系统参数确定后,通过合理分配探测点间距以及每个探测点的探测时间可以达到最好的测量效果。根据模拟分析的结果,测量误差主要来源于光斑质心计算误差和有限样本引起的统计误差。近距离测量时,由于接收到的光子信号很强,光斑质心计算误差的影响很小,此时样本统计误差起主导作用;随着距离的增加,光斑质心计算误差的影响越来越大。     

时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪的全视场偏振信息探测研究

基于Savart板的新型时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪(TSMPIIS)是一种静态、小型化、高稳定性的遥感偏振探测器件, 可以用来实现对目标的光谱信息以及偏振信息的探测. 目前, 已经确立了通过旋转TSMPIIS偏振片法来实现测量的方案, 然而该方案破坏了TSMPIIS系统原有的稳定结构, 降低了仪器的测量精度和可靠性. 为克服旋转偏振片法的不足, 本文从TSMPIIS的探测原理出发, 通过分析和计算TSMPIIS的Mueller矩阵, 推导出了全视场角度的TSMPIIS旋转偏振探测法的基本公式, 论证了TSMPIIS全视场偏振信息探测的可行性和准确性, 为TSMPIIS的遥感探测以及Stokes参数的反演提供了理论依据, 进一步拓展了TSMPIIS遥感探测的优越性.     

光束质量对闪烁和流速测量的影响分析

给出了用发光二极管测量闪烁和流速光源远场理想特性的表达式.波前扭曲可以分解成波前倾斜和曲率改变两部分来处理.波前倾斜和离轴接收信号的情况相当，对测量结果影响不大.当波前曲率半径不等于到光源的距离时，对流速和闪烁强度测量都会带来不能忽略的误差，路径加权函数的对称特性也会改变.最后给出的流速测量的实验结果和理论计算是一致的.     

一种新的空谱联合探测高光谱影像目标探测算法

高光谱遥感影像不但具有高分辨率的空间信息还包含连续的光谱信息,因此在目标探测领域具有独特的应用优势。传统的高光谱遥感影像目标探测侧重于光谱信息的应用,形成了确定性算法和统计学算法。确定性算法通过计算目标光谱与待检测光谱之间的距离来查找目标,不能检测亚像素目标,而且容易受到噪声的影响;统计学目标检测计算背景统计特性,通过探测异常点来检测目标,可以检测亚像素目标和小目标,但容易受到目标尺寸的影响,不能很好的检测大目标。随着高光谱遥感影像的空间分辨率的增加,探测目标已有亚像素目标逐步转换为单像素及多像素目标,此时,在高光谱图像中,相同类别的地物在空间分布上呈现聚类特性,因此,在利用高光谱遥感影像进行目标探测时,需要将其空间信息融入算法中。将空间特征引入传统目标探测算法。提出了一种新的空谱结合的高光谱目标探测算法,将传统的基于统计的目标探测算子与空域邻域聚类算法相结合,首先利用目标探测算子将影像划分为潜在目标区域与背景区域;通过计算潜在目标区域的质心,以质心为中心进行邻域聚类,剔除潜在目标区域中的背景区域,通过迭代计算获取最终目标探测结果。传统的基于统计的目标探测算子,将整个探测区域定义为背景区域,实现对背景区域的统计特征提取,而该方法将背景区域与潜在目标区域分离,剔除了目标区域对背景区域的统计干扰。将本算子与传统的约束能量最小化算子和自适应余弦探测算子进行分析比较可知,该算子的大目标探测性能优于传统的统计算子。     

大气条件变化时的激光雷达散射截面测量方法

利用双光路探测研究了大气条件变化对外场目标激光雷达散射截面测量准确度的影响.将双光路探测应用于比对测量后,推导出了新的比对测量公式,进行了实验验证,并讨论了其适用条件.通过对漫反射板激光雷达散射截面的外场实测,结果表明:利用新的比对测量公式,不仅能有效减小测量过程中因大气条件变化带来的误差,提高测量准确度,而且计算过程较为简单;工程上易于实现.     

流动速度对核磁共振在线测量的影响及校正

流体流动的核磁共振(NMR)在线测量是一种高效、无损的探测方式,可广泛应用于管道流体输送过程、化学反应动态流程、河流流动等具有时移变化特点的过程在线检测.但是流动状态下样品流速会对NMR测量造成诸如磁化时间不充分、采集信号损失等不容忽视的影响.通过量化分析流动状态对NMR测量的影响因素,提出回波串校正方法,实现流动状态下的NMR流体测量.     

基于 LabVIEW 的烟气流速数据处理方法研究

为研究光闪烁法测量烟气流速的数据处理方法,基于LabVIEW平台开发了数据处理软件。将程序用于烟气流速的数据处理,并将滤波结果和互相关计算结果分别与O rigin的数据处理结果进行了对比。结果表明：通过设置滤波器参量,本程序可以很好的从带有复杂噪声的实验数据中提取出有效信号,由此计算出的烟气流速值在4～10 m之间,介于烟气流速的合理范围内。利用本程序还可以实现烟气流速实验数据的批处理。     

Prompt light particle emission in the 36Ar + 58Ni reaction at 95 MeV/nucleon

The prompt component at intermediate velocity of light charged particles is investigated. An improved coalescence model coupled to the intra-nuclear cascade code ISABEL is used to obtain light complex particle energy spectra and multiplicities as a function of impact parameter. The results are compared with experimental data from the ³⁶Ar + ⁵⁸Ni experiment at 95 MeV/nucleon, performed with the INDRA 4π detection system. The calculated prompt component is found to rather well reproduce proton spectra. For complex light charged particles the calculated components well populate the high energy part of spectra. Prompt emission can therefore explain the large transverse energies experimentally observed at mid-rapidity. Received: 27 July 2000 / Accepted: 20 November 2000     

Compton散射下强激光等离子体波前在固体中的传输特性

从多粒子系统量子力学理论出发，应用电子与多光子集团非弹性碰撞模型，研究了固体中形成的激光等离子体中的电子与入射光发生多光子非线性Compton散射下，散射光与入射光、电子振荡辐射波、离子的长光学横波的高频支形成的耦合等离子体波前的传输特性。结果表明，固体中激光等离子体电磁耦合声子的传播速度随磁场强度的增强、电子屏蔽作用的减弱及等离子体振荡频率的减小而变大，而散射光却使电磁耦合声子传播速度的这种增长效应降低，它随时间的增加也较缓慢地降低。     

二次谐波回旋行波管Cusp电子枪的模拟与实验研究

 利用3D PIC软件和乌克兰开发的电子光学计算软件TAU对二次谐波回旋行波管Cusp电子枪进行模拟，提取电子的3维运动速度计算横纵速度比。在阳极电压和阴极电流变化的条件下，对电子速度比和速度零散随之而变化的情况进行了模拟，得到平均速度比1.1和平均速度零散9.5%的结果。基于电子平均半径，并根据电子平均半径与横向速度、纵向速度的关系提出了一种实验测量速度比的方法。当电子轰击荧光屏玻璃时，玻璃上的荧光物质感应到光斑，测量空心光斑的平均半径可计算得到电子速度比，其结果与模拟值误差15%。     

大面积三角形探测光幕灵敏度空域分布分析

分体式探测光幕实现室内靶道弹丸初速测试时,探测光幕的灵敏度直接影响初速测量的精度。研究了线光源配接镜头式接收装置组成大面积三角形探测光幕的灵敏度分布,考虑光学镜头离轴效应和线光源随距离衰减现象,将探测光幕内不同位置处光照度等效到线光源处,假设光幕厚度均匀,弹长始终大于幕厚,弹丸遮挡探测光幕所形成的面积与当前区域光幕截面积之比等效为弹径与当前位置处光幕宽度之比。在4.8 m×2.4 m 三角形探测光幕上进行理论仿真与实弹试验验证,仿真分析与实弹试验结果一致,靠近镜头处灵敏度大,远离镜头处灵敏度小,且关键探测区域内模拟电压幅值标准差为0.05 V,均匀性符合测试要求。研究结果可为三角形探测光幕的工程设计提供参考。     

高透射率慢光速的光子晶体耦合腔波导的研究

将二维三角晶格光子晶体波导和微腔结构结合,优化设计了一种二维三角晶格光子晶体共振耦合腔波导,运用时域有限差分法(FDTD)模拟共振耦合腔波导TE偏振光的透射谱,通过透射谱得到传输光的透射率和群速度。结果表明,合适参数的二维三角晶格共振耦合腔波导在波长1.551μm处的群速度为c/130、透射率为20.1%,在波长1.502μm处的群速度为c/50、透射率为29.2%。运用平面波展开法(PWE)计算的该波导的能带结构对慢光特性进行了分析。这种慢光特性的光子晶体波导将在光存储、光延迟及光子集成等方面有潜在的应用价值。     

Propagation of transverse hypersound in solution with stratification region

The fine structure of the Rayleigh line wing depolarized spectrum in a form of a triplet caused by the light scattering by transverse hypersonic waves was detected in a critical solution with a closed stratification region at low temperatures. The propagation velocity of transverse hypersound and its absorbance were measured. The temperature dependence of the shear modulus in solution was calculated. The temperature dependence of the shear modulus was compared to temperature dependences of limiting bulk elastic moduli. The results obtained suggest that the solution structure changes in passing through the stratification region at changing temperature.     

基于双光导纤维延时法测量光速

介绍了利用光波在已知长度差的两段不同长度的光导纤维中传输时间延时差测量光速的基本原理。时钟方波信号通过LED调制电路转变为光信号在一段光导纤维中传输,后经SPD再生电路重新转变为方波再生信号,将原始方波信号与再生方波信号同时输入示波器中测量延时τ1,采用相同的方法测量另一端光导纤维传输延时τ2,通过已知的长度差和延时计算出光导纤维中的光速VZ,最终计算出光速c。     

Low group velocity in a photonic crystal coupled-cavity waveguide

A two-dimensional photonic crystal coupled-cavity waveguide is designed and optimized, the transmission spectrum is calculated by using the finite-difference time-domain method, and the group velocity of c/1856 is obtained. To our knowledge, this value of group velocity is the lowest group velocity in a photonic crystal waveguide calculated from its transmission spectrum so far. The result is confirmed by the photonic band structure calculated by using the plane wave expansion method, and it is found that the photonic crystal waveguide modes in a photonic band structure are in accordance with those in the transmission spectrum by using the finite-difference time-domain method. The mechanism of slow light in the coupled-cavity waveguide of photonic crystal is analysed.     

单光子晶体界面介质波导中的慢光效应

研究了单光子晶体界面介质波导中的慢光效应.芯层-空气层界面的全内反射效应以及光子晶体基底的禁带效应共同形成了对光场能量的横向约束.用基于超元胞的平面波展开法计算得到了导模色散曲线,并据此对其色散、群速以及群速色散性质做了详尽分析.由于利用了色散曲线慢光区域内拐点附近低群速色散的部分,该单光子晶体界面介质波导具有良好的慢光特性.对两个不同导模计算得到的平均群速分别为c/98和c/376,可用相对频带宽度分别达到2.1×10-3和4.1×10-4.另外,该慢光结构可以侧向耦合的方式克服光子晶体慢光波导耦合困难的缺点.     

光子晶体中缺陷的色散导致的群速度降低

利用传输矩阵方法计算了包含色散媒质缺陷的一维光子晶体的复透射系数，其中色散媒质用洛仑兹振子模型描述。计算了由复透射系数定义的等效复折射率并由此研究了频谱位于缺陷模频率附近的光脉冲的群速度。结果发现，由于缺陷模附近的透射谱敏感地依赖于缺陷层的光学厚度，而缺陷层的色散使缺陷层光学厚度随频率变化而改变，从而使包含缺陷的光子晶体的等效色散性质明显地依赖于缺陷的色散行为。由于光脉冲是由多种频率成分的单色场迭加构成的，透射脉冲由各单色场透射后重新迭加构成，因此波包的传播由介质的等效色散性质决定。与包含无色散缺陷的光子晶体相比，缺陷的色散可导致极慢的群速度。通过改变振子强度，群速度可从极慢光速转变为超光速(superluminal)。