现代测试测量及仪器技术的发展

近10余年来，由于信息技术快速、密集的渗透和扩展使测试测量及其仪器受到广泛的影响和严峻的挑战。测试系统中的新原理、新方法和新制造工艺在信息学的影响下不断涌现，特别是测试技术、仪器技术与软件技术之间的响应日益快速、交融日益紧密，使得测试系统在大型、复杂、高精确度、多功能等方面出现了一次义一次的跨越。从目前世界趋势看，工程系统的测量测试手段正在被快速发展的智能测试和虚拟测试技术逐渐取代。     

上海软X射线自由电子激光装置直线加速器束流位置测量系统研制

上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）作为中国第一台工作在软X射线波段的第四代光源,其产生的激光具备短波长、全相干、超高亮度、超短脉冲长度等优点,预期将会在基础科学研究领域中发挥出重要的作用。基于直线加速器的特点和需求,在SXFEL的注入器与直线加速段上选择了条带型束流位置测量系统（SBPM）作为束团位置测量工具。该系统由SXFEL束测团队自主研发设计,由条带探头、前端信号调理电子学与专用数字信号束流位置处理器（DBPM）组成,系统设计上借鉴上海同步辐射光源（SSRF）的同类型设备,并根据SXFEL的特点做了进一步的优化,束流实验结果表明该系统位置测量系统分辨率好于5.7 μm@188 pC,达到国际先进水平,满足了SXFEL注入器和直线加速器段对束流位置测量分辨率的设计要求。     

低温高密核物质测量谱仪时间投影室的集团重建

低温高密核物质测量谱仪(CEE)是研究高重子数密度区核物质性质的重离子碰撞实验谱仪。使用了先进的 SAMPA 电子学读出芯片的时间投影室(TPC)是 CEE 最核心的探测器。在集团重建的过程中,同一排读出板的信号被首先重建成 2 维集团,然后根据 2 维集团的 ADC 加权平均位置重建击中点。当信号 ADC 随漂移时间变化呈峰-谷-峰结构时,一个集团可能被重建成两个或更多击中点,从而提高双径迹分辨能力。使用模拟信号的测试显示,该重建算法在$x/ y$方向可以达到0.100/0.043 cm的位置分辨能力和1.1/2.8 cm的双径迹分辨能力。     

超导量子干涉器件

超导现象是一种宏观量子现象.磁通量子化和约瑟夫森效应是两个最能体现这种宏观量子特性的物理现象.超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)是利用这两个特性而形成的超导器件.SQUID器件在磁信号灵敏探测方面具有广泛的应用.本文简要介绍低温超导和高温超导SQUID器件的相关背景和发展现状以及应用领域.     

HL-2M 装置扫频 ECE 测量系统研制

为了测量 HL-2M 装置中的电子温度剖面分布,研制了一套扫频电子回旋辐射(SECE)系统。该系统 能够测量装置中心纵场大小在 1.4~2.2T 时的等离子体电子温度。采用扫频外差接收的方式,径向空间分辨达到 2.5cm,时间分辨达到 1ms。接收机前端的准光学系统采用两级金属反射镜的配置,系统能够接收的最小极向光 斑的直径为 1.5cm（波数 k_θ<4.2rad·cm^-1）。系统的频带范围覆盖 33~110GHz,采用 VCO 作为本振源,双边带混频 输出中频信号。后端首次采用高性能对数检波器解调中频,能直接对-70dBm 的微弱信号进行检测,输入-输出工 作区间的动态范围达到 45dB 以上。在实验期间,成功测量到了等离子体中电子逃逸以及回旋辐射产生的信号。     

LEO空间目标的非协同共视观测及初轨确定

测角数据的初轨确定(IOD)是通过光学观测技术进行空间目标编目的 关键,然而对于低地球轨道(LEO)空间目标,地基光学观测所获得的数据弧长较短且不包含距离信息.因此,在进行IOD时,所得轨道的误差往往较大,难以应用于进一步的工作中.针对上述问题,研究了LEO空间目标的非协同共视观测技术及其初轨确定,并基于统计学提出了一种利用非协同共视观测技术定位空间目标的新方法.结合中国科学院空间目标与碎片观测网的光学测角数据进行了实验验证,结果表明,所提方法对Ajisai卫星定位的均方根(RMS)误差小于100 m,对空间碎片CZ-2C R/B定位的RMS误差小于200 m,优于传统的三角视差法.随后,将上述定位结果用于IOD,所得轨道半长轴的误差在1 km左右.     

基于视觉与非视觉效应的LED温度光谱补偿研究

温度是影响光源稳定性的重要因素,温度变化会引起光源参数的改变,进而影响光源视觉与非视觉效应.基于三种光谱模型确定单通道光源的光谱参数与热沉温度的关系,建立多LED混光光源的温度光谱模型,并对RGBY四色LED混光光源(本文采用D50光源和D65光源)进行温度实验,结果表明,温度光谱模型中不同热沉温度下光源光谱与实测光谱基本一致,两者光源参数最大相对误差不超过6.15％,验证了该模型的可靠性.针对温度引起的光源参数(照度、色温、生理节律因子)变化问题,基于温度光谱模型采用差分进化算法实时确定脉宽调制控制系统中各通道的补偿权重,根据热沉温度对权重的反馈实现光源参数补偿.本研究可应用到多LED混光光源的动态设计及光源温度稳定性控制当中.     

盐水溶液跨混合纤维素膜扩散机制的定量可视化实验研究

介绍了一种改进的高时空分辨率相移干涉仪,测量了不同浓度的NaCl溶液跨过5 μm孔径醋酸-硝酸混合纤维素膜进入去离子水的跨膜扩散过程。实验观察到NaCl溶液在膜-液界面附近的质量输运行为受膜结构的影响而表现出的特征:相对分散的浓度高值分布、均流传质现象、对流的快速纵向进行和横向扩散的缓慢发展等。实验计算得10.0 mg/mL、7.5 mg/mL、5.0mg/mL、2.5 mg/mL 和 1.0 mg/mL 的 NaCl 溶液跨膜传质系数分别为 3.0×10~(-6) m~2/s、8.5×10-7 m~2/s、7.8×10~(-7)m~2/s、2.9× 10~(-7)m~2/s和6.0×10~(-8)m~2/s。本实验结果可为跨膜扩散机理的研究提供参考。     

镜像互换法在PIV近壁测量中的应用

较强的速度梯度大大限制了粒子图像测速技术(PIV)在近壁区域的测量精度。随着图像变形重采样技术的发展与推广,多重网格迭代变形算法(WIDIM)以及Interface-PIV的提出显著改善了这一问题,但其测量精度仍有进一步提高的空间。针对这一问题,本文发展了一种粒子图像预处理方法——镜像互换法,通过构造以壁面为基础的反对称流场,既能满足流场无滑移边界条件,同时又可维持正确的近壁面法向速度梯度,从而可以进一步提高无滑移壁面附近的速度测量精度与空间分辨率。与其他同类方法的对比结果表明,该方法大大降低了近壁速度的测量误差以及该区域的速度不确定度,并在压气机叶栅测量中得到了应用。