基于无基底焦平面阵列红外热像仪的理论模型分析

基于双材料微悬臂梁热变形原理的光学读出非制冷红外探测阵列经历了从有基底结构向无基底结构的发展过渡,无基底阵列的红外成像结果和有限元模型分析均表明无基底阵列不满足恒温基底条件.本文结合电学比拟的方法,提出了一种新的基于无基底焦平面阵列(focal plane Array,FPA)的热传递分析的理论模型.分析采用整体考虑的思路,避开了无基底FPA阵列各单元热传递互相影响所产生的复杂热分布分析,并考虑了框架对热量的吸收与传递.理论模型采用外边框与环境等温的边界条件,虽不及有限元方法对边界条件的处理灵活,但也已取 关键词： 光学读出 无基底 非制冷红外成像 焦平面阵列     

光学读出非制冷红外成像技术的光学灵敏度分析

不同于传统的非制冷红外成像技术,提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理,具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点,但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上,利用夫琅禾费近场衍射理论,建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型,详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响,并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。     

多溴二苯醚的生物代谢机制研究进展

作为一种广泛使用的阻燃剂,多溴二苯醚(PBDEs)及其衍生物羟基化多溴二苯醚(OH-PBDEs)和甲氧基化多溴二苯醚(MeO-PBDEs)等已从环境介质、各种生物体甚至人体内检测出来.但是对于生物体内低溴代PBDEs及其羟基化和甲氧基化衍生物的来源及其是否由PBDEs在生物体内代谢形成等问题,目前仍存在较多争论.由于PBDEs进入生物体后的生物转化、代谢途径与其对生物体的毒性有密切关系,因此是研究者们关注的焦点.本文在对生物体内PBDEs及其代谢物的来源和分布进行分析的基础上,综述了PBDEs在生物体内发生脱溴还原代谢和氧化代谢的研究进展,从体内原位代谢和体外模拟代谢研究两方面探讨了PBDEs的生物代谢机制、代谢途径及还原和氧化代谢中可能涉及的代谢酶,指出进一步深入开展PBDEs的生物积累和代谢研究的方向.     

无基底焦平面阵列结构优化设计及性能分析

基于光学读出非制冷红外成像技术,本文作者提出并成功设计制作了无基底焦平面阵列结构(Focal Plane Array,FPA),不仅简化了制作工艺,而且大幅提升了成像性能。但由于其为单层膜结构,固有频率值低,可能会引起热机械振动噪声(NETDTM),导致噪声等效温度差(NETD)上升。为解决这一问题,本文提出两种改进的加强梁结构,借助有限元简化模型和激光位移传感器,通过数值模拟和实验验证,证实这两种结构可以大幅度提高FPA固有频率值(分别从74Hz提升至835Hz和404Hz),NETDTM降低约两个数量级,从而实现了对FPA的优化设计。     

航天测量船静电陀螺监控器航向误差拟合修正

为掌握航天测量船静电陀螺监控器航向误差的变化规律,减小静电陀螺监控器航向误差对测控精度的影响,从静电陀螺监控器设备的结构和监控原理上分析了静电陀螺监控器航向误差的产生因素,建立了静电陀螺监控器航向误差的数学模型。同时,在长期的试验数据累积和处理分析的基础之上,成功利用该模型对静电航向误差变化规律进行数据拟合。多次试验结果表明,该误差模型能够准确有效地对静电陀螺监控器航向误差进行优化,提高了静电陀螺监控器的航向精度。     

电拓扑状态指数在有机污染物理化性质和毒理学性质预测中的应用

电拓扑状态指数既表征了各原子在分子中的拓扑信息,也描述了分子中所有原子之间的电性关系.本文概述了电拓扑状态指数的原理和特点,描述了电拓扑状态指数在预测有机污染物理化性质及毒理学性质中的应用.对建立的定量构效关系/定量结构性质关系(QSAR/QSPR)模型的分析表明,有机污染物的沸点、色谱保留指数、溶解度等理化性质以及生物毒性、生物降解性与电拓扑状态指数均具有良好的相关性.     

基于数字图像处理技术的惯导航向误差解算技术

船载经纬仪是航天测量船专用光学测量设备,其重要功能就是通过测星校航向,并以此为基准对惯性导航设备进行校准.描述了经纬仪测星原理并分析了其易受天气因素影响的缺点,通过对上述问题的深入研究提出了一种新型的基于数字图像处理技术的测星方法.该方法通过采集经纬仪测星时的视频图像,并根据星体位置解算航向误差,极大程度提高了经纬仪测星能力,弥补其功能上的缺陷.通过对传统测星法、人工判读法和数字判读法的优缺点、误差分析和实际应用效果的比对,对该方法进行了准确的评估,得出了其数据精度高、满足任务需求、有效弥补经纬仪功能缺陷并提高测量船整体测控精度的结论,具有其独特的优势和利用价值,值得在测量船以及其它动态测量单元中普及和推广.     

光学读出微梁阵列红外成像性能分析与优化

系统响应率是光学读出微梁焦平面阵列(Focal Plane Array,FPA)红外成像的关键性能参数。在刀口滤波光学读出技术中,系统响应率的主要组成部分——光学读出灵敏度与微梁反光板的长度密切相关,并受到反光板弯曲变形的严重影响。由于残余应力在制作过程中不可避免地存在,微梁反光板都有弯曲变形,膜厚相同的反光板具有相同的变形曲率半径。本文利用傅里叶光学分析了反光板长度和弯曲变形对光学读出灵敏度的影响,构建并实验验证光学读出灵敏度理论模型。根据该模型,分析了系统响应率与反光板长度之间关系,理论分析与实验结果相符。结果表明,通过减薄SiNx厚度并使反光板处于该厚度下的最优长度,不仅能提高红外成像的系统响应率,而且能同时提高红外成像的空间分辨率。     

焦平面阵列反光板的优化设计与制作

光学读出红外热成像系统中,焦平面阵列(FPA)反光板的初始弯曲降低了系统的光学检测灵敏度。针对FPA的设计制作,提出了两种降低其反光板初始弯曲的优化设计方案:减薄反光板上金层厚度和制作带加强筋的反光板。在理论分析的基础上,设计制作了单元尺寸为200μm的反光板金层减薄FPA,其反光板曲率半径提高至原来金层未减薄FPA的4.71倍,系统光学检测灵敏度提高了5.2倍;单元尺寸为60μm的反光板带加强筋FPA,其反光板曲率半径提高至原来没有加强筋FPA的4.29倍,系统光学检测灵敏度提高了1.18倍。实验验证了理论分析的结果。     

基于光纤光栅技术的船体变形修正技术

为进一步优化航天测量船变形测量系统,提出了基于光纤Bragg光栅技术的应变误差测量方法。首先通过对测量船变形系统的结构和光路进行几何分析,建立了应变量与误差角之间的转换模型。然后基于光纤光栅技术设计了测量船变形系统的应变误差测量方案。由应变与误差角的转换公式得到,运用常用的Si425型光纤光栅解调仪,其理论测量精度可达0.01″。