Shack-Hartmann传感器用于湍流大气横向风速的测量

分析了利用Shack-Hartmann波前传感器子孔径对之间光强信号的时间延迟交叉相关函数, 进行光传播路径上横向平均风速测量的基本原理, 给出了横向平均风速的计算公式, 并进行了水平1 km湍流大气实验测量.实验结果如下: 不同子孔径对同时测量的横向风速相关系数达0.988; 将多对子孔径对测量的结果取平均, 与接收端附近布置的风速计测量的横向风进行了对比, 发现两系统的测量结果在随时间的变化趋势上具有较好的一致性, 两次实验拟合的相关系数分别为0.848和0.820, 标准偏差分别为0.372和0.376.以上结果表明, 将Shack-Hartmann波前传感器用于横向平均风速的测量是可行的, 拓展了该传感器的使用功能.     

光波前向散射闪烁相关法测量光传播路径横向风速廓线

光传播路径横向风速风向的准确测量,对于科学研究和工程应用都具有重要意义。哈特曼传感器用来接收光波大气传输前向散射的波前和光强信息,提出利用哈特曼传感器接收的前向散射光强闪烁相关信息,实现路径横向风速廓线测量的方法。理论推导给出了光传播路径上横向风速分段反演的公式。根据不同的子孔径间距路径权重函数的差异,针对不同子孔径间距对路径不同位置的敏感性,分析了如何合理的选取光传播路径横向风速廓线的权重函数。利用哈特曼传感器开展了水平1 000 m光传输路径横向风速的探测实验。初步研究结果表明,哈特曼传感器测量的路径横向平均风速与接收端附近的风速计测量的结果具有较好的一致性;得到的两段路径横向风速的分布在随时间的变化趋势上一致性较好,特殊的下垫面布局使得靠近光源的第一段路径与靠近探测器的第二段路径的平均横向风速分别为1.273和0.952 m·s-1。将第二段横向风速与路径横向平均风速的测量结果进行了相关性分析,具有一致的变化趋势,两者的相关系数达0.86。     

基于风特性和小型风力机的组合风速模型建立

小型风力发电系统中输出功率的波动会影响电能质量和设备使用寿命,风速是风轮输出功率波动的主要影响因素之一,建立适合小型风力机的组合风速模型,以便于研究小型风力发电系统输出功率波动的机理。本文综合考虑风特性和机组自身特性建立风速模型,不仅有基本风、阵风、渐变风和随机风,还加入风剪效应和塔影效应的影响,并利用Matlab-Simulink软件仿真。通过与实测风速数据对比,验证了该组合风速模型仿真实际风速的有效性,为小型风电系统输出特性的定量模拟研究以及凭借仿真数据进行小型风电系统输出功率波动抑制的研究提供理论依据。     

Matlab与实验相结合测量载流圆线圈磁场的新方法探究

通过搭建RLC串联谐振与电磁感应法测量载流圆线圈磁场的理想化模型,利用Matlab编程仿真,模拟不同电容与载流圆线圈串联达到谐振时,具有串联电容C越小,感应电动势U_m越大的分布规律.Matlab仿真结果说明RLC串联谐振改进电磁感应法测量载流圆线圈磁场科学可行,并对实际实验提供指导.实际实验效果最佳的3种电容即0.099 μF、0.100 μF、0.11 μF中,U_m实测结果符合Matlab仿真规律.最小电容即电容为0.099 μF时,圆线圈中心磁场测量误差仅为2.23%,精确度最高,远远高于传统电磁感应法测量误差15.67%.基于Matlab与实验相结合设计了一种测量载流圆线圈磁场的新方法,操作简便,现象明显,精确可靠,可推广到其他不同类型的线圈激发的弱磁场测量.     

基于D I S的电磁感应定律实验装置设计与探究

电磁感应定律教学的难点在于继定性分析之后, 如何有效地引导学生理解感应电动势与磁通量变化率 的关系, 并得出定律的数学表述. 本文通过自制的电磁感应定律实验装置, 通过使磁场均匀变化和按三角函数变化, 比较磁感应强度变化曲线和感应电流变化曲线, 明确“ 变化率”的概念. 接着用单摆实验和磁铁下落实验进行猜想 和探究, 体会“ 变化率”的内涵     

改进“ 探究弹力和弹簧伸长的关系”实验

传统教学上的“ 探究弹力和弹簧伸长的关系”实验所得到的弹力与弹簧伸长的关系图像不够准确, 得 到的结论牵强附会. 本文介绍利用力和位移传感器改进实验, 方便准确, 结论具有说服力     

高度计风速与辐射计风速的变分融合研究

为实现高度计风速与辐射计风速的融合, 采用Kriging插值方法将辐射计风速插值到高度计路径得到高度计风速观测算子, 建立高度计风速与辐射计风速融合的代价函数; 利用变分方法求解分析风速, 得出融合结果. 分别在仅高度计风速有误差、 仅辐射计风速有误差和两者都有误差的情况下开展了模拟试验, 结果表明变分融合结果更接近于理想风速, 尤其在高度计路径上更为明显. 选取Jason-1高度计第241周期风速资料和与其时空匹配的国防气象卫星计划 F17上所搭载的专用传感器微波成像仪辐射计风速资料开展了实例试验, 结果表明融合后的结果更加接近于浮标观测结果, 证实了变分融合方法的有效性. 经统计, 上述高度计和辐射计资料有60%时空匹配, 开展风速融合有重要的理论及应用价值. 该变分融合方法可应用于我国海洋二号卫星所载高度计与辐射计风速反演结果的融合. 关键词： 高度计 辐射计 风速 融合     

菲佐测风激光雷达及风速反演算法

研制了基于菲佐干涉仪的测风激光雷达系统,并使用高斯拟合法和最大似然法反演风速,对两种风速反演方法进行了分析,结果表明：风速较小时,两种方法具有相似的风速反演精度,但高斯拟合法收敛快、受条纹信噪比影响较小;风速较大时,高斯拟合法会由于条纹移出而产生较大误差,而最大似然法在处理风速较大情况时具有优势。实际风速测量时,应根据风速估计值的大小,采用两种方法分别处理大风速和小风速时的情况。最后,使用研制的测风激光雷达系统和风速反演算法,得到了1.5 km以内的大气风速廓线。     

铂电阻温度测量设计性实验研究与开发

研究了铂电阻的温度-阻值之间关系,给出了铂电阻标定温度的曲线,开发了温度测量物理实验题目,丰富了大学物理设计性实验内容,锻炼了学生动手能力和创新性思维。     

Origin软件在用霍尔传感器测量杨氏模量实验中的应用

利用Origin软件拟合直线的斜率参数对霍尔传感器进行的定标,计算了铜板和锻铸铁板的杨氏模量,数据处理结果表明在杨氏模量的实验中采用Origin软件处理实验数据,不仅能得到较精确的实验结果而且能提高实验数据处理的效率.     

偏心振动式磁感应测转速法

偏心振动式磁感应测转速法是利用偏心转动、电磁感应的原理,将转动的频率经过一系列简易操作转化为电信号的频率后再通过示波器测出转速的方法。该测量方法物理思想简单,实验操作方便,并具有测量精确高等优点。     

基于matlab仿真的薄透镜焦距测定实验研究

薄透镜焦距测定实验中,关于合适实验条件的选择是精确测定焦距的关键环节,利用matlab数值模拟的方法直观的展示了透镜成像规律及实验中各物理量与误差的关系。该结果能够加深学生对实验的理解和把握。     

声速测量实验假象的探讨

应用共振干涉测量法测定空气中的声速,相同条件下多台仪器重复测量实验,对实验结果进行数据处理和误差分析表明：对于某些声速测量仪,当换能器之间的距离小于10毫米时,在移动换能器测量声速的过程中出现了假峰现象,它对实验测量结果造成了很大影响。当使两换能器之间的距离大于10毫米开始测量,可以避免假象对测量结果的影响。     

利用地铁隧道风能发电的设计与研究

当今世界,随着社会发展,能源是经济之本,是人类生活的依存。本项目对地铁隧道风力发电展开研究,从了解地铁隧道风能的特征入手,通过理论分析结合实验验证,制作实体模型辅助研究,做出初步可行性分析,认定方案可行,然后提出有效利用地铁风力发电的创新设计方案,其中包括羽状风叶、差速装置和机械蓄能装置,并以此为基础设计了整套地铁隧道风力发电设计。该设计是对室内环境风力发电的率先探索,通过研究可得出：利用地铁隧道风力发电设计是一种新的能源利用形式,并有一定应用前景。     

Numerical Study on Effects of Wind Speed and Space Heights on Water Evaporating Performance of Water-Retained Bricks

Energy-saving roof renovation methods are effective ways to alleviate the urban heat island effect. In this paper, the authors propose three models of two-layer water-retained bricks, established the physical and mathematic models of the water-retained bricks, and then conducted a computational fluid dynamics (CFD) simulation on the effect of wind speed and evaporation space height on the water-evaporating performance of water-retained bricks. The results show that: (1) for the water-retained bricks with no-hole lids, macroscopic evaporation does not happen under the static wind conditions; with the increase of wind speed, the evaporating boundary layer thickness decreases, the water vapor concentration gradient in the boundary layer and the mass diffusion flux increase; (2) for the water-retained bricks with strip-hole lids, under the static wind condition, the evaporating performance of the water-retained bricks with strip-hole lids is better than that of bricks with no-hole lids; with the increase of wind speed, the evaporation of bricks with strip-hole lids is less affected by inlet airflow velocity than that of bricks with no-hole lids; (3) as for both the water-retained bricks with no-hole lids and with strip-hole lids, for a given wind speed, both the water vapor concentration gradient and the mass diffusion flux decrease as the evaporation space increases.     

光纤传感器位移和转速测量研究

介绍光纤传感器的测量原理,并对位移和转速测量进行研究,利用matlab软件对位移测量结果进行曲线拟合,且将光纤传感器和电涡流传感器的转速测量结果进行比较,最后得出利用光纤传感器进行测量具有电路结构简单、精度高、光路弯曲等优点。     

提高太赫兹时域光谱仪测量速度研究

太赫兹时域光谱仪的测量速度是一个非常重要的指标,为了提高光谱仪的测量速度需要提高延迟线的扫描速度。实验研究了扫描速度、时间常数、采样率对太赫兹时域光谱仪信号品质的影响。研究结果表明,当时间常数为10 ms时,提高扫描速度不会对信号幅度造成较大改变;而当时间常数为30,100和300 ms时,随着扫描速度的提高,信号幅度会迅速降低,且时间常数越大信号幅度衰减越快,因此,为了避免在提高测量速度时导致信号品质的劣化,应尽量设置较小的时间常数。另一方面,当采集一定时域长度的信号时,扫描速度越高,采集到的采样点数越少,时域波形失真越严重,因此在提高扫描速度时,不仅需要减小锁相放大器时间常数,同时还需要相应的提高采样率以避免因采集点数减少而造成信号波形的失真。该结果可为提高太赫兹时域光谱仪的测量速度提供参考。     

基于时差法的超声波测速向仪设计与实现

介绍了超声波时差法风速测量的基本原理,以及基于MSP430微控制器和MAG3110的风速风向测量系统的实现方法。给出了以MSP430芯片为核心的硬件设计的总体框架图。详细地阐述了各个外围接口电路的设计,以及超声波风速风向测量的软件设计。系统具有结构简单、精度高、功耗低和扩展方便等特点,能够满足大学物理实验教学的风况信息测量。     

基于星载激光雷达数据的海面风速探测

使用新版(Version 3.01)星载激光雷达CALIPSO Level 1剖面数据和Level 2的大气气溶胶光学厚度(AOD)数据反演全球海面风速。将AOD数据用于大气双程透射率的校正。对CALIPSO所采集的2007年1月、4月、7月和10月532nm波长无云激光测量数据进行应用计算,采用532nm退偏比经验修正海面白帽及水下次表层水体散射的影响,同时选用准同步的AMSR-E海面风速测量值为真值进行对比。对应2007年的4个月,由CALIPSO星载激光雷达532nm单脉冲测量数据反演海面风速的标准偏差分别为1.24、1.24、1.24、1.20m/s,由5km滚动平均数据反演海面风速的标准偏差分别为0.98、1.02、0.98、0.94m/s。结果表明,采用的数据反演方法可行且数据利用率得到提高。