基于透镜阵列的三维姿态角度测量

三维姿态角的精确测量在航空、航天、国防等领域应用广泛,为方便准确地实现三维姿态角的测量,本文设计了一种基于透镜阵列的测量系统,并建立了微小三维姿态角测量分析模型。系统中,准直平行光束通过4个排列成金字塔形的阵列透镜,在CCD上形成规则分布的阵列光斑。通过分析CCD成像光斑间的距离、透镜阵列上相邻孔径之间的距离以及透镜阵列与CCD之间的倾斜角,可以得到光束相对于接收系统俯仰角和偏摆角,利用阵列光斑连线相对水平或垂直面的夹角,可同时得到绕Z轴的滚转角。通过与高精度自准直仪测量结果进行比较,证明所提方法的测量精度可以达到RMS≤0.1″,表明该方法能够实现三维姿态角的测量。     

液体电阻率测量装置的设计与制作

针对液体本身物理性质复杂、电阻率难以测量的问题,本文设计了一种新型液体电阻率测量装置.为有效采集被测对象的信息,对容器结构进行了巧妙设计,创新性地实现了石墨电极与容器一体化,提高了测量精度;利用传感技术采集电压、电流信号并将数据传入单片机,经单片机运算后通过液晶屏实时显示电阻率,具有快捷、准确测量的优点,在教学科研方面有一定实用价值.     

基于稀疏阵列的电磁矢量传感器多输入多输出雷达高分辨角度和极化参数联合估计

针对双基地电磁矢量传感器多输人多输出(electromagnetic vector sensors multiple-input multipleoutput,EMVS-MIMO)雷达参数估计精度以及角度参数配对问题,通过设计一种新的稀疏阵列和采用自动参数配对算法来实现高分辨的角度参数和极化参数联合估计.首先,通过设计稀疏的发射阵列和接收阵列来实现对EMVS-MIMO雷达阵列孔径的扩展;然后,提出平行因子-三线性分解算法对接收数据的三阶张量模型进行求解.所提出的平行因子-三线性分解算法能够实现二维发射角、二维接收角、极化相位角和极化相位差的联合参数自动配对;且针对估计得到的发射导向矢量矩阵和接收导向矢量矩阵,根据旋转不变特性可以实现高精度的发射俯仰角和接收俯仰角测量.在得到精确的发射俯仰角和接收俯仰角之后,相应的发射和接收方位角、极化角和极化相位差可以通过矢量叉积算法来进行估计.相比于现有算法,所提出的算法能够避免高维数据奇异值分解以及额外的参数配对过程;且通过稀疏阵列设计,角度参数估计精度能够进一步地提升,仿真结果表明所提出的算法具有优良的角度参数估计性能.     

三维声发射源定位实验简易实现方法

本文针对声发射技术中的三维定位问题提出一种新的简易实验方案.通过传感器接收的时差信息和空间坐标实现三维立体结构中的声发射源定位,操作和计算简单,降低了实验成本.该实验方法不仅可以直观地实现三维声发射源定位过程,还可以实现声速的测量.本设计加深了学生对物理问题的理解,提高了学生对声发射技术和声源定位技术的兴趣,适合普及.     

基于双远心镜头的空间分辨PDV探头研制

为了在材料动力学实验和结构响应研究中实现对平面靶约5 mm范围内多点速度的同时测量,基于光纤密排阵列和双远心镜头研制了一种与光子多普勒测速仪配套使用的具备空间分辨能力的激光发射接收探头。介绍了探头的光学设计和结构设计,并进行了装调和测试。输出光斑特性测试结果表明,探头垂轴放大率与设计值吻合,聚焦位置处最小光斑直径为109μm,最大为202μm。探头对漫反射靶的接收效率测试结果表明,探头中各光纤互不串扰,靠近中心的光纤的接收效率较大,而两侧的偏小。     

移动式多基线能见度测试系统及其测量方法

针对单基线能见度测量设备采样体积单一、受噪声影响大的缺点,设计搭建了一套移动式可变基线能见度测试系统.该系统由发射、接收、移动以及信号处理四个模块组成,以532nm激光作为发射光源,通过置于滑动轨道上的小车移动定点接收发射信号实现多基线测量,然后采用时间平均结合最小二乘法对初始信号进行处理获得最终大气能见度.系统采用单端移动接收采样法,可从理论上消除光学污染误差.理论分析了该设备的测量方差及基线采样点模型,并对系统进行加噪声模拟实验,证明了其抗噪声能力;最后在真实大气环境下对设备进行检验,通过与实际数据对比证明其可靠性.     

一种可实现收发一体连续扫描的微透镜阵列

设计了一种可实现收发一体连续扫描的微透镜阵列,该三片式微透镜阵列以加入场镜的开普勒望远结构为原型,通过微透镜阵列之间的微小横向位移进行接收视场的选择与发射光线的同步偏转,完成扫描光学系统对大视场区域的光束收发。设计约束望远镜的视觉放大率为1,即入射和出射端口的微单元通光孔径相等,从而实现收发共用且不会造成能量损失和串扰。利用ZEMAX光学设计软件,采用发射、接收端口单独设计然后拼接的方法搭建模型。微透镜阵列工作中心波长为1 064 nm,凝视视场为±1.06°,扫描视场为±10°,单元规格为1 mm×1 mm,且只需移动一片即可实现双向扫描,具有体积小、扫描角度大、灵敏度高等优点。     

直边界对电阻率测量的影响及修正

针对直线四探针法中直边界对硅片电阻率测量的影响开展了实验研究。结果表明,直边界会导致硅片电阻率测量结果偏大。依据实验数据,分析得到了存在单一直边界影响时的电阻率修正公式,并验证了该公式是有效、准确的。     

轴向多光阱微粒捕获与实时直接观测技术

传统的光镊技术使用单个物镜同时进行光学捕获与显微成像,使得捕获与成像区域被限制在物镜焦平面附近,无法同时观察到沿光轴方向(即Z向)捕获的多个微粒.本文提出一种轴平面(XZ平面)GerchbergSaxton迭代算法来产生沿轴向分布的多光阱阵列,将轴平面成像技术与光镊结合,实现了沿轴向对二氧化硅微球的多光阱同时捕获与实时观测.通过视频分析法测量了多个二氧化硅微球在轴向光镊阵列中的布朗运动,并标定了光阱刚度.本文提出的轴向多光阱微粒捕获与实时观测技术为光学微操纵提供了一个新的观测视角和操纵方法,为生物医学、物理学等相关领域研究提供了一种新的技术手段.     

磁控溅射MO薄膜电阻率的原位研究

研究了磁控溅射Mo薄膜的电阻率与薄膜厚度的关系。对Mo薄膜的电阻率进行了原位测量,得到电阻率与薄膜厚度的实验曲线。经拟合计算得到Mo薄膜电阻率与薄膜厚度关系的理论曲线。将实验曲线与理论曲线比较,结果显示在薄膜厚度较大时,电阻率与薄膜厚度的关系与Fuchs-Sondheimer(F-S)理论基本符合,如果计入晶粒尺寸对电阻率的贡献则完全符合F-S理论。并得到Mo薄膜尚未形成连续性薄膜前的导电机制为热电子发射机制的结论。 关键词：     

非均质各向异性地层中方位随钻电磁测井响应三维有限体积法数值模拟算法

方位随钻电磁测井是一种能够实时探测地层边界、实现地质导向与井眼成像的新型测井技术. 本文根据方位随钻电磁测井仪器的典型线圈系结构, 首先引入柱坐标系下非均质完全各向异性地层中电流源并矢Green函数, 并利用电磁场叠加原理给出倾斜发射线圈激发的电场以及倾斜接收线圈上感应电动势的计算公式; 然后应用电流源电场并矢Green函数的混合势克服非均质地层中电磁数值模拟的低感应数问题, 通过ρ 和z方向上Lebedev网格设法降低网格节点个数, 并且利用标准化算法确定柱坐标系下非均质单元上的等效电导率. 在此基础上, 用三维有限体积法建立柱坐标系电场混合势的离散方法, 得到一个交错网格上电场矢势和标势大型代数方程, 并用不完全LU分解以及稳定双共轭梯度法确定数值解. 最后, 通过数据模拟结果对算法的有效性进行检验, 并考察钻铤、线圈倾斜角度以及地层各向异性等参数对仪器响应的影响. 数值结果表明: 在柱坐标系下用三维有限体积法的数值模拟算法处理非均质各向异性层中方位随钻电磁测井响应可以得到很好的结果. 钻铤、电导率各向异性、层边界均对方位随钻电磁波测井响应产生较大的影响; 在电阻率较大的地层, 幅度比和相位差响应越小; 发射线圈和接收线圈同时倾斜时, 幅度比和相位差响应受地层的影响更灵敏.     

基于随机粒子群的Newton-SVD方法的电测井反演

提出一种基于随机粒子群的Newton-SVD方法对双侧向测井进行双参数反演(原状地层电阻率,侵入带半径),运用随机粒子群方法得到双侧向测井反演的一个较为合理的初始值,结合Newton-SVD方法进行双侧向测井反演,提高测井反演的稳定性、可靠性,给出一种设定测井反演初始值的方法,通过对加入噪声的理想模型和实际资料进行处理表明,该方法可有效、准确地消除复杂测井环境的影响,得到真实的地层参数.     

衬底温度对氧化锌薄膜电学性质的影响

氧化锌是一种性能良好的半导体材料,可以用作薄膜场发射阴极中的电子传输层材料,主要研究了用磁控溅射方法在不同衬底温度下生长ZnO薄膜的电学特性,分析了ZnO薄膜的电阻率和击穿场强随温度的变化关系。     

大介电常数地层中多分量感应测井响应研究

研究大介电常数对多分量感应测井的影响,并通过不同磁场分量的组合量来同时提取地层电阻率和介电常数以及地层纵向边界信息,实现地层参数的重构,直观识别烃源岩地层. 关键词： 多分量感应测井 大介电常数 组合量 直观解释     

Formation of two-dimensional crystals of icosahedral RNA viruses

The formation of 2D arrays of three small icosahedral RNA viruses with known 3D structures (tomato bushy stunt virus, turnip yellow mosaic virus and bromegrass mosaic virus) has been investigated to determine the role of each component of a negative staining solution containing ammonium molybdate and polyethylene glycol. Virion association was monitored by dynamic light scattering (DLS) and virus array formation was visualised by conventional transmission electron microscopy and cryo-electron microscopy after negative staining. The structural properties of viral arrays prepared in vitro were compared to those of microcrystals found in the leaves of infected plants. A novel form of macroscopic 3D crystals of turnip yellow mosaic virus has been grown in the negative staining solution. On the basis of the experimental results, the hypothesis is advanced that microscopic arrays might be planar crystallisation nuclei. The formation of 2D crystals and the enhancing effect of polyethylene glycol on the self-organisation of virions at the air/water interface are discussed. SYNOPSIS: The formation of 2D arrays of icosahedral viruses was investigated by spectroscopic and transmission electron microscopic methods.     

Simulation of wave transmission and reception with phased arrays near the sea shelf bottom

The wave field excited by both single sources and a vertically directed phased transmitting array in a shallow-water waveguide with a layered elastic bottom is numerically simulated. The receivers are equispaced vertical arrays with different apertures, which are positioned at different depths in the water layer. The type of vertical distribution and the transformation of the vertical angular spectrum of pulsed signals arriving at a receiving array are demonstrated for different parameters of the medium, different carrier frequencies, and different distances from the source. It is shown that a selective angular reception ensures a better resolution of the travel-time curves of waves used for sounding the bottom. As an example, the possibility of singling out the shear wave refracted by a deep-seated bottom layer from the tone pattern of the travel-time curves is demonstrated. This possibility can be realized by means of angular scanning in the course of transmission and reception with the use of vertically oriented arrays.     

高质量光刻胶微小透镜阵列的制作

本文对光刻胶熔融法制作微小透镜阵列的机理进行了进一步深入的理论和实验研究,特别是提出和研究了非球面表面的形成问题。对微小透镜,特别是非球面形成过程的参数控制,例如对光刻胶小圆柱的高度、熔融光刻胶和基片的接触角的控制进行了较详细的讨论。我们制出了具有较好性能的微小透镜列阵,并给出了测量结果以及实物和成象照片。最后,给出了一种建议采用的实时控制高质量微小透镜列阵形成的装置方案。     

方位偶极声波远探测技术研究与应用

偶极横波远探测测井技术是当前缝洞型和复杂储层油气勘探开发和评价不可缺少的技术手段。常规偶极远探测技术受限于180?方位的不确定性,难以判别缝洞等地质体的真实方位。采用双偶极错位发射多分量阵列接收研究偶极方位识别方法。首先以传统正交偶极模式获得地质体方位探测结果,再以45?错位角发射偶极声波信号,通过多个邻近接收器的波形差的组合以及反射波在仪器孔径上的时间延迟来区分方位,进一步压制伪像干扰获得地质体真实的方位成像结果。针对弱反射信号,在硬件上,研究了多分量有源接收器阵列声系,有效提升了偶极声波信号信噪比,结合动态增益控制提升反射波幅度;研究了双偶极宽频发射器与多模式发射技术,提高偶极发射功率,保证了偶极声波信号在地层中的远距离传播与反射。数值仿真与实际测井数据表明,双偶极方位识别方法可行,有助于偶极横波远探测技术的进一步发展和应用。     

Non-integral dimensions ultrasonic phased arrays in a borehole

The non-integral dimensions ultrasonic phased arrays and their scanning and testing methods in a borehole are studied. First, the focusing acoustic fields excited by the 1.25D, 1.5D, and 1.75D phased arrays are analyzed, and then the imaging resolution in the elevation direction and the influence of the dynamic elements are investigated. Second, the focusing and deflexion characteristics of the acoustic fields excited by the annular and segmented annular phased arrays are studied, and they are compared with those excited by the 2D surface array. The application method of the 1.25D, 1.5D, and 1.75D, annular and segmented annular phased arrays in acoustic logging are analyzed and discussed. It provides a theoretical foundation for the application of the ultrasonic phased arrays in acoustic logging.     

3D nanoimprinted Fabry–Pérot filter arrays and methodologies for optical characterization

Fabry–Pérot (FP) filter arrays fabricated by high-resolution three dimensional (3D) NanoImprint technology are presented. A fabrication process to implement 3D templates with very high vertical resolution is developed. Filter arrays with 64 different cavity heights have been fabricated requiring only one single imprint step. Different optical methods are involved in this paper to characterize geometric and spectral properties. In order to investigate the transfer accuracy of the surface quality from the NanoImprint template to the filter, we use white light interferometry (WLI) measurements. Surface roughness and structure height accuracy of <1 nm for both values demonstrate the conservation of these critical parameters during the 3D NanoImprint process. Additionally, an optical characterization methodology for spectral transmission and reflection measurements of the filter arrays is introduced and applied. A compact microscope spectrometer setup which allows efficient handling, high resolution and short inspection time is verified by comparing measurement results to that of an optical bench setup used as a reference. First, this paper focuses on the foundation of the FP filter arrays, second on the technological fabrication, third on validation calibration of the setup and forth on the characterization of the filter arrays. The measurements envisage the spectral position of filter transmission lines, the full width at half maximum (FWHM) and the total spectral bandwidth of the array, i.e. the stopbands of the included Distributed Bragg Reflectors (DBRs).