反向开关晶体管结构优化与特性测试

对半导体脉冲功率开关反向开关晶体管 (RSD)的结构进行了优化,在RSD中引入缓冲层,建立器件数值模型并作仿真分析,结果表明:缓冲层结构起到了截止电场的作用,使得器件基区得以减薄,较传统结构RSD阻断电压升高而开通电压降低。针对RSD的特殊工作方式,提出了RSD开通电压、关断时间等关键参数的测试方案并进行了实验测量。进行了RSD大电流开通试验,直径7.6 cm的堆体在12 kV主电压下成功通过峰值电流173 kA,传输电荷32 C。     

Power dissipation characteristics of great power and super high speed semiconductor switch

The power dissipation characteristics of pulsed power switch reversely switched dynistors （RSDs） are investigated in this paper. According to the expressions of voltage on RSD, derived from the plasma bipolar drift model and the RLC circuit equations of RSD main loop, the simulation waveforms of current and voltage on RSD are acquired through iterative calculation by using the fourth order Runge-Kutta method, then the curve of transient power on RSD versus time is obtained. The result shows that the total dissipation on RSD is trivial compared with the pulse discharge energy and the commutation dissipation can be nearly ignored compared with the quasi-static dissipation. These characteristics can make the repetitive frequency of RSD increase largely. The experimental results prove the validity of simulation calculations. The influence factors on power dissipation are discussed. The power dissipation increases with the increase of the peak current and the n-base width and with the decrease of n-base doping concentration. In order to keep a low power dissipation, it is suggested that the n-base width should be smaller than 320μm when doping concentration is 1.0×10^14cm^-3 while the doping concentration should be higher than 5.8×10^13cm^-3 when n-base width is 270μm.     

两步式放电改善反向开关晶体管开通特性研究

针对大功率半导体开关反向开关晶体管(RSD)由于预充不足造成的非均匀开通缺陷, 在直接预充放电工作电路的基础上, 设计了一种两步式放电工作电路. 根据RSD结构特点理论分析了正常开通所需条件, 并对器件元胞结构进行建模分析, 模型仿真结果表明RSD在窄脉宽预充电流作用下具有更佳的开通性能, 降低了预充阶段基区载流子复合. 两步式放电实验发现第一步放电电流幅值、脉宽对于两步式放电电路的正常工作起决定作用, 而反向预充电流主要作用于RSD第一步放电的正常开通, 降低了预充电路设计难度. 仿真及实验结果均表明两步式放电电路较直接式预充放电电路提高了RSD的均匀开通性能, 这是由于两步式放电显著提高了基区等离子体积累.     

基于纳米TiO2的化学发光法检测铁(Ⅱ)

铁(Ⅱ)能在具有催化活性的纳米TiO2表面产生化学发光辐射,表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的存在能显著增敏此发光强度。此外,纳米氧化钛也能增强Fenton反应的化学发光强度,据此,建立了纳米TiO2-CTAB-Fenton化学发光新体系检测铁(Ⅱ)的新方法。在优化条件下,亚铁离子在1.0×10-8~1.0×10-6mol/L浓度范围内与其化学发光强度呈现良好的线性关系,对1.0×10-7mol/L浓度的亚铁离子平行测定5次,相对标准偏差为3.9%,检出限为4.0×10-9mol/L。文中还对化学发光反应机理进行了初步探讨。     

基于磁航向约束的视觉惯性定位算法

针对视觉惯性导航系统绝对航向信息缺失导致精度下降的问题,提出了一种基于磁航向约束的视觉惯性定位算法。首先,建立了视觉/惯性/地磁导航系统模型,并对惯性数据采用预积分进行处理,降低状态更新时系统计算负担,提高实时性;其次,在视觉惯性数据对齐后,引入地磁观测数据作为约束,获取真实航向信息,完成系统初始化;最后,构建目标函数,通过非线性优化实现视觉、惯性和地磁数据融合。通过搭建车载实验平台,在室外环境下对所提出算法进行了验证,实验结果表明,相比于VINS-mono,引入磁约束后,视觉惯性导航系统的平均定位均方根误差减小了约25%。     

超高速大电流半导体开关实验研究

 利用自行研制的固态半导体开关RSD，采用电容储能方式，研究了RSD的电压响应时间、大电流特性、电流上升率等。在测试RSD的电压响应时间时，得到了25 ns的电压下降曲线。在主电容电压为8 kV时，得到峰值为10.1 kA、脉宽为34 μs、电流上升率为2.03 kA/μs的大电流脉冲。通过调整主电路，在主电容为3 kV时，得到的电流脉冲峰值为8.5 kA、脉宽为2.5 μs、电流上升率为7.2 kA/μs。结果表明，RSD是一种开通快、通流能力强、电流上升率高的大功率半导体开关器件。     

kW级主振荡功率放大光纤激光器输出特性

分析了kW级光纤激光器实现单模激光输出的模式控制方式。采用主振荡功率放大方式,实现了工作波长1.08 m、最大输出功率1.05 kW的全光纤单模激光输出。对激光光谱和光束质量随激光功率的变化等输出特性进行了研究,结果表明:随着激光功率的增大中心波长和光束质量无变化,但谱宽逐渐展宽。分析了激光光谱展宽的原因,认为随着激光功率的增大,光栅纤芯的折射率变化增大,引起本振级的谱宽展宽,而本振级因谱宽展宽引入的噪声在放大级被放大,再加上放大级本身引入的自发辐射,共同造成放大级的谱宽展宽。对光束质量变差的原因进行了分析,认为光纤弯曲导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,从而使光束质量变差。     

基于点线视觉/惯性SLAM和目标检测的测距方法

针对无人平台在未知环境中自身定位和对远距离目标测距精度不高的问题，利用单目相机和惯性器件组成视觉/惯性导航定位系统，结合目标检测提出“动态基线+三角测距”方法实现自身定位和对目标测距。首先，建立基于点线融合的视觉/惯性系统模型，提高系统自身定位精度，给出运动前后相对位姿变化；其次，利用目标检测算法对目标进行检测和识别，得到运动前后物体对于图像平面的视差；最后，通过三角测距实现对目标的高精度测距。公共数据集实验测试结果表明，引入线特征的视觉/惯性系统的平均定位均方根误差（RMSE）为0.15 m。无人平台搭载系统对目标进行测距实验表明，系统在100 m以内对目标测距的误差小于测距距离的2%。     

基于GPS的先验地图辅助视觉惯性定位方法

为提高视觉惯性导航系统定位精度，解决其航向缺失且无法提供绝对地理位置的问题，提出一种利用GPS生成先验地图来辅助视觉惯性同时定位与地图构建(SLAM)方法。将每一帧图像采集点的GPS地理坐标投影成绝对高斯坐标，与视觉关键帧信息同步，构建先验地图。利用词袋模型进行闭环检测，由视觉重投影误差因子、IMU残差因子、先验图像重投影误差因子共同构建目标优化函数，基于最小二乘法进行位姿估计与优化。通过地面车载和低空机载实验对该方法进行了验证，实验结果表明：相比于无先验地图的定位方法，x、y、z方向的平均定位误差分别降低了68.2%、75.1%、46.4%以上；相比于有先验地图(未融合GPS)的定位方法，x、y、z方向的平均定位误差分别降低34.9%、51.5%、19.4%以上，有效提高了视觉惯性导航系统在大范围环境中的定位精度。     

基于改进图像增强的低照度场景视觉惯性定位方法

为提升视觉惯性导航系统在低照度场景下的定位精度，提出一种结合图像增强技术的视觉惯性定位方法。根据不同曝光图像的直方图确定相机响应模型，通过曲线拟合确定模型参数。利用非线性优化得到低照度图像的照明图以及曝光率矩阵，根据相机响应模型对低照度图像进行预处理。使用光流法进行特征追踪，将视觉误差、IMU误差以及先验误差作为约束，构建紧耦合优化模型，从而实现更精确的位姿估计。最后使用车载设备采集的真实数据对所提方法进行了评估，实验结果表明：所提方法能有效提升视觉惯性导航系统在低照度场景下的定位精度，相比于无图像增强的方法，定位精度提高了25.59%；相比于改进前的图像增强方法，定位精度提高了6.38%。