A leap-frog discontinuous Galerkin time-domain method of analyzing electromagnetic scattering problems

Several major challenges need to be faced for efficient transient multiscale electromagnetic simulations, such as flexible and robust geometric modeling schemes, efficient and stable time-stepping algorithms, etc. Fortunately, because of the versatile choices of spatial discretization and temporal integration, a discontinuous Galerkin time-domain(DGTD) method can be a very promising method of solving transient multiscale electromagnetic problems. In this paper, we present the application of a leap-frog DGTD method to the analyzing of the multiscale electromagnetic scattering problems. The uniaxial perfect matching layer(UPML) truncation of the computational domain is discussed and formulated in the leap-frog DGTD context. Numerical validations are performed in the challenging test cases demonstrating the accuracy and effectiveness of the method in solving transient multiscale electromagnetic problems compared with those of other numerical methods.     

基于加权相位分离的二维互相关弹性成像方法研究

弹性成像能够检测组织的弹性信息,进而描述组织生理、病理状态,对疾病的检测和诊断具有重要的应用价值。为了改善二维弹性算法的轴向分辨率,本文对一维和二维弹性成像算法进行了比较研究,提出一种基于加权相位分离和二维互相关的混合位移估计算法,首先利用二维时域互相关技术进行粗估计,然后再利用加权相位分离技术(WPS)对结果进行精估计。同时,通过仿真和仿体实验对算法的精确性和效率进行了验证。结果表明,算法具有较好的鲁棒性,能够有效地提高运行效率和图像信噪比,上述研究对高性能弹性成像系统的研究与设计具有重要的指导意义。     

火炮用PCrMo钢激光熔覆MoS2润滑涂层摩擦学性能研究

PCrMo钢是导致火炮系统故障的磨损失效零部件主要材料.为了提高零部件的寿命,将固体润滑技术引入火炮抗磨减磨设计中.选取8 ～ 10 μm和3～5 μm两种粒度下二硫化钼作为固体润滑材料,采用激光熔覆工艺在PCrMo钢试样表面制备润滑涂层.通过对涂层宏观性能表征,发现粒度小的涂层熔覆厚度较好;采用扫描电镜和能谱仪分别对涂层表面、剖面微观形貌和化学成分进行分析,发现涂层表面有凹坑产生,且凹坑中氧的含量明显高于光滑表面;涂层剖面与基体结合处存在一定的缝隙,涂层元素与基体元素发生了熔渗.进一步开展的摩擦磨损试验表明:与PCrMo钢裸基材试样相比,两种粒度下润滑涂层试样摩擦系数和磨损量皆降低,磨损量分别为14.84％和42.01％,其中大粒度下涂层摩擦性能较优.二硫化钼润滑涂层起到了很好的润滑效果,可以作为火炮磨损零部件减磨的有效手段.     

分布式多光谱高温计光学系统设计

多光谱辐射测温技术具有不干扰被测场、测量无上限以及响应速度快等优点,是高温测量领域的最有力工具之一。目前,多光谱高温计以点温测量为主,光路通过物镜、光阑、棱镜等光路通道将待测点辐射分光后进入探测器阵列,实现单点的多光谱信息采集。随着工业智能化程度的不断提高,更加需要实时获得大量的温度分布信息,如特种金属材料的冶炼过程、高温合金激光自动焊接过程、半导体晶体生长过程、火箭发动机尾喷焰温度诊断等领域都需要实时获得某条线乃至整个二维表面的温度,从而提高产品性能和质量,因此通过多光谱辐射测温技术测量待测表面某条线的温度分布十分重要。但是,简单将光阑变为狭缝,实现待测线表面的辐射经透镜、棱镜等传统光路分光后,由于光学系统球差的作用,会使得分光后的狭缝光谱由于离轴传输而呈现严重的弯曲现象,不利于矩形光电探测器阵列的完全接收。为此,提出基于正交柱状透镜组的多光谱线温光路系统,利用正交柱状透镜在不同位置成像可以实现由圆到椭圆再到直线的特殊作用,较好地解决了传统多光谱辐射高温计光路所存在的球差问题。利用ZEMAX光学设计软件,基于S4111-16Q的光电探测器阵列实际大小进行反向光学系统设计,确定了狭缝、...     

基于单应性矩阵的变焦双目视觉标定方法

针对现有变焦镜头标定方法难度大、动态精度低等问题,提出一种基于单应性矩阵的动态变焦双目内外参数估计方法和平面快速重建方法。利用双目图像匹配点及变焦前后的匹配点进行两类单应性矩阵估计;基于变焦数学模型和单应性矩阵,求解变焦后双目内外参数,实现畸变后双目参数动态估计与优化;通过双目图像单应性进行平面快速匹配和重建。实验结果表明,计算的内外参数与标定结果吻合较好;变焦后,推导的单应性矩阵归一化误差小于0.01,图像重投影误差小于1pixel;重建精度小于0.1mm。     

面向机器人位姿测量的大视场变焦测量方法

针对机器人大范围位姿精准测量问题,提出一种大视场位姿测量的变焦测量方法。利用变焦图像匹配点的单应矩阵进行变焦内参动态计算,根据变焦前后靶标位姿求解相机坐标系变换,给出与变焦参数相关的PnP算法,考虑畸变后进行参数优化,并提出缩放和对焦两步变焦控制策略。提出一种基于图像模板的靶标板位姿测量算法,在靶标可视姿态均能稳定检测并区分标志点。对变焦测量系统进行误差测量实验和大场景跟踪实验,结果表明,不同变焦参数下均具有较高的单点测量精度,平均位置精度最高21.8μm,在400~1600 mm范围误差0.09mm,精度较高,使用的变焦相机可实现178.7461~9022.31mm测量。该方法实现了相机活动范围受限而测量范围可拓展的位姿测量。     

Active control of wall-bounded turbulence for drag reduction with piezoelectric oscillators

An experimental investigation was performed for active control of coherent structure bursting in the near-wall region of the turbulent boundary layer. By means of synchronous and asynchronous vibrations with double piezoelectric vibrators,the influence of periodic vibration of the double piezoelectric vibrators on the mean velocity profile, drag reduction rate, and coherent structure bursting is analyzed at Re_θ= 2766. The case with 100 V/160 Hz-ASYN is superior to other conditions in the experiment and a relative drag reduction rate of 18.54% is exciting. Asynchronous vibration is more effective than synchronous vibration in drag reduction at the same voltage and frequency. In all controlled cases, coherent structures at large scales are regulated while the small-scale structures are stimulated. The fluctuating velocity increases significantly. A periodic regulating effect on the coherent structure can be seen in the ASYN control conditions at the frequency of 160 Hz.     

筒内高功率脉冲磁控放电的电磁控制与优化

高功率脉冲磁控溅射(Hi PIMS)技术被提出以来就受到广泛关注,其较高的溅射材料离化率结合适当的电磁控制,可产生高致密度、高结合力和高综合性能的涂层,但其沉积速率低、放电不稳定、溅射材料离化率差异较大.我们设计了一种筒形溅射源,通过对结构的设计优化,利用类空心阴极放电效应,使问题得到解决.然而其靶面切向磁场不均匀,电子逃逸严重,进而造成等离子体密度偏低,且放电不均匀.本文通过对其放电和等离子体分布进行仿真,提出电场阻挡和磁铁补偿两种方案,研究了不同电场控制条件下的放电行为和等离子体分布.结果表明:增加电子阻挡屏极可以生成势阱,从而有效抑制电子从边缘的逸出;优化后的磁铁补偿可以显著提高靶面横向磁场的均匀性及靶面利用率.两种方案同时作用时,Hi PIMS放电刻蚀环面积更大、且更加均匀.     

用于血糖无创检测的喇曼光谱系统

以铊掺杂自聚焦透镜作为光谱采集透镜,设计了一种小型可穿戴式光谱采集探头,在此基础上搭建了一种小型可穿戴式血糖喇曼光谱检测系统.利用该系统对不同浓度的葡萄糖溶液、11只实验白鼠以及10位人体志愿者进行测试.以光谱特征峰面积作为主要计算参考,以峰强度作为辅助参考进行光谱定量分析.针对不同样本分别建立基于主导因子的非线性多变量偏最小二乘模型以计算葡萄糖水平.计算结果表明葡萄糖溶液、实验白鼠以及人体的准确度分别为98.1%、89.3%和84.4%,测试准确性得到提高.该检测系统具有体积小、成本低、喇曼信号采集稳定、使用方便等优点,能够准确实现人体血糖的无创检测并具有较好的可重复性.