基于模型预测控制的低温控温策略设计及实验验证

低温温度计的标定中,控温策略是低温温度计标定效率和精度的重要影响因素。本研究搭建了以液氦为冷源的低温温度计全自动标定系统,通过温控仪和Python/QT编写了上位机控制程序,对标定过程中所遇到的控温性能问题进行研究。提出一种基于模型预测控制和PID结合的控温策略,通过计算机仿真进行参数优化与实验测试的方法,对PID控温和模型预测控制控温进行实验验证。结果表明,采用模型预测控制后,温度超调量仅为PID模式下的45.42%,稳态调节时间缩短为PID下的23.61%。该控制方法能够显著提高低温系统的控温性能。     

激光诱导荧光诊断的波长标定方法的研究

激光诱导荧光作为一种非侵入式的诊断技术,通过激光扫频得到粒子速度分布函数来计算其速度和温度。为得到较高信噪比的粒子速度分布函数,需要对多次采集的数据进行平均处理,这需要标定每次扫频的激光波长,以确定每次扫频的相同波长范围。为此发展了利用碘分子吸收光谱来进行波长标定的技术。为探究有效的光谱对齐算法,分别使用最小均方误差法、误差梯度下降算法和卷积神经网络在模拟碘分子吸收光谱数据集上进行了测试。结果显示,最小均方误差法具有很好的对齐精度,且对齐平均误差小于两个采样间隔。利用最小均方误差法对齐碘分子吸收光谱,对Ar+激光诱导荧光实验结果的激光波长进行了标定,平均了多组Ar+速度分布函数。相较于利用法布里-珀罗干涉仪共振峰标定以及激光触发曲线标定,通过碘吸收光谱标定得到的离子温度更准确。     

高精度惯性平台十六位置自标定方案

针对惯性平台系统多位置自标定的误差系数个数还较少的现状,提出了一种平台十六位置自标定方案。通过对惯性平台系统惯性器件输出误差模型和惯性器件安装误差的详细分析,推导出了包含51项误差参数的平台系统误差模型。结合方程组有最小二乘解的理论,提出了适合平台多位置自标定系统的可观测性分析方法,并以此为指导,提出了平台多位置自标定系统的优化指标。根据此指标,结合平台信息矩阵的特点,得到了一种最优位置组合的数值搜索算法,并得到十六位置自标定方案。仿真结果显示,此十六位置自标定方案可以较高精度的估计出平台系统的全部51项误差参数。研究结果表明,用尽可能少的位置来高精度的辨识出尽可能多的平台误差参数是可实现的。     

准同心广义经纬相机的成像模型及高精度标定

对于大尺度运动目标的参数测量,固定相机存在着视场与空间分辨率之间的矛盾,并且当测量空中或海上目标时相机的标定也十分困难。跟踪式相机(如光电经纬仪)能解决此问题,但存在体积大、成本高和操作复杂等缺点。结合两者特点取长补短,将相机固定在二维旋转平台上,尽可能实现同心放置,组成准同心广义经纬相机进行中远场高精度测量,测量过程中转台实时跟踪目标并为相机提供外参数。此方法并没有光电经纬仪非常严格的同心同轴的安装要求。在合理假设基础上建立了经纬相机成像模型,提出了线性求解及平差优化相机参数的方法。大量仿真与实际测量验证了模型和标定方法的正确性和高精度。广义经纬相机测量系统组合巧妙、装拆和操作简单、体积小、成本低、可全视场测量且测量精度高,有广泛且重要的应用前景。     

LTD单路验证装置电流测量

为测量LTD单路验证装置的过渡段与出口电流,设计和标定了B-dot电流探头。采用径向传输线对电流探头进行了线下标定,并开展相应验证实验证实了标定的有效性。实验表明:探头安装深度和角度误差导致的探头灵敏度偏差约为1%; 当阴阳极间距大于探头孔直径时,B-dot标定结果基本不受阴阳极间距的影响;对于本装置涉及的直径较大的同轴线,用径向线模拟标定结果是有效的。从LTD单路验证装置的实验结果可知,4个过渡段至出口的阳极电流有轻微的损失,而阴极电流逐步减小。     

基于序列图像的几何参数测量方法研究

随着测量技术的不断发展,现代工业对物体尺寸检测的准确性及快速性要求越来越高.文中提出了一种利用序列图像来测量物体几何尺寸的方法.使用数码相机获得标定模板的序列图像,通过直接线性变换(DLT)方法来标定相机内部参数,结合透镜成像的知识,对使用数码相机采集到的物体序列图像进行处理和测量,最终计算出物体的宽度和高度.实验证明...     

单摄像机单投影仪结构光三维测量系统标定方法

系统参数的标定是结构光三维测量系统工作的基础,且参数标定的精度直接影响测量的精度,其中投影仪目前还存在标定过程复杂、精度较低等问题。为解决该问题,通过投影一组圆阵图案到一块本身带有特征圆的平板上,并由摄像机拍摄;基于二维射影变换理论,通过误差补偿法建立投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系,利用该对应关系计算获取标定点的投影仪图像坐标;以标定点的两组图像坐标和世界坐标为初始值,使用非线性算法对系统进行全参数整体优化,完成系统的标定。实验验证了系统标定误差最大值小于0.05 mm,误差均方根小于0.03 mm,结果表明该方法标定过程简单,能够有效地提高标定精度,具有较广的适用性。     

组合振子天线磁偶特性实验研究

通过对组合振子的实验研究,验证了磁偶极子回路所具有的优势：能够极大地改善天线低频传输以及辐射特性,具有明显的低频补偿能力。此外,通过设置磁偶回路周长比,比较了不同磁偶回路状态下的天线特性,发现双磁偶回路对于低频特性的改善要优于单磁偶回路,后者的优势主要体现在高频。根据这一现象,采用单磁偶回路结构设计工作频带为300 MHz~5 GHz组合振子接收天线。     

基于机器视觉的三维灰度重构技术

基于双目立体视觉三维重构原理,采用主动扫描实现特征匹配的三维灰度重构技术,通过特征结构光扫描物体表面,由经过预标定的两套成像传感器拍摄其图像,经过图像处理程序提取出特征点,完成特征匹配,再计算出物体表面三维轮廓,同时将成像传感器中的灰度信息映射到相应的特征点,从而实现特征点的三维信息和颜色信息的重构和匹配。该技术为三维彩色逼真场景的重构奠定了基础。     

太赫兹片上系统中低温砷化镓薄膜光电导天线的研究

太赫兹时域光谱技术是一种在太赫兹频段内,广泛应用的光谱测量技术。这种技术可以用于许多物质的频谱分析,对于研究化学、半导体与生物分子等领域有着无可比拟的作用。然而用该系统进行样品探测时,受回波的影响频谱分辨率较低;受太赫兹波光斑大小以及待测样品与电磁波相互作用距离长短的影响,样品消耗量较多,并且整个系统的占用空间较大,这些局限性都限制了太赫兹时域光谱系统的进一步发展。为了突破太赫兹时域光谱系统的局限性,设计了一种将太赫兹泵浦区、探测区和传输波导集成到一个硅片上的太赫兹片上系统,该系统不仅能够解决上述系统的局限性,还能够省去样品测量前的光路准直环节,使样品的测量过程更加简便,同时集成化的系统也很大程度上提高了太赫兹波传输的稳定性。在太赫兹片上系统中,泵浦区和探测区的光电导天线是由低温砷化镓和金属电极制成,由于受到太赫兹片上系统的高度集成化和低温砷化镓晶体生长条件的限制,如何制备出低温砷化镓半导体薄膜衬底,并将其转移与键合,是太赫兹片上系统研制过程中的关键环节。首先利用分子束外延（MBE）技术制备出由半绝缘砷化镓、砷化镓缓冲层、砷化铝牺牲层和低温砷化镓层构成的外延片,然后利用盐酸溶液与砷化铝和低温砷化镓反应速度差别较大的原理,将200 nm厚的AlAs牺牲层腐蚀掉,从而得到2 μm厚的低温砷化镓薄膜。为了更加高效并且完整地得到低温砷化镓薄膜,研究了盐酸溶液在不同温度和不同浓度下与AlAs牺牲层的选择性腐蚀速率的关系。给出了低温砷化镓薄膜制备过程中盐酸的最佳体积比浓度和最佳温度,即在73 ℃下13.57%的盐酸溶液中进行砷化铝牺牲层的腐蚀。相比于已有工艺,这种腐蚀方法对实验设备的要求较低并且具有较高的安全性。最后,将单层低温砷化镓薄膜转移键合至硅片上,并制成光电导天线的结构。利用飞秒激光脉冲进行激发探测到太赫兹信号。由此说明,低温砷化镓薄膜的获取、转移与键合工艺能够满足芯片级太赫兹系统的制作要求,这为太赫兹片上系统的进一步研制打下了坚实的基础。