低轨道轻质星载一体化空间光学遥感器的热设计

根据空间光学遥感器的轨道特点和任务需求,通过仿真分析对其进行了热设计。考虑近地空间环境的特殊性,选择防原子氧布作为多层隔热材料的面膜。为减小遥感器框架上安装的星上设备对遥感器温度的影响,设计了大热阻安装结构并使用了聚酰亚胺隔热垫。根据离轴三反光学遥感器及星载一体化卫星的结构特点,划分了主动加热区域,分配了加热功耗。由于遥感器对地观测频率低、工作功耗小、工作时间短,CCD焦面组件不设置散热面。根据遥感器的轨道参数和姿态,确定了3个典型工况并对其进行了仿真分析和热平衡试验。结果显示,遥感器本体温度为（18±4）℃、光学元件温度为（18±2）℃、CCD温度≤30℃,得到的仿真分析结果和试验数据验证了遥感器热设计的有效性。     

某空间光学遥感器的热分析和热设计

对某空间光学遥感器进行了热分析和热设计。分析其外热流,并根据其工作模式与热控要求,遵循"被动热控为主,主动热控为辅"的热控制策略,阐述了空间光学遥感器的热设计方法。通过热分析软件进行了计算机仿真,验证了热设计的正确性,其研究方法及结果对各类空间光学遥感器的热分析和热设计有一定的指导和借鉴作用。     

低轨道低能量空间光学遥感器热设计

为了保证空间光学遥感器所需温度条件,以被动热控为主、主动热控为辅的原则对其进行了热设计.分析了其轨道环境特点,计算了遥感器轨道寿命内原子氧通量,选择了一种玻纤增强聚四氟乙烯复合膜(β布)作为多层隔热组件面膜.根据其工作模式和外热流特点,确定了三个极端工况,以对日低温工况热设计为主要对象.热试验结果表明:热设计满足遥感器...     

空间光学遥感器热设计

为了保证空间光学遥感器所需温度条件,本着被动热控为主、主动热控为辅的原则对其进行了热设计.首先,分析了遥感器在轨工作模式,建立了遥感器外热流计算模型,根据遥感器各面外热流变化,确定了3个极端工况.然后,以对日低温工况热设计为主对遥感器进行了热设计.最后,对热设计进行了热仿真分析和热试验验证.结果表明:镜组温度水平可控制...     

空间光学遥感器大功率控制电箱的热设计

根据空间应用电子设备的热控要求,对空间光学遥感器的控制电箱进行了热控设计。首先,总结了空间电子设备的热设计原则。针对空间光学遥感器控制电箱介绍了相应的热设计流程,对典型的大功率器件进行了温差推算,并说明了电箱的各电路板和大功率元器件的热设计方案。最后,通过热分析和热试验手段对热控电箱的热控方案进行了验证。试验结果表明：控制电箱的整机稳态工况热平衡温度小于30℃,各元器件的最高壳温在54.2℃以内。结果验证了该设计方案完全满足设计指标要求。     

高速TDI CCD空间相机焦平面设计与实验

时间延迟积分(TDI)CCD焦平面组件是空间相机的重要组成部分,主要完成光电转换,输出模拟CCD视频信号,是影响相机成像质量高低的关键部件之一。现有TDI CCD的像素数量有限,不能满足大视场、宽覆盖的要求,需要对CCD进行拼接。从结构和热控两方面入手针对空间相机高速TDI CCD焦平面组件开展了设计工作,分析了影响拼接精度的因素,针对相机恶劣的发射条件和苛刻的在轨工作温度,设计了特殊的拼接结构来保证TDI CCD拼接精度。开展了动力学环境实验和热真空环境实验来验证拼接结构的可靠性,结果表明:焦平面组件完全能够克服相机力学环境,保证TDI CCD的拼接精度;在热真空实验中,TDI CCD器件在1.5min工作时间内最高温度为30℃,CCD能够正常工作。动力学环境实验和热真空实验后对TDI CCD的拼接精度进行了检测,得到TDI CCD拼接的直线性精度3.5μm,搭接精度4μm,两行TDI CCD平行精度3.5μm,4片TDI CCD共面精度5μm,拼接精度完全满足光学设计要求。外场成像实验得到的清晰图像进一步验证了焦平面组件设计的合理性和可行性,实现了TDI CCD的高精度拼接。     

空间光学遥感器热设计中的计算机数值模拟

介绍了某空间光学遥感器所处的空间热环境 ,分析了热环境的变化对光学遥感器尺寸稳定性以及对成像质量的影响。根据以遥感器为中心而建立的热平衡方程 ,利用有限元分析软件进行光学遥感器热设计的计算机数值模拟计算。分析结果表明 ,所提出的热设计方法大大改善了遥感器的温度场分布 ,能够满足光学设计所提出的要求     

推扫式航空遥感器像面调焦机构设计

为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm,满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。     

空间光学遥感器控制器机电热一体化设计

根据空间电子设备机电热一体化设计思想,设计了高分辨率空间光学遥感器的控制器,以验证一体化设计的优势和效果。概括了空间电子设备的一体化设计流程。针对空间光学遥感器控制器的研制提出了相应的一体化设计原则。说明了控制器的各电路板和大功率元器件的设计方案。通过热、力学仿真分析和试验手段对设计方案进行了验证。结果表明:控制器元器件的最高壳温在51℃以内,整机的前三阶模态均高于100Hz。设计方案完全满足热控、刚度等设计指标要求。     

空间相机热光学分析与试验验证

为了对空间高分辨率相机热设计提出准确的技术要求,基于光学波像差的基本理论,对某高分辨率空间相机的温度场进行热光学分析.在此基础上确定了热控指标,并在真空罐中进行热真空成像试验,验证了热光学分析的正确性和热控指标的合理性.结果表明:最佳焦面位置与相机温度水平的关系近似成线性关系,最佳焦面位置变化量约0.08～0.1 mm·℃-1|当温度水平在(20±1 )℃之间变化时,像面处在系统焦深范围内,系统传递函数变化量在0.02左右|当径向温差和轴向温差会大于2 ℃引起最佳焦面位置发生移动,若不调焦,传函会明显下降.     

A line‐scan hyperspectral Raman system for spatially offset Raman spectroscopy

Spatially offset Raman spectroscopy (SORS) is a technique that can obtain subsurface layered information by collecting Raman spectra from a series of surface positions laterally offset from the excitation laser. Currently optical fiber probes are used as major tools in SORS measurement, which are either slow (single fiber probe with mechanical movement) or restricted in selecting offset range and interval (fiber probe array). This study proposes a new method to conduct SORS measurement based on a newly developed line‐scan hyperspectral Raman imaging system. A 785‐nm point laser was used as an excitation source. A detection module consisting of an imaging spectrograph and a charge‐coupled device camera was used to acquire line‐shape SORS data in a spectral region of −592 to 3015 cm⁻¹. Using a single scan, the system allowed simultaneous collection of a series of Raman spectra in a broad offset range (e.g. 0–36 mm in two sides of the incident laser) with a narrow interval (e.g. 0.07 mm). Four layered samples were created by placing butter slices with thicknesses of 1, 4, 7, and 10 mm on top of melamine powder, providing different individual Raman characteristics to test the line‐scan SORS technique. Self‐modeling mixture analysis (SMA) was used to analyze the SORS data. Raman spectra from butter and melamine were successfully retrieved for all four butter‐on‐melamine samples using the SMA method. The line‐scan SORS measurement technique provides a flexible and efficient method for subsurface evaluation, which has potential to be used for food safety and quality inspection. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Triply resonant Raman scattering in perovskite semiconductor CsSnI3

We report on the first‐order and second‐order Raman scattering (SORS) by longitudinal optical (LO) phonons in perovskite semiconductor CsSnI₃. The intensity of SORS is stronger than that of the first order. The spectral line shape of SORS is asymmetric and much broader than that of the first order. It is identified that the strong SORS intensity is attributable to the triply enhanced resonant process, which is naturally implemented through the peculiar band structure of this semiconductor compound having two adjacent parallel conduction bands with a separation close to the energy of two LO phonons. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于逆向空间偏移拉曼光谱分析技术的无损药物检测方法研究

发展新型药物检测技术不仅能够杜绝假药对健康和生命的危害,更可以避免假药对社会道德和商业风气等产生不良影响。该研究工作,通过建立逆向空间偏移拉曼光谱（SORS）实验装置,克服了传统拉曼探测深度有限（约几百微米）的应用瓶颈,以无损、非接触的方式,克服不/半透明容器光学背景对光谱测量结果产生的影响,实现多种空间偏移量（Δs）条件下,样品特征光谱信息检测与分析,为开发基于逆向SORS技术的新型药物检测方法奠定实验基础。实验装置搭建过程中,采用785 nm半导体激光器与WITec UHTS300型拉曼光谱仪构建逆向SORS光谱分析装置。通过使用准直光束照射锥透镜形成环形激发光斑,并控制锥透镜与样品之间的距离,实现Δs连续可控变化。利用所搭建的光谱检测装置,分别测量聚乙烯方瓶（厚度为1.5 mm）和聚四氟乙烯离心管（厚度为4 mm）内对乙酰氨基酚和甲硝唑的拉曼特征光谱。利用环形光束照射会抑制容器峰强度这一特点,选取容器拉曼特征峰作为标准峰,分别对点光斑（Spot）和环形（Ring）光斑测量结果进行归一化处理,并将其强度相减（Ring-Spot）,得到逆向SORS光谱测量结果。实验结果表明,逆向SORS光谱检测方法能够克服表层容器光学背景对测量结果产生的干扰性因素,真实反映不/半透明容器内样品的分子指纹光谱信息。在实验测量范围内,当环形光束半径增大1倍时,聚乙烯方瓶内对乙酰氨基酚拉曼特征峰强度增大6倍,而聚四氟乙烯离心管内的甲硝唑各特征峰强度增强1倍。以上实验结果表明,逆向SORS技术能够准确检测不/半透明容器内,或有漫散射介质覆盖的样品深层化学成分的指纹光谱。通过提高系统信噪比并优化系统结构与功能,在建立小型化、集成化检测系统的条件下,逆向SORS技术可与现有的多种药物检测技术相互补充,发展成一种快捷、准确、操作简便的新型药物检测手段。     

Towards the in vivo prediction of fragility fractures with Raman spectroscopy

Fragility fractures, those fractures which result from low level trauma, have a large and growing socio‐economic cost in countries with aging populations. Bone‐density‐based assessment techniques are vital for identifying populations that are at higher risk of fracture, but do not have high sensitivity when it comes to identifying individuals who will go on to have their first fragility fracture. We are developing Spatially Offset Raman Spectroscopy (SORS) as a tool for retrieving chemical information from bone non‐invasively in vivo. Unlike X‐ray‐based techniques SORS can retrieve chemical information from both the mineral and protein phases of the bone. This may enable better discrimination between those who will or will not go on to have a fragility fracture because both phases contribute to bone's mechanical properties. In this study we analyse excised bone with Raman spectroscopy and multivariate analysis, and then attempt to look for similar Raman signals in vivo using SORS. We show in the excised work that on average, bone fragments from the necks of fractured femora are more mineralised (by 5–10%) than (cadaveric) non‐fractured controls, but the mineralisation distributions of the two cohorts are largely overlapped. In our in vivo measurements, we observe similar, but as yet statistically underpowered, differences. After the SORS data (the first SORS measurements reported of healthy and diseased human cohorts), we identify methodological developments which will be used to improve the statistical significance of future experiments and may eventually lead to more sensitive prediction of fragility fractures. © 2015 The Authors. Journal of Raman Spectroscopy Published by John Wiley & Sons, Ltd.     

基于逆向空间偏移拉曼光谱技术的多层混浊样品深层分析研究

空间偏移拉曼光谱（SORS）能够准确、快速、无损检测多层混浊介质样品深层生化构成信息。该研究通过搭建集成化逆向SORS光谱分析装置,在实现逆向SORS和背散射式拉曼光谱两种不同的光谱检测模式的基础上,检测与分析了不同空间偏移量（Δs）条件下双/三层组织模型内的深层拉曼光谱信息,并根据几何光学理论和投影测量原理,量化标定了Δs与锥透镜空间位置之间的关系,这为精确控制光谱检测条件提供了保障。为了验证该装置的检测能力,采用由羊肩胛骨/对乙酰氨基酚组成的双层模型和猪皮/硅橡胶/对乙酰氨基酚组成的三层模型,获得不同Δs条件下包含样品表层和深层信息的混合光谱。并进一步对该混合光谱进行面积归一化处理,观察到随着Δs的增大样品表层的拉曼贡献逐渐减小,而第二层以及第三层的拉曼贡献逐渐增大的现象。在此基础上,通过选择模型中每层物质的拉曼特征峰计算其相对拉曼强度,分析研究了相对拉曼强度、空间偏移量与样品厚度三者之间关系,即当Δs增大时相对拉曼强度比值随之增加,这清晰地表明深层物质的拉曼强度增加。然而,在同一Δs条件下,相对拉曼强度随着表层物质厚度的增大而减小。以上实验结果表明,我们搭建的集成化逆向SORS光谱分析装置可从深度达8 mm的生物模型下获取光谱信息,并证明了该装置在经皮无损探测方面的应用价值。     

空间偏移拉曼光谱技术的发展及应用

传统拉曼光谱只能探测样品的表层信息,或者只能穿透透明的表层探测样品内部,对多层不透明或不透明包装的样品检测则不适用了,比如搜索隐蔽的爆炸物、识别有包装的假药、无损检测骨骼疾病等。空间偏移拉曼光谱（SORS）技术是一种新型光谱检测技术,能够非侵入不透明包装或表层直接获得样品内部深层特征信息,这一技术的出现解决了上述的难题。首先详细介绍了SORS技术的工作原理：其根本原理在于光子迁移理论,其系统激光光源的入射焦点与光谱系统中收集透镜的焦点在待测样品表层空间上偏移一定的距离ΔS。当激光入射到待测样品表层时,表层样品被激发或散射出宽带荧光,其中有一部分散射光将到达样品内部,样品内部深层处产生的拉曼散射光子相比于样品表层的光子在散射过程中更易于横向迁移,经多次散射后返回样品表层被光谱仪器接收系统收集。到达样品内部不同深度ΔH的散射光返回表层后的位置距离激光光源入射点在样品表层上有不同的偏移距离ΔS。当空间偏移距离ΔS＝0时,激光光源入射点与拉曼光谱收集点重合,此处激发的光子密度最大,系统收集到的拉曼光谱信号大部分来自样品表层,样品深层拉曼信号被淹没;当空间偏移距离ΔS≠0时,光谱仪器收集到的拉曼光谱信号中来自表层的信号衰减很快,来自样品深层的信号衰减较慢,使得更深层的拉曼散射光子比重变大,从而实现光谱分离,再结合多元数据分析方法可以获得样品内部不同深层次的拉曼光谱,即空间偏移拉曼光谱。该技术具有很好抑制表层物质拉曼光谱和荧光光谱干扰的能力,特别适用于隐蔽在不透明包装材料下的物质拉曼光谱的提取,从而快速、非侵入地对目标物成分进行鉴定。其次介绍了SORS技术的特点。SORS技术是拉曼光谱的衍生技术,具备拉曼光谱技术的制样简单、水分干扰小、样品消耗量小、灵敏度高等全部优点,除此之外,有效抑制荧光、深层检测、非侵入无损检测、远距离检测等特点,这些特点有效提高了拉曼光谱强度,降低用户的检测和生产成本以及提高检测人员的人身安全。同时概述并对比了SORS技术现有的三种工作方式：标准SORS、逆SORS和倾斜SORS。标准SORS技术可进行远距离非接触测量,逆SORS较之标准SORS具有更高的灵敏度和抗光谱扭曲的潜力,而且入射的有效光照面和空间偏移距离ΔS是可控的,避免了样品过热;倾斜SORS具有较高的检测灵敏度,而且实验装置容易实现。然后在大量调研文献的基础上综述了近些年来SORS技术结合其他技术在化工生产、安检、生物医学、考古艺术、食品安全、稽查打假以及国防安全等多个领域的国内外发展和应用。最后指出了SORS技术目前存在的问题并展望了该技术未来的发展前景。     

Application of portable Raman spectroscopy and benchtop spatially offset Raman spectroscopy to interrogate concealed biomaterials

In this paper, we demonstrate the ability of portable Raman spectroscopy and benchtop spatially offset Raman spectroscopy (SORS) techniques to rapidly identify real and fake ivory samples. Both techniques were able to identify exposed genuine from fake ivory samples. In contrast to conventional Raman spectroscopy, SORS was, in addition, able to identify ivory concealed by plastics, paints, varnishes and cloth. Application of the SORS technique allows the interrogation of biomaterial samples through materials in which conventional Raman spectroscopic instrumentation cannot penetrate. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.