基于PSD的风洞模型姿态角光学测量技术研究

开发了一种基于光电探测技术的风洞模型姿态角光学测量技术,实现了对姿态角的精确、实时、非接触测量。对激光探测头、模拟试验平台进行了优化设计,编写了功能齐全的实验软件,模拟了风洞试验运行实况,深入开展了一维和二维角度测量实验和分辨率测试实验。实验结果表明,该技术可对模型变化角度进行实时精确测量,测量范围达到了-10°～10°,测量精密度为0.0023°,测量准确度为0.0026°,分辨率可达到0.001°。该光学测量技术在风洞模型的角度测量和振动测量实验中切实可行,为测量风洞试验模型的姿态及振动提供了一种简洁有效的测量方法。     

一种适于小角度测量的旋光角度测量方法研究

通过对输出信号的分析,提出了一种适于小角度测量的旋光角度测量方法,此方法通过检测经过旋光物质并经法拉第磁光调制的信号与不加旋光物质而仅经法拉第磁光调制的信号的波形宽度来实现对旋光物质旋光角度的测量.同时,利用搭建的测试系统,配置不同浓度的白砂糖溶液进行了验证性实验.实验结果表明,旋光角度与溶液浓度之间成很好的线性关系,...     

一种新型二维X射线探测器

本文建立一种新型X射线探测器,它是一种矩阵寻址方式的二维探测器,由两块玻璃〖ZH(〗基板组成,分别称作阴极板和阳极板阴极板内侧镀有行电极和X射线阴级(例如CsI),阳极板上有寻址电极、障壁两块基板对位封接,使行电极与寻址电极互相垂直封接后先抽高真空,然后充入氩气与CO2混合气体本探测器具有薄、轻、图象无畸变并可以利用PDP显示器件的工艺制作大尺寸器件及大量制造等优点     

一种新的角点角度快速估计方法

在计算机视觉领域中角点特征的提取具有相当重要的地位。角点的角度是衡量角点特征的一个极为重要的指标 ,常作为阈值决定角点的取舍。文中提出一种新的角点角度估计算法 ,算法中通过对角点边缘链码采用不同的方差的高斯函数进行卷积 ,得到角点位置的偏移 ,并给出由此偏移量计算角点角度值的公式。此算法具有较小的计算量。实验证明此算法在一定场合下能有效地完成对角点角度的估计。最后给出了估计的误差分析。     

一种大型位置灵敏平行板雪崩计数器

中国科学院近代物理研究所气体探测器组研制了一种大型位置灵敏的平行板雪崩计数器（PPAC）。它主要由中心阴极和X,Y位置阳极构成,灵敏面积为244 mm×284 mm,阴极为双面镀金1.5 μm厚的Mylar膜,阳极为直径20 μm,间距1 mm的镀金钨丝。位置读出选用延迟块读出法。这种探测器经测试在灵敏面积内位置分辨小于4 mm,时间分辨为0.42 ns,已在兰州放射性束流线（RIBLL）上清华大学的核反应实验中使用。该实验中使用了主束40Ar直接轰击Au靶,产生裂变碎片,使用了4个这种大型位置灵敏的PPAC,用来探测裂变碎片的飞行时间和速度,实验表明,PPAC对裂变碎片有90.3%的效率,给出了裂变碎片的位置分布,为理论分析工作提供了非常好的实验数据。A kind of large position sensitive parallel plate avalanche counter(PPAC) was developed at Gas Detector Research Group, Institute of Modern Physics of CAS. Each of the detector with large sensitive area of 244 mm×284 mm, consists of one central cathode, X anode and Y anode. The cathode plane in the middle of detector is a 1.5 μm thick Mylar foil coated with a thin Au-layer on both sides. The position resolution of the PPAC is better than 4 mm, and the time resolution is 0.42 ns. The detectors were used in the fission experiment with 30MeV/u 40Ar beam bombarding on a gold target to measure the velocity of the fission fragments at Radioactive Ion Beam Line In Lanzhou(RIBLL). Four PPACs were used and the experiment result showed that a rather high detection efficiency (90.3%) is achieved. The position distribution of fission fragments is given by PPACs, which provides very good experimental data for further theoretical analysis.     

一种用于软X射线激光去相干的单玻璃管光学透镜设计

激光具有亮度高、单色性好、高相干性及方向性好的优势,然而在激光成像、激光加工等场景只想利用其高亮度或高单色性,高相干性导致的干涉效应会影响和限制其应用效果.通过模拟计算的方法,设计了一种针对软X射线激光去相干的新型单玻璃管光学透镜.模拟结果显示,针对波长为10 nm、束腰半径为1.25 mm的软X射线激光光束,透镜入口端内直径5 mm、出口端内直径0.6 mm、长度15 cm的单玻璃管光学透镜在有效降低软X射线激光光束相干度的同时,在出口处获得了发散度为30—50 mrad的出射光束,相应的传输效率为78%,光强增益为52.74.针对波长不低于1 nm的激光光束,该型号的单玻璃管光学透镜能够将光束的传输效率保持在30%以上.本文还探讨了入射光能量和透镜长度对器件传输结果的影响.结果表明,根据全反射原理设计的单玻璃管光学透镜能够满足极紫外到X射线波长范围内激光去相干的应用需求,在X射线激光成像、激光加工等方面具有广泛的应用前景.     

一种X射线聚焦光学及其在X射线通信中的应用

基于栅控脉冲发射X射线源与单光子探测技术的X射线通信已经实现了实验室语音通信验证,并对通信系统的误码率性能进行了分析,为探索未来X射线深空应用打下了坚实的基础.针对目前X射线通信面临的信号发散角大、通信距离短、难以实现工程化应用的情况,迫切需要对X射线通信天线系统进行深入研究.为了提高信号增益、增大X射线通信的距离,提出了多层嵌套式X射线聚焦光学作为X射线通信的"收发天线",理论分析了X射线聚焦光学用于X射线通信"收发天线"的可行性,分析了X射线聚焦光学的理论基础与结构设计,对"发射天线"发散角、"接收天线"有效面积与焦斑尺寸、信号增益等性能做了探讨.结果表明:在信号发射端,"天线"的发散角为3 mrad左右,发射增益23 d B;在信号接收端,"接收天线"的有效面积5700 mm2@1.5 keV,焦斑直径为4.5 mm,接收增益为25 d B,通信系统总的增益可达48 d B.     

一种投影式激光方向测量方法

为了在激光告警中实现全方位角度探测,且达到一定的探测精度,提出了一种投影式激光方向测量方法.通过计算激光照射在参量给定的遮光板上形成的投影量.求解在探测器上由不同探测象限产生的不同的探测电流的比值.再根据投影面积的比值与角度一一对应的关系可事先编码的原理.由对应程序判断激光入射方向.在软件Matlab仿真中计箅得到产生最小分辨率的四个极限角度分别为(0°,90°)、(33°,21°)、(33°,69°)、(45°,90°),并由实验得到最小分辨电压为0.05 V.通过仿真计算与实验数据证明该设计可达到最小识别角度1°的探测要求.     

一种激光雷达测量海洋光学参数的新方法

为了拓展海洋光学参数的激光遥感测量手段,借鉴高光谱分辨率多普勒激光雷达对大气散射信号的测量机制,提出了一种利用激光雷达水下后向散射信号测量海洋固有光学参数的新方法。在原理方面,描述了测量系统的组成和利用碘分子吸收滤波器实现水分子瑞利散射信号和悬浮物米散射信号的光谱分离测量方法, 在结论方面,给出了利用海水激光后向散射信号实现海水悬浮物后向散射系数和海水体消光系数的具体反演算法。     

一种基于热释电效应的X射线荧光分析谱仪

利用热释电晶体实现了一个X射线激发源,并以此激发源和高能量分辨率的硅漂移探测器构建了一个X射线荧光分析谱仪。首先通过分析计算热释电晶体厚度和靶厚度对产生X射线的影响选定了激发源的设计参数;然后测量了激发源发射的X射线本底,其能量范围在1～27 keV,包含有Cu和Ta的特征X射线,最大强度在每秒3 000个计数以上,对本底的测量同时显示出谱仪的探测器部分对Cu的8.05 keV特征峰的分辨率达到210 eV,具有很高的能量分辨率;最后使用该谱仪测试了Fe,Ti和Cr等三种单质样品和高钛玄武岩样品,测试结果表明该谱仪可以有效的分析出样品的元素成分。由于这种X射线荧光分析谱仪的各组成部分体积都很小,进一步便携化后非常适合于非破坏、现场和快速的元素分析场合。     

一种带温度补偿的数字倾斜角测量系统

提出了一种带温度补偿的数字倾斜角测量系统,阐述了系统组成、温度补偿原理和软件设计,采用电子倾角器、A/D转换器、单片机、温度传感器实现了在宽工作温度范围内的倾斜角测量,消除了环境温度变化引起的偏差.系统通过实验验证,达到了较高的测量准确度,并在某项目的水平倾斜角测量系统中得到应用.     

光纤光栅偏振模色散的测量及补偿研究

介绍了光纤光栅的偏振模色散测量，并利用一段偏光纤对光纤光栅的偏振模色散进行补偿，效果良好。在40Gb/s、60km光纤光栅色散补偿系统中，加入保偏光纤对光纤光栅的偏振模色散进行补偿前后的测试结果表明，误码率为10^-10时，系统的功率代价由1.21dB改善为0.46dB。     

一种新型光学渡越辐射光学特性的测量方法

为了解决理论测量中,光学渡越辐射焦平面的空间角分布与像平面的束剖面光路互相影响,难以同时测量,提出了一种新型的光学渡越辐射光学特性的测量方法.介绍了其光路原理和结构方案,分析了测量结构中的OTR镜头、分光棱镜与铅屏蔽结构的技术难点与解决方法.结果表明:系统克服了单功能测量、成像质量差等缺点,在ICCD相机上能够同步获得较好的光学渡越辐射的束剖面和空间角分布图案,且基本屏蔽了对图像采集有着强烈干扰的X-射线等高能辐射.     

一种新型光学渡越辐射光学特性的测量方法

为了解决理论测量中,光学渡越辐射焦平面的空间角分布与像平面的束剖面光路互相影响,难以同时测量,提出了一种新型的光学渡越辐射光学特性的测量方法.介绍了其光路原理和结构方案,分析了测量结构中的OTR镜头、分光棱镜与铅屏蔽结构的技术难点与解决方法.结果表明：系统克服了单功能测量、成像质量差等缺点,在ICCD相机上能够同步获得较好的光学渡越辐射的束剖面和空间角分布图案,且基本屏蔽了对图像采集有着强烈干扰的X-射线等高能辐射.     

具有温度补偿功能的光纤振动测量系统

针对光纤振动传感器受温度影响和灵敏度低的问题,设计了具有温度补偿功能的光纤振动测量系统.为减小温度对振动测量的影响,系统利用光纤布喇格光栅测量环境温度,对振动加速度值进行补偿;采用可调谐法布里-珀罗滤波器进行波长解调,并将其作为光纤反射镜,以提高传感器的灵敏度.分析并测试了振动和温度同时测量时的相互影响,结果表明,振动对光纤布喇格光栅中心波长的影响很小,通过数据处理的方法,可消除法布里-珀罗滤波器扫描对振动测量的影响;实验测得,温度变化25℃时,振动加速度最大相对测量误差为1.65%,振动测量的灵敏度为107.70mV/g.     

基于天基光学测角的高轨空间目标轨道确定

受到距离和观测条件等因素的影响,地基设施对高轨空间目标的观测能力有限,但天基观测设施可以有效突破地基设施的观测局限,从而提高对高轨空间目标的观测效率和精度.基于此,结合当前天基测量技术的现状,研究基于天基光学测角的高轨空间目标轨道确定方法,包括初始轨道确定方法和轨道改进方法.针对观测量类型对轨道确定结果的影响,推导直接利用天基观测角度的轨道改进方法,以及基于天基观测方向矢量的轨道改进方法.利用仿真数据和实测数据对两种改进方法进行比较.研究结果表明,基于天基观测方向矢量解算得到的高轨目标轨道精度相对较高,可为我国空间态势感知体系的建设提供有益借鉴.     

Optical Angle Barcodes Enabled by a Pixelated Metasurface for Absolute Micro-Angle Measurement

Efficient and ultra-sensitive measurements of micro-angle are critical technological requirements in various fields. Traditional measurement approaches have disadvantages in terms of accuracy and system complexity. Here, a micro-angle measurement scheme based on the pixelated metasurface is reported. By utilizing the interaction between a C-band optical frequency comb (OFC) laser source and the plasmonic metasurface, precise angle encoding is achieved, enabling each meta-pixel within the pixelated metasurface to exhibit ultra-sensitive responses to angular changes. Experimental results demonstrate a resolution as low as 2.8 μrad for angle sensing. Furthermore, by controlling the dimensions of the meta-atom structural dimensions and designing specific combinations of meta-pixels, the unique angle response of individual pixels is manipulated, effectively creating an angle barcode. This technique allows for highly efficient acquisition of angle information, and based on this, it demonstrates absolute angle measurement with an average error at 7 μrad. The robustness and stability of the proposed scheme is also evaluated.     

Optical Particle Sizer: A New Development with Mathematical Correction of Spread Measurement Data

The development of an optical particle sizer for aerosols is described which is based on the principle of light scattering by single particles. The instrument is appropriate for simultaneous measurements of broad particle size distributions and allows applications in hot gases. The main topic concerns the evaluation of the particle size distribution from measured data, i.e. a mathematical correction for the influence of inhomogeneous illumination and of particle shape. Irregularly shaped and randomly orientated particles which also might be illuminated inhomogeneously (laser light, border zone) deliver different signal amplitudes, which finally results in a spreading of the measured particle size distribution. Assuming a specific distribution of signal amplitudes related to every particle size and shape, the spreading of the measured data can be corrected. The mathematical procedure requires the solution of a Fredholm integral equation, i.e. the inversion of a linear equation set whose coefficients are based on a correction function to be determined by a preceding calibration. A new inversion method has been developed combining the well known regularizalion according to Phillips and Twomey and the non-negative least-squares method according to Lawson and Hanson.     

近地面层热通量和气体通量光学监测新方法研究

监测地气间动量、热量和痕量气体等的交换对水文、气象和生态环境等有着重要的意义。阐述了一种利用自行研制的大口径闪烁仪(LAS)、光学温度梯度仪和基于可调谐二极管激光吸收光谱术(TDLAS)的开放光路痕量气体监测系统,实现了较大区域热通量和二氧化碳等气体通量快速监测的方法。实验结果表明,所测数据与涡动相关(EC)仪的数据比较,显热通量的相关系数为0.91,二氧化碳通量的相关系数为0.74。由此,用大口径闪烁仪监测区域热通量和基于TDLAS光学技术连续可靠监测陆地区域碳通量是完全有可能的,这种方法在大区域热通量和气体通量监测将会有很好的应用前景。