纳秒电磁脉冲测量用D-dot探头设计及实验

为测量高空核爆炸电磁脉冲(HEMP)模拟器中脉冲电场波形(峰值电场大于50kV/m、上升时间小于2.3ns),设计了一种新型圆锥形D-dot探测器。介绍了D-dot探头的工作原理,分析了探头与传输电缆的阻抗匹配条件,确定了探头的结构、尺寸等参数。D-dot探头测量脉冲电场的一阶微分信号,通过积分器积分和数字积分两种积分方式获得脉冲电场信号。测量电磁脉冲实验结果表明,积分器积分和数字积分两种积分方式都能恢复脉冲电场波形,其中数字积分效果更好;与有源光纤电场测量系统实验测量结果相比,该Ddot探测器更适合测量纳秒级快前沿的电磁脉冲波形,满足测量快前沿HEMP信号的设计要求。     

基于原始波形测量的脉冲电场探测器

介绍了脉冲电场微分测量和原始波形测量的基本原理,设计研制了一系列不同灵敏度的脉冲电场原始波形测量系统,分析了脉冲电场探测器的理论修正模型。该测量系统主要包括天线模块、积分器模块、放大和驱动模块以及光电传输模块,利用同轴型TEM小室对测量系统进行了时域标定。结果表明:测量系统的前沿响应时间小于1.0 ns,系统输出脉冲平顶在10.0μs内下降不超过5%,测量系统输出幅度与电场强度在20 dB的动态范围内呈线性关系,该系列探测器可以用来测量最小10 V/m、最大100 kV/m的电场强度,满足高空电磁脉冲标准环境的测量要求。     

探测器像素尺寸对PMP测量精度的影响研究

以阶跃型反射率分布为例，分析了像素尺寸对相位测量轮廓术（PMP）测量精度的影响情况。仿真结果表明相位测量误差大小随感光单元覆盖的相位范围增加而增加，即采用高分辨率探测器可以得到高的测量精度；相位测量误差大小与阶跃在感光单元上的位置有关，存在导致最大误差的位置，并且该位置与阶跃相对幅值有关；相位测量误差大小随阶跃相对幅值增大而增大，偏向反射率高的方向。研究结果为PMP测量系统设计中图像探测器选择、测量精度评价提供了依据。     

基于LED光谱可调谐光源的光电探测器相对光谱响应测量研究

提出了采用LED光谱可调谐光源测量光电探测器相对光谱响应,详细论述了测量原理和算法,计算中将辐射传输积分方程改写成求和方程,求和值与积分值的近似程度与波长间隔大小的选择有关,仿真分析了不同色温黑体作为探测目标时硅光电探测器和CCD在不同波长间隔下的信号求和值与积分值差异。仿真结果表明：10 nm波长间隔时,探测器信号求和值和积分值差异在0.2%以内,是波长间隔的理想值。最后分析了影响该方法测量精度的因素及其解决方案。该测量方法结构简单,避免了单色仪等仪器的测量传递误差。     

激光全散射法测量燃煤颗粒物浓度的实验研究

本研究在激光全散射法颗粒物浓度检测系统上进行了不同性质、浓度燃煤飞灰颗粒的质量浓度测量实验。结果显示,联合全散射法颗粒物浓度检测系统和反演计算方法能良好的测算标准颗粒的质量浓度,误差约为7%。对于燃煤飞灰颗粒,测算结果能反映气流中颗粒浓度的变化,然而测算值高于真实值约19.3%~27.2%。并且,对除尘器前级电场飞灰的测算偏差大于第四电场飞灰。进一步的理论计算结果表明,随颗粒粒径增大,散射光分布逐步向前向(即0°方向)集中,导致光电探测器在收集透射光的同时收集部分前向散射光,使得反演计算值大于真实值。而前级电场飞灰中含有更多的大粒径、非球形颗粒且粒径分布范围更宽,偏离了反演算法的假定条件,导致对测算偏差增大。     

光斑强度对光电位敏探测器测量准确度的影响

根据位敏探测器的理想定位模型及其信号处理方式,建立了位敏探测器位移测量误差的数学模型,以获得高准确度的位移测量.所建模型显示系统的测量误差随光斑强度增大而减小,随电噪音增大而增大.为了验证理论模型的正确性,以单颗红外发光二级管作为靶标光源,用枕型位敏探测器及其测试电路板在暗室中搭建了实验系统,分别在9组不同光斑强度下对21个位置点进行位移测量实验,相邻两位置点的间距为0.3mm.使用MATLAB的CFTOOL工具对每组测得位移值进行拟合,以均方根误差作为准确度的评价指标,结果表明:位移实验的准确度值与模型计算的准确度值基本符合,准确度随光斑强度变化的趋势完全一致.     

位相差值法测量大气湍流格林伍德频率

为了利用位相差值法实现大气湍流格林伍德频率的准确测量, 研究了位相差值法的有效性、哈特曼探测器采样点数和采样频率的选取方法。首先给出了位相差值法的基本原理和测量噪声去除方法, 然后分析了哈特曼探测器采样点数和格林伍德频率的统计平均次数对测量精度的影响, 结果显示, 当采样点数大于400、统计平均次数大于400时, 可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。研究了测量噪声的影响, 结果表明:去除噪声后, 测量值的偏离误差从30%降低到0.6%。研究了算法的重复性精度, 得到测量值偏离量的RMS值为1.9 Hz, 占理论值的3%, 说明测量方法非常稳定。依据上述结果, 对8~108 Hz的湍流进行测量和分析, 结果显示, 当不考虑空气扰动时, 测量值与理论值基本一致。最后, 研究了哈特曼探测器采样频率和格林伍德频率之间的关系:哈特曼探测器的采样频率越高, 能够准确测量的格林伍德频率也越高, 并得到了定量的经验公式。上述结果表明, 在满足采样点数、采样频率以及统计平均次数等条件下, 位相差值法可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。该研究工作为大气湍流的格林伍德频率测量提供了应用依据。     

光纤布拉格光栅传感器应变传递双向耦合分析

粘贴于受弯基体表面的光纤布拉格光栅传感器测量应变与基体真实应变之间存在误差,因此研究光纤布拉格光栅传感器的变形机理、分析测量应变与真实应变之间的关系是目前的研究热点.首先研究光纤布拉格光栅传感器与基体之间的相互作用机理,然后,利用有限元解、实验值和理论解进行对比验证,并分析产生误差的原因.最后,通过参数分析研究弹性模量、厚度、粘结长度等参数对光纤布拉格光栅传感器测量效果的影响.结果表明有限元解、实验值和理论解具有相同的变化趋势,有限元解与理论解的误差在2%以内,测量值与理论解的误差在7%以内.平均应变传递率随着基体弹性模量的增大、粘结长度的增长而逐渐增大,随粘结层弹性模量的减小、粘结层厚度的增大而逐渐减小.该理论对应用于受弯基体应变测量的光纤布拉格光栅传感器的设计具有一定的指导意义.     

日盲型光电管探测系统响应非线性间接法标校

基于间接法对一种日盲型光电管探测系统进行了非线性测量,将线性度已知的硅光电二极管探测器作为参考标准,以外置氙灯光源积分球作为线性定标辐射源,通过大动态范围电动光阑来调节辐射输出,将待测探测器与参考探测器在同一条件下进行同步测量,以消除光源波动的影响。实验结果表明,该日盲型光电管探测系统的线性误差最大可达5.2%,有必要通过非线性修正因子对测量值进行修正,其数值范围为0.948～1.006。分析了系统合成测量不确定度,在光电管响应光电流为2.97×10^-10～6.61×10^-8A范围内,扩展不确定度为3.59%(k=2)。     

超宽带电磁脉冲辐射场测量技术研究

 介绍了一种用于空间自由电磁脉冲测量的探测器,该探测器为阻抗渐变型TEM喇叭结构。重点介绍了探测器灵敏度的测量方法,测试结果表明,在80MHz~2.2GHz范围内,探测器灵敏度的频响起伏小于20%,相位随频率线性变化,标定误差小于12%。     

屏蔽复合材料设备舱电磁脉冲屏蔽效能

利用镀镍碳纤维为基础材料,制作了镀镍碳纤维复合材料蒙皮,并辅以玻璃纤维复合材料蒙皮和聚氨酯泡沫以及其他配件制作了全复合材料轻质设备舱。研究了其在核电磁脉冲(HEMP)、间接雷击电磁脉冲(LEMP)下的防护性能。结果表明,基于镀镍碳纤维复合材料的轻质设备舱在上升时间2.8ns、半脉宽24ns脉冲波形下,HEMP屏蔽性能达到50.1dB;在上升时间3.2μs、半脉宽40.3μs脉冲波形下,LEMP屏蔽性能达到57.2dB。     

弹光调制型成像光谱偏振仪中的高精度偏振信息探测研究

提出了一种基于三弹光调制器的差频偏振调制方法, 并结合声光可调谐滤波技术构成了新型弹光调制型成像光谱偏振探测仪(photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter, PEM-ISP). 介绍了PEM-ISP及三弹光差频偏振调制方法的基本工作原理, 并从PEM-ISP的探测原理出发, 通过分析和计算PEM-ISP的Mueller矩阵, 推导出了相应的偏振测量公式; 通过仿真及实验验证了三弹光差频偏振调制方法的可行性和准确性; 最后分析了探测积分步长、采样间隔的选取对偏振测量的影响, 对入射视场角、相位延迟幅值等因素所带来的测量误差进行了初步分析. 结果表明, 1%的相位延迟量误差带来的线偏振度DoLP误差 <0.6%. 本研究为新型PEM-ISP的遥感探测以及Stokes参量的反演的进一步工程化实现提供了必要的理论依据. 关键词： 偏振调制 三弹光调制器 差频 成像光谱偏振仪     

Destruction of Spiral Wave Using External Electric Field Modulated by Logistic Map

Evolution of spiral wave generated from the excitable media within the Barkley model is investigated. The external gradient electric field modulated by the logistic map is imposed on the media （along x- and y-axis）. Drift and break up of spiral wave are observed when the amplitude of the electric field is modulated by the chaotic signal from the logistic map, and the whole system could become homogeneous finally and the relevant results are compared when the gradient electric field is modulated by the Lorenz or Rossler chaotic signal.     

亚毫米波大功率脉冲探测器的初步研制

初步研制了一种用于300~400GHz频段的亚毫米波大功率脉冲探测器。基于强电场下的热电子效应,将n型硅探测芯片置入波导WR10的宽边,构成了探测器的过模探测模块。采用光刻和电镀工艺完成了探测芯片的加工,实现了很好的欧姆接触和尺寸精度。对集成的探测器样机进行了亚毫米波大功率脉冲测试和电压驻波比测量。结果表明:探测器样机的响应时间快达ps量级,相对灵敏度约为0.46kW-1,电压驻波比小于2.4,最大承受功率不小于数十W,与模拟结果符合得较好,满足亚毫米波大功率脉冲的直接探测需求。     

Evaluation and preliminary measurement of the interaction of a dynamical gravitational near field with a cryogenic gravitational wave antenna

We present a detailed analysis of the effect of the gravitational field generated by a small rotating quadrupole on a graviational wave antenna and we report on the preliminary measurement of this effect on the Explorer 2270 kg cryogenic gravitational wave antenna of the Rome group. The induced signal had an amplitude twenty times larger than the detector noise when the antenna was equipped with an FET amplifier and was easily detected without requiring integration in time. We remark that with this method we were able to make an absolute calibration of a gravitational wave antenna.     

A Model for Periodic Nonlinear Electric Field Structures in Space Plasmas

In this study, we present a physical model to explain the generation mechanism of nonlinear periodic waves with a large amplitude electric field structures propagating obliquely and exactly parallel to the magnetic field. The ``Sagdeev potential' fromthe MHD equations is derived and the nonlinear electric field waveforms are obtained when the Mach number, direction of propagation, and the initial electric field satisfy certain plasma conditions. For the parallel propagation, the amplitude of theelectric field waves with ion-acoustic mode increases with the increase of initial electric field and Mach number but its frequency decreases with the increase of Mach number. The amplitude and frequency of the electric field waves with ion-cyclotron mode decrease with the increase of Mach number and become less spiky, andits amplitude increases with the increase of initial electric field. For the oblique propagation, only periodic electric field wave with an ion-cyclotron mode obtained, its amplitude and frequency increase with the increase of Mach number and become spiky. From our model the electric field structures show periodic, spiky, and saw-tooth behaviours corresponding to different plasma conditions.     

超声波电源中数字鉴相器设计

超声波电源系统中电压电流相位差测量精度影响着换能器振幅稳定性以及系统工作效率。目前基于异或门原理,采用分立数字芯片实现鉴相的方案,存在信号调理电路复杂、线性范围小、精度低等问题。为提高电压电流鉴相精度,该文提出了一种数字鉴相器设计。该数字鉴相器采用正交解调原理鉴相,并使用坐标旋转数字算法在FPGA上实现了鉴相器的设计,简化了电路,减少了杂散信号的干扰。经过Modelsim仿真测试表明在30 dB信噪比条件下鉴相误差为0.21°,最后经过实验测试,数字鉴相器鉴相最大误差绝对值为0.256°,提高了测量精度。     

驻波加速管中的电子反轰现象

在以半腔为首腔的边耦合驻波加速管中观察到了电子反轰现象,由于电子反轰的结果,导致电于枪发射电流非正常增长。本文从纵向运动方程出发,用相轨道方法分析了驻波加速管中的电子反轰运动,并计算了不同电场分布、不同电场幅值及不同注入电压对电子反轰的影响。     

车载单极天线的电磁脉冲响应特性

针对车载系统中使用广泛的短波/超短波单极天线,利用CST仿真分析了高空核电磁脉冲对单极天线的耦合响应特性。计算了天线端接的50 Ω负载对电磁脉冲的时频域感应电压信号,研究了电压信号随不同的脉冲入射角、不同车顶面积以及天线不同位置的变化规律。仿真结果表明:馈电点响应电压峰值随着入射脉冲电场矢量与水平夹角的增大而增大,随着车顶对入射脉冲的有效反射面积增大而增大。仿真结果对车辆天线布局方案的定制及天线系统电磁脉冲防护器件的选择具有重要的指导意义。