调相型磁通门实验的研究

通过设计测量弱磁场的磁通门测磁传感器,介绍调相型磁通门测磁法的原理和技术,并详细介绍了调相型磁通门测弱磁场的方法.     

高斯噪声和弱正弦信号驱动的时间差型磁通门传感器

提出了一种利用高斯噪声和弱正弦信号共同驱动的新型时间差型磁通门传感器.根据软磁材料双稳态特性及其Fokker-Planck方程推导了跃迁率的表达式.利用数值仿真的方法,研究了跃迁率和外磁场、激励磁场、噪声强度之间的关系.通过将周期变化的跃迁率信号转换为方波信号,建立了方波高低电平时间差与外磁场之间的关系,并推导了传感器灵敏度的表达式.研究表明,在一定的偏置磁场下,传感器灵敏度与激励磁场的幅值以及频率成反比,量程和激励磁场的幅值成正比.对所设计±10.7A/m量程的传感器样机进行了测试,传感器最小灵敏度为9.8696 ms/(A/m),可用于准静态微弱磁场的检测.     

基于AD7791的磁通门传感器数据采集与存储系统

针对磁通门传感器检测到的多路弱磁信号,设计了一种以AD7791为采集核心的小信号采集系统,解决了六路AD采集的同步问题。以MSP430F5437超低功耗单片机为主控,运用无磁转台测试实验,实现了数据的存储和探头姿态的校正,后采用最小二乘法进行数据修正。经实验验证,该采集系统可稳定于野外长时间工作(半年以上),零点稳定度由1.7nT/h、2.4nT/h、1.4nT/h(XYZ三轴)下降到0.2nT/h、0.31nT/h、0.23nT/h,采集精度(参考地磁场49535nT)由49516nT下降到49534nT。有效的降低了系统测量误差,精度明显提高。     

基于磁通门和时域数字鉴频的磁场锁定系统

永磁型磁共振仪器的磁体易受温度和其他环境磁场干扰,造成主磁场波动,进而影响仪器测量的重复性和准确性．本文讨论了两种解决磁场波动的锁定方法：一方面,通过磁通门传感器对环境波动引起的瞬态磁场进行高灵敏探测,然后采用现场可编程门阵列进行实时处理并计算磁场补偿量;另一方面,针对环境温度变化引起的缓慢磁场偏移,则采用时域数字鉴频锁场方法,在对锁样品进行射频激发后,将磁共振信号通过混频变换到较低的频率范围,再转换为方波,然后直接送入现场可编程门阵列进行周期测量,并计算磁场补偿量．将两种方法获得的磁场补偿量叠加后,再转换为电流信号驱动安装在磁体上的B₀补偿线圈,并研制了一套磁场锁定系统,以实现对磁场的锁定.在0.5 T食品快检磁共振分析仪上进行测试验证,结果显示当受到瞬态干扰时,可将磁场稳定在±4 Hz(对应磁场为±0.093 9μT)范围内,同时也可以精准测量温度造成的磁场偏移,该结果验证了本文磁场锁定方法的可行性．     

相移干涉术及广义相移数字全息干涉术

在基础光学框架内说明了传统的相移干涉术及近年来发展的广义相移数字全息干涉术的基本原理;前者要求特殊值等步长相移,而后者则可以采用任意未知相移值.着重介绍了广义相移干涉术中的物波恢复算法,以及基于衍射场统计特性的未知相移提取算法.从一个侧面沟通了基础光学与近代光学之间的关系.     

向列型三态超导体中的磁通涡旋态（英文）

在掺杂拓扑绝缘体Cu_xBi₂Se₃中，向列型三态超导电性的发现引发了人们对指认三态超导中d-矢量的兴趣，它与能隙函数的反节点方向有关，并且决定了该超导体是否为拓扑。我们对向列型自旋三态p_x波超导体的涡旋态性质进行了自洽分析。我们首先推导了Ginzburg-Landau理论来确定涡旋和涡旋晶格的形状。我们发现孤立涡旋的空间轮廓沿着反节点方向拉长，涡旋晶格是一个沿x方向拉长的形变了的三角晶格，在圆形费米面的特定情况下会变成正方形。最后，我们使用微观的Bogoliubov-de Gennes方程自洽计算了孤立涡旋和涡旋晶格的局域态密度。我们发现在隙间低能量下，局域态密度的轮廓始终沿着反节点方向拉长。我们的发现对于实验上探测向列型三态超导体中能隙函数的反节点方向以及进而确定超导态的拓扑性质(如在Cu_xBi₂Se₃中)具有重要价值。     

两步广义相移干涉术的光学实验验证

提出了一种基于两步广义相移干涉术的波前再现技术以及基于衍射场统计特性的未知相移值提取算法,并且进行了光学实验验证.该方法中可仅利用两幅干涉图及一次不需精确预设的未知相移,参照物光光强和参考光光强,即可通过计算提取真实的相移量,进而恢复出物波波前复振幅,而无需借助傅里叶谱分析或数字滤波等操作.在光学实验中,对借助于空间光调制器（SLM）的间接输入和三维漫反射物体直接输入两种情况进行了详细地研究,得到的光学实验结果验证了所提方案的有效性和可行性. 关键词： 信息光学 相移干涉术 波前再现 数字图像处理     

基于相移光纤光栅微分器超短光脉冲整形

基于耦合模理论和传输矩阵法,对相移光纤光栅的反射谱、相移特性进行了分析.结果表明,相移光纤光栅随着相移点个数的增加,反射谱透射窗口数目增多,相移发生多次跳变,从而形成对信号的微分效应,并且相移的微分阶数与所增加的相移点个数成正比.设计出基于相移光纤光栅微分特性的脉冲整形器,通过优化高斯信号各阶微分的加权系数,将高斯型输入脉冲整形成近似方形或三角形状的输出脉冲,通过调整光纤光栅第一段与第二段的长度比,使输出三角脉冲形状的失真现象得到改善.分析输入的高斯脉冲的脉宽发生±5%的波动时,输出波形依然可以获得很好的三角和平顶方形脉冲效果,从而证明了所设计的脉冲整形器的稳定性和实用性.     

DH4512型霍尔效应实验仪的参数标定

针对实验教学中存在的问题,在给定霍尔灵敏度的情况下,标定了霍尔电流(Ιs)和励磁电流(IM),并测量了不同情况下的磁场误差。研究表明:磁场稳定位置x=0 mm左右且KH=169 m V/m A时,其Is和IM选取1 m A和100 m A时,误差最小,较为准确,该结论可用于大学物理实验教学。     

高Q值、超窄带宽反向耦合型相移光栅

相移光栅是光子集成电路的基本元件之一，被广泛应用于多种领域中。与传统的反射型相移光栅相比，反向耦合型相移光栅无需光环形器，易实现大规模集成。提出了一种高Q值、超窄带宽的反向耦合型相移光栅。利用光栅的Moire效应，通过将不同周期的波导光栅组合在一起，实现了Q值为12893、3 dB凹陷带宽为0.12 nm的反向耦合型相移光栅。该相移光栅具有尺寸小、Q值高和凹陷带宽窄等优势，能被广泛应用于生物传感、激光器和波长滤波等领域中。     

芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度响应分析

提出了一种带空气腔芯轴型光纤水听器的结构模型,并对其声压相移灵敏度的响应特性进行了研究.通过对空气腔芯轴型光纤水听器的基本原理和结构进行分析,得出光纤与弹性筒作用的相互关系;建立了动力学等效模型,得出带空气腔芯轴型光纤水听器声压相移灵敏度表达式以及频率特性的理论模型;利用有限元方法,得到芯轴型光纤水听器的响应模型.根据提出的结构和确定的参量制作出相应的探头,经过试验测试,其3 dB带宽约为30 kHz,测试结果验证了提出的理论模型与有限元模型的正确性.     

用三角波电流励磁改进交流磁滞回线实验简

改进行了交流磁滞回线实验的励磁方法。研制了三角波电流交流恒流源驱动励磁线剖励磁．使软磁环形样品被交流磁化双向交替达到饱和,磁化场H的波形仍为三角波。维持三角波电流的周期和幅值不变．可使H变化的波形和变化的速率不变。可在H匀速变化的条件下观测样舳的交流磁滞回线;能在磁化场相同的条件下观测不同样品的交流磁滞回线;还可直接观测样品的微分磁导率曲线。     

用三角波电流励磁改进交流磁滞回线实验

改进了交流磁滞回线实验的励磁方法。研制了三角波电流交流恒流源驱动励磁线圈励磁,使软磁环形样品被交流磁化双向交替达到饱和,磁化场H的波形仍为三角波。维持三角波电流的周期和幅值不变,可使H变化的波形和变化的速率不变,可在H匀速变化的条件下观测样品的交流磁滞回线;能在磁化场相同的条件下观测不同样品的交流磁滞回线;还可直接观测样品的微分磁导率曲线。     

基于模拟退火算法的偏振控制器波片相移特性研究

按晶体波片的快轴与水平方向成0°、45°、0°、45°顺序排列构造四波片偏振控制器。固定各波片的快慢轴,利用模拟退火算法进行反馈控制,通过改变各波片的相位得到所需的偏振态。仿真结果说明,利用模拟退火算法进行负反馈控制,其收敛速度较快,收敛后光强波动小于2%;该控制器能在各波片相移范围限制在0~2π情况下实现偏振态的无端控制。为消除可能出现的复位死角,在模拟退火算法基础上加入强制无端复位方法,复位过程稳定。控制过程中该控制器各波片的相移步长可变,但寻优过程中最大步长不超过3.36°,强制复位过程中最大步长不超过18°,因此控制电压的变化平缓。     

基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法

在现有的针对复杂物体表面形貌的三维测量方法中, 为了完成绝对相位的测量, 通常需要处理至少6幅条纹图像, 限制了测量速度。提出了采用2幅正弦条纹和2幅三角波条纹图来获得物体三维形貌的方法。利用两步相移正弦条纹和两步相移三角条纹得到截断相位, 再利用两步相移三角波条纹得到条纹级次, 减少了投影条纹幅数, 提高测量速度。在得到条纹级次时, 计算三角波条纹强度调制和强度对比度, 与计算相位相比, 可以减少数据处理的时间, 进一步提高测量速度, 同时能减小物体表面反射率的影响, 提高了测量精度。测量最大高度为39 mm的阶梯状标准块, 得到的最大绝对误差和最大的RMS误差分别为0.045 mm和0.041 mm。验证了该方法的有效性和实用性, 在高速实时的复杂形貌三维测量中有广泛的应用前景。     

马赫-曾德尔型相移矢量剪切干涉仪

为了实现对激光波面的等光程测试,设计了一个新颖的相移矢量剪切干涉仪。该干涉仪以马赫曾德尔结构为基础,为等光程干涉仪。通过在相干的两路光束中分别插入楔角方向正交放置的楔板实现矢量剪切;其中一块楔板分成两块(平板部分和楔板部分),楔板部分沿平板部分的表面移动,通过改变光程差来实现相移,2π相移所需的移动距离为几毫米的量级,该相移方法在相移精度控制上比较简单。文中还对楔板引入的横向剪切误差和相移误差进行了分析,最后给出了实验所得的一组相移干涉图。     

基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法

为了实时准确地将激光直写系统中经直写物镜聚焦的光斑定位于待加工元件表面,提出了一种基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法,实现了对离焦量的实时检测与调整。在直写系统中引入检焦光路,与直写光路共享同一物镜,构建Linnik型同步相移显微干涉检焦系统,提取包含离焦量的波面相位信息;再从大数值孔径（NA）的物镜波像差数据中解析出离焦量的大小与方向。仿真结果验证了基于波像差判据的离焦计算方法的正确性,NA≥0.5时,离焦探测灵敏度可达4 nm, 通过实验验证了同步相移显微干涉检焦方法的可行性,检焦精度可达10 nm以内,满足激光直写高精度的测量要求。     

从ψ′→J/ψπ+π－衰变中抽取ππ相移

ψ'→J/ψ π+π-,提供了一个抽取低于,0.59GeV,的,ππ S,波相移的新途径.基于在树图衰变振幅中忽略,D,波的近似, 给出了从,ψ'→J/ψ π+π-,的\,ππ,不变质量谱中得到,ππ S,波相移的公式.     

上反式光电侦查设备虚拟海天线波门控制方法

针对上反式光电侦查设备采用传统波门控制方法全视场搜索跟踪水面目标时,由于背景辐射和波面反射造成较高虚警率的问题,提出一种适合上反式光电侦查设备搜索波门布置策略的控制方法。该方法通过建立虚拟海平面经两轴上反式光电侦查设备空间模型反射、投影的数学模型,实时计算虚拟海天线和视频图像边线的交点并发送给视频跟踪器,沿虚拟海天线布置的窄带状搜索波门,仅对搜索波门内的水面目标作出响应。海试试验证明,该方法的目标搜索效率与带状波门所占图像面积的比例成反比,虚警率降低80%。     

基于波门选通技术的CCD自动调光方法

介绍了CCD摄像机自动调光的原理,根据该原理设计了一套自动调光系统。系统能在目标出现的区域设置一个波门,运用波门选通技术,通过对视频信号的处理,精确地提取一场图像所选区域内的峰值,控制电机进行正反转,对进入摄像机的光通量进行调节。系统的特点是电路简单,成本低,可靠性好,摄像机图像清晰、稳定,能达到精确调光的目的。