基于卡尔曼滤波的真空光阱悬浮微球位移探测

在光阱实际测量中,过程噪声以及光电测量噪声严重影响微球位移实时探测的灵敏度,针对这一问题,提出基于卡尔曼滤波的方法对微球位移进行探测.将光阱中微球运动的谐振子模型改写成卡尔曼滤波的状态转移矩阵形式,获得具有高灵敏度和高信噪比的微球位移信号.仿真结果表明:1 MHz的采样频率下,101kPa气压下滤波后的真空光阱微球位移的探测均方根误差从1nm降到0.27nm.实验结果表明,在293K、101kPa气压下对实测的微球位移信号进行滤波,探测均方根误差从2.8nm降到1.1nm;其他参数不变,在1Pa气压下均方根误差从5.2nm降到2.1nm.该方法可应用于高真空下光阱微球质心运动的激光冷却反馈方案.     

大动态光纤陀螺标度因数双线性插值补偿模型

标度因数的温度特性和非线性是影响大动态光纤陀螺精度的重要因素,在航空、航天等对动态精度要求较高的应用场合需要对标度因数的温度特性和非线性误差进行补偿。通过对大动态光纤陀螺标度因数的误差分析,得出环境温度和输入角速率是影响标度因数误差的主要因素。建立了一种基于双线性插值的补偿模型,对大动态光纤陀螺的标度因数的温度特性和非线性进行综合补偿。在温度范围为-40℃~+60℃、角速率范围为0~7200(°)/s的条件下,标度因数误差由补偿前超过1.3′10~(-3)降低为小于5′10~(-6),标度因数精度提升了两个数量级,验证了补偿模型的有效性。补偿算法复杂度低,易于工程实现。     

基于虚拟区域法的黏弹性流体中微生物游动的数值模拟和应用

微生物是自然生态系统的重要组成部分,掌握微生物在复杂流体中的运动特性可以为微型器件的设计制造提供理论指导.壁面效应是微生物游动研究中的重要问题之一,已有研究表明微生物在壁面附近存在复杂的行为特征.然而已有研究大多集中于微生物在牛顿流体中的游动模拟,仅有少数涉及黏弹性流体等非牛顿流体.本文采用直接力虚拟区域法与乔列斯基分解相结合的数值方法,引入Squirmer微生物游动模型,研究了微生物在黏弹性流体中的游动问题.首先给出求解黏弹性流体本构方程的数值格式;并将该方法应用于研究微生物游动中的壁面效应.研究结果表明,游动方向是影响微生物颗粒壁面效应的重要因素.流体弹性应力会对微生物产生一个反向转矩,影响微生物的游动方向,从而阻碍微生物逃离壁面.微生物颗粒在黏弹性流体中与壁面作用时间较长,几乎达到牛顿流体的两倍以上.