自动跟踪式同步机在高速摄影中的应用

自动跟踪式同步机是一种新型的多功能计时、延时仪器。它可以μs精度测量和显示被测时间间隔,并根据测量值自动跟踪被测对象,以±0.2μs的精度输出多路延时讯号,解决各种高速摄影中的同步问题。它具有极强的抗干扰能力,可以在放电电压1mv,放电电流10kA,空间电磁场5kV/m的强电磁干扰的恶劣条件下正常工作。本文详细介绍了自动跟踪式同步机在脉冲X光摄影、可见光高速摄影、动光弹摄影中的应用及其结果。     

2 μm单纵模激光频率短期不稳定度的测量

利用光纤延时自拍法对固体激光器输出激光频率的短期不稳定度进行了测量.Tm,Ho:YLF微片激光器具有毫瓦量级的单纵模、窄线宽的输出,实验测量了光纤延时长度为500 m下,积分时间为2 ms,4 ms,40 ms,100ms的拍频信号.利用自拍频法获得了光纤延时长度为100 m,200 m,300 m,400 m,500 m,对应的时间延时长度为0.5μs,1μs,1.5μs,2μs,2.5μs下的输出激光的自拍频信号,得出单频激光器的频率不稳定度为1.48 kHz/μs,最后对激光频率小稳定度与激光线宽的关系进行了讨论.     

基于FPGA与ARM的多路时序控制系统设计与实现

介绍了基于FPGA与ARM7的多通道、多时间范围的同步时序控制系统,采用FPGA实现20路高精度的信号延时输出控制,通过ARM7的数据总线接口实现了ARM与FPGA的数据交互;重点介绍了系统的硬件电路设计、ARM与FPGA总线的设计和FPGA内部程序模块的设计;各通道的输出信号类型与延时时间等参数均可以通过人机接口现场配置,也可以通过上位机软件来配置;该设计可以保证各通道信号通过外触发信号为基准来进行延时输出,系统的延时时间精度小于2μs;ARM7处理器芯片采用PHILIPS公司的LPC2214,FPGA采用Altera公司Cyclone系列的EP1C12Q240;采用硬件描述语言Verilog HDL来设计延时模块,延时精度达到1μs;该系统在靶场测试中验证了其正确性和有效性。     

延时法测量条纹相机μs档扫描非线性

为实现μs档条纹相机扫描非线性标定,建立了基于延时可调信号源和外触发激光器的条纹相机μs档扫描非线性标定系统,弥补了标准具法的不足。系统通过延时值的递增,得到条纹相机扫描速度在全扫程的变化。系统中时间关系抖动来源主要是测试设备延时抖动和条纹相机触发延时抖动。时间抖动测试与分析显示,条纹相机延时抖动±0.6ns,测试设备延时抖动±0.3ns,系统总时间抖动±0.7ns。系统时间抖动会造成最终时间轴信息的起伏。大量数值模拟分析表明,时间轴起伏对系统时间抖动的影响±2ns,在可以接受的范围内。因此,该系统能够胜任条纹相机μs扫程时间信息的测量标定。     

300mm×300mm口径电光开关等离子体电极实验研究

 设计并实验了300mm×300mm口径的辉光放电室，利用钮扣阴极和自动预电离条形阴极进行实验，获得了大面积均匀的辉光放电。测量了不同状态下辉光放电的放电延时及等离子电阻。得到了产生大面积均匀辉光放电的最佳条件。     

300nm×300mm口径电光开关等离子体电极实验研究

设计并实验了３００ｍｍ×３００ｍｍ口径的辉光放电室，利用钮扣阴极和自动预电离条形阴极进行实验，获得了大面积均匀的辉光放电。测量了不同状态下辉光放电的放电延时及等离子电阻。得到了产生大面积均匀辉光放电的最佳条件。     

频域反射法光纤延时精密测量

本文提出了一种应用于光纤延时系统中实现光纤延时精密测量的新方法,用以提高光纤延时测量的精度和准确性.该方法以1064 nm激光调制信号作为光源,通过测量回波信号的幅值和相位信息得到被测通道的频率响应,采用快速傅里叶逆变换得到被测目标的延时信息,实现光纤延时测量.本文通过理论分析和延时测量实验对频域反射法与传统的时域测量方法进行对比,使用频域反射法在调制频率范围10—200 MHz,采样频率间隔0.5 MHz的实验条件下,实现了3.3 ps延时测量分辨率,并证明了该方法具有比时域方法更高的测量精度,测量结果的准确性更好.     

小型空心阴极等离子体电子枪实验

基于空心阴极效应和低压辉光放电原理,设计了一种小型空心阴极等离子体电子枪并进行了实验研究,在低气压下获得了稳定的空心阴极辉光放电,测量电子枪放电结果表明:在空心阴极中加入灯丝热子可明显降低放电气压;电子束电流的大小随放电电压增大而增大,受气体气压影响较小;在气压2Pa,放电电压10kV,脉宽4μs脉冲下放电,可得到脉宽为2μs,电流为600mA的电子束。     

毛细管放电软X光激光预-主脉冲延时电路

 以预-主脉冲方式工作的激励软X光激光毛细管放电装置，其预-主脉冲先后触发时间间隔的控制，直接影响了泵浦能量转换为X射线激光能量的效率。运用光电耦合及脉冲变压器隔离等技术，将集成芯片构成的延时电路用于快速高压放电装置中。实验结果表明，预-主脉冲协调工作，延时触发2～50μs，为产生软X光激光提供了条件。     

用于激光打靶装置中的新型同步系统的研究

一种用于多路激光打靶装置中的新型智能化数字同步机已经研制成功,它将模拟延时电路和数字延时电路巧妙结合在一起,使得最大延时范围达到1s,触发晃动小于1ns,步进精度5ps.     

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25ns,延时、脉宽及周期调节范围为1μs~2s,周期抖动的标准偏差为70ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。     

μs振荡脉冲电源激励下同轴电极介质阻挡放电特性

 采用μs振荡脉冲电源激励同轴电极结构产生空气中介质阻挡放电(DBD),通过电压-电流波形的测量及发光图像拍摄研究了放电特性,计算得到了放电功率及传输电荷量等重要放电参量,研究了电压幅值、气隙距离对放电特性及放电参量的影响,在分析放电机理的基础上对实验结果进行了解释。结果表明:μs振荡脉冲电源激励下,DBD平均放电功率可达上百W,传输电荷量可达几千nC;增大电压幅值和减小放电气隙距离能获得更剧烈的放电,平均放电功率和传输电荷量均增加。     

水中针-板结构小能量脉冲火花放电特性北大核心CSCD

开展了J量级系统储能下电脉冲参数对水中火花放电特性影响研究。驱动源采用参数可调的固态重频纳秒脉冲电源,放电负载为水中针-板结构(间距1 mm),在低重频条件(约5 Hz)下进行实验。通过调节放电参数、拍摄高速阴影图像、光谱诊断以及声信号测量,研究水中脉冲放电的物理特性,得到不同放电参数下放电演化规律及其对声学、光谱特性影响。实验发现:在J量级储能下,放电通道连通两极后,回路电流在几百ns内快速上升至10 A左右,随后缓慢下降,持续50~60μs。发现预设脉宽对放电影响较大,短脉宽条件下放电会被电源固态开关强制截断出现反向放电,而长脉宽条件下放电通道在后期变得不稳定甚至熄弧中断,出现气泡中二次放电现象。辐射光谱揭示了更多等离子体信息,推断通道电子密度在1018 cm-3量级,随着脉宽增加,特征谱线强度增加,表明活性粒子数密度增加,但粒子种类不变。短脉冲(<150μs)作用下产生的脉冲声波的特征宽度在110~150μs,而当脉宽继续增大,声波脉宽并不继续增加而是保持不变,保持在150μs左右。研究结果对水中小能量火花放电的机理研究有一定参考价值,为水声学、液相等离子体等领域的应用提供思路。     

微秒脉冲大气压氦气等离子体射流阵列特性

为了深入研究等离子射流阵列的放电特性,利用上升沿1μs、脉宽2μs的微秒脉冲电源产生等离子体射流,通过电压电流波形的测量和发光图像的拍摄,研究了在针-环双电极结构下,不同电极位置以及不同重复脉冲频率下氦气等离子体射流阵列的放电特性。实验结果表明放电最初产生在阵列的两端,随着外加电压幅值的增加,中心管也会有射流产生,最终形成射流阵列。随地电极距管口距离的变远,放电电流和中心管的射流长度均呈现出先增大后减小的变化趋势(20mm处取得最大值),随着重复脉冲频率的增大,放电由不均匀的丝状放电向均匀放电转变,放电电流先减小而后保持不变。     

EtherCAT过程数据传输的实现与时延分析

针对基于PC机的工业以太网控制系统成本较高,且Linux、Windows等非实时操作系统的响应实时性不佳的问题,设计了基于μc/os II的嵌入式EtherCAT工业以太网控制系统;首先,阐述了EtherCAT技术的基本原理,然后在设计好主站系统基本框架的基础上,给出了一个短延时的过程数据收发模型并对其进行时延分析;最后,在硬件系统上测量了过程数据的传输延时,以及各个过程对总体延时的影响;实验结果表明,系统在传输10个字节过程数据量的情况下传输延时约为154 μs,该传输速率可以满足大部分的工业实时监控要求。     

氩气介质阻挡放电的发光特性

本文使用水电极介质阻挡放电装置,采用光学方法测量了氩气介质阻挡放电的发光特性。发现在驱动电压处于一定的范围内时,放电处于丝极模式,在驱动电压的每半周期内,无论是放电的总光还是单个微通道的放电发光均只有一次脉冲,单个微放电的时间为2μs,而总放电时间为2.4μs,这表明在氩气的丝极模式中,各单丝产生与熄灭的时间极其接近,各个放电丝之间有着很好的时间相关性。最后将本文的结果与空气中介质阻挡放电丝极模式的发光特性相比较,空气放电在每半周内的总光信号由多个脉冲组成,而每一个脉冲对应多个放电丝,因而氩气中各个放电微通道之间的时间相关性远强于空气的情况。     

铷原子横向弛豫时间的测量方法比较研究

为测量短暂的碱金属原子横向弛豫时间,分析了改进了的自由感应衰减法、磁共振展宽拟合法以及旋转坐标系下的横向磁矩分量比值拟合法三种测量方法。并设计了实验装置,用这三种方法对10μs量级的铷原子横向弛豫时间进行了测量。测量结果表明,这三种方法的精度皆可达1μs量级。通过对这三种方法的测量环境分析,改进了的自由感应衰减法和比值拟合法的测量值可以直接作为一般的原子磁力仪的参数使用,展宽拟合法可以用于研究无光条件下的碱金属原子弛豫机制。     

激励软X光激光的毛细管预-主脉冲放电装置

 介绍了主脉冲和预脉冲的产生电路、预-主脉冲延时触发的方案以及对预-主脉冲的联调结果。毛细管放电X光激光装置经改造后，抑制了原有电流幅值过大的预脉冲，外加预脉冲发生器可以提供幅值几十A的预脉冲。预 主脉冲的联调结果表明，预脉冲的电流为20A，主脉冲的第一个峰的峰值电流为40.1kA，前沿为26.6ns，脉宽38ns，预-主脉冲之间的触发延时在3～50μs之间可调。     

线阵图像采集系统外触发延时时间的确定

针对高速线阵相机实际应用中的可靠触发问题,提出了一种高速线阵图像采集系统外触发延时时间的测试方法,提供有效触发设置参数,可靠捕获动态目标.采用双区截光幕准确获得飞行目标速度,其中第二个光幕同时提供图像采集外触发信号,依据区截装置参数及目标速度计算出采集系统接收到触发信号时刻;对序列线阵图像分析,以获得实际图像开始采集时刻,进而得到线阵图像采集系统外触发延时时间.对行频64 000的具体型号采集系统外触发延时时间进行了实际测试,测试结果与分析表明,该系统图像采集存在延时,平均延时时间为152μs,方差为3.3μs,延时测试精度小于1个行周期.分析了引入延时测试误差的因素及作用原理,通过10 000lps和50 000lps两种行频的线阵相机延时测试系统误差分析实例,给出了测试系统参数的一般确定方法.     

三坐标激光非接触测量技术在武器系统测量领域的应用

为实现某武器系统核心部件的自动精确测量,依据通用三坐标测量系统设计原理,研制了一套激光扫描自动测量系统。本文首先介绍了测量系统的组成;然后从激光测量头测量原理、电路原理和气路原理等三方面介绍了系统的工作原理;通过建立理想测量模型和实际测量模型,给出了测量坐标系与用户坐标系的转换关系及利用标准件进行系统参数标定的方法;最后,通过建立准刚体误差数学模型,对系统误差进行了分析、计算。测量结果表明,该系统单点测量精度优于7μm,球面度测量精度优于22μm。