基于衍射光栅的光纤光栅传感器解调系统研究

研究并实现了一种基于双衍射光栅的光纤布拉格光栅（FBG）传感器解调系统。该解调系统的光路由准直镜、衍射光栅、柱面反射镜和光电探测器等器件组成。通过准直镜后不同波长的平行光束经过衍射光栅后在空间展开,通过柱面反射镜聚焦在光电探测器成像面上。该光路通过采用两块衍射光栅的方法在减小解调系统尺寸的同时提高光学空间分辨力,采用线阵探测器替代扫描机构从而简化系统结构。从理论上分析了光束经过该系统后的空间光强分布,根据光强的高斯分布采用多项式拟合的方法实现了反射光谱峰值定位算法。通过与高精度光谱仪的测量结果对比表明,该解调方法具有较高的波长解调精度和稳定性。     

分布式光纤法布里-帕罗传感器在飞行器智能蒙皮中的应用

从智能蒙皮的概念出发,分析了光纤法布里-帕罗式结构的传感技术的技术原理,研究了在飞行器上装载分布式光纤传感器进行压力、温度等的实时传感、动态测量的工程实现方法,并探讨了其技术优势与发展方向。应用分布式光纤法布里-帕罗传感器可解决航电集成化、抗电磁干扰、减少负载等问题。     

光纤陀螺信号解调与检测

本文分析了光纤陀螺信号解调的理论和实现技术。对模拟和数字解调方法进行了深入探讨，并最后给出了光纤陀螺系统的实验结果。     

光栅传感器测量沥青路面动水压力的试验研究

动水压力对沥青路面危害很严重,为了测量沥青路面的动水压力,基于光纤Bragg光栅传感原理设计了一种光纤光栅动水压力传感器,介绍了其压力传感原理,推导了该传感器波长与压力之间的关系式。通过室内标定实验,获得该传感器的压力与光栅波长漂移成良好的线性关系,并埋设于某高速公路路面测量了动水压力。试验结果表明,该传感器稳定性好、抗干扰能力强,适用于沥青路面动水压力的测量。     

基于光纤传感的襟翼操纵载荷试飞技术

为了研究民用飞机减速板打开引起的襟翼载荷增量,验证襟翼中小偏度下的严重操纵载荷准确性,避免成本高昂的特殊构型试验件研制和减少机上管线敷设空间限制等问题,针对某具体型号襟翼运动机构,建立了基于光纤传感的操纵载荷测量系统、测量系统校准方法,完成襟翼作动器操纵载荷和翼面总载荷的直接验证与确认。试飞实施结果表明,基于光纤传感的襟翼操纵载荷识别及测试技术在某型号减速板打开后襟翼操纵载荷试飞中的研究应用,为襟翼操纵载荷验证提供了一种有效的高精度、低成本试飞测试方法。     

光纤光栅在航空结构健康监测中的应用前景

光纤光栅传感作为一门快速发展的新型传感技术,具有精度高、体积小、重量轻、波分复用、寿命长、可靠性高、耐腐蚀、传输距离长等优点,可实现应力应变、温度、力、加速度等多种参量的测量,在飞机、舰船、发动机等重大装备的机载化测试以及地面综合测试中具有重大的应用前景,基于光的测量正在逐步成为航空试验测试技术发展的重要趋势。     

压电-光纤综合结构健康监测系统的研究及验证

以某型无人机机翼盒段试验件为对象,进行了压电-光纤综合结构健康监测系统的研究。自主研发了国内首台集成压电多通道扫查系统,可实现多达552个激励 传感通道的损伤自动扫查,并同光纤光栅解调系统组合,自行开发了集成健康监测系统软件,构成了压电-光纤综合结构健康监测系统。基于该系统进行了大型碳纤维复合材料盒段试验件弯扭强度实验过程中的结构健康监测功能验证研究,监测结构尺寸达4000 m×1200 m×0.265 m,监测对象包括结构的应变场分布及抽钉失效。系统监测了全盒段上下壁板共34点的应变场分布情况,应变场监测准确;监测系统不仅对结构抽钉的缺失实现了准确监测,而且可以分辨所实验结构的4种抽钉缺失程度。     

空中微智能传感探测系统研究

针对智能传感技术未来的重要发展方向,分析了作为空中微智能传感探测系统的微型飞行器(MAV)技术特点和应用前景,研究了MAV的技术类型和国内外现状,总结了MAV的技术发展趋势,并在分析MAV主要系统构架的基础上,梳理了MAV系统研制所涉及的主要关键技术,最后对MAV的未来发展给出了建议。     

精密加工表面粗糙度在线检测系统的研究

介绍一个高精度的激光光纤传感式精密加工表面粗糙度在线检测系统。系统的工作原理基于表面散射理论,综合采用了光强补偿、调制、单通道信号处理以及互补采样等一系列技术,确保了测量的高精度。系统使用了单片微机,包括信号切换、互补采样、运算处理及显示打印等测量全过程,均由单片机控制     

一种EFPI光纤压力传感器的结构分析及零点稳定性

介绍了一种基于法布里-珀罗干涉原理的EFPI光纤压力传感器。详细分析了这种光纤压力传感器的原理、结构和解调方法;讨论分析了材料、结构以及制作工艺对零点稳定性的影响;探讨了传感器内部热应力的分布以及消除方法。该结构传感器在经历-40℃和400℃的严酷温度考验后,零点漂移小于3 nm。     

Dynamics modeling and pressure control of composites tape winding system based on LQSMC

Pressure fluctuations during the composite fiber winding process seriously affect the product's compactness strength, fatigue resistance, stress uniformity, and resin content. The accuracy of pressure control systems is affected by nonlinear disturbances, such as friction, parameter perturbation, and measurement noise. A robust control algorithm based on linear quadratic optimal control and sliding mode control (LQSMC) is proposed to overcome these problems. The method is based on the system state space expression and linear quadratic optimal control. The state space model of the system is improved by using a Kalman filter and control input for state estimation, and a new sliding surface equation is defined. The ameliorated control algorithm exhibits good performance and can effectively suppress sliding mode control (SMC) chattering. Simulation and experimental results show that LQSMC offers high control precision, much stronger anti-interference, and robustness, which can effectively improve the positioning and tracking accuracy of a pressure control system compared with linear quadratic optimal control (LQC). The winding pressure control precision is improved by 45% to 50%. The results show that the porosity of composite fiber tape winding products decreased thanks to our method.     

Application of Pressure Sensitive Paint (PSP) for the determination of the instantaneous pressure field of models in a wind tunnel

A two-dimensional and non-intrusive operating optical pressure measurement system PSP (Pressure Sensitive Paint) is described. In recent years, this novel PSP-technology has attracted considerable attention in the aerospace community. The PSP technique can be used to realize absolute pressure measurements on a surface of a model and in addition to quantitatively evaluate flow phenomena using a scientific grade camera and image processing techniques. The PSP system was tested in the Transonic Wind tunnel of the German Aerospace Center in Göttingen (TWG) under real flow conditions. Instantaneous pressure distributions are recorded in almost real time on a three-dimensional double-delta wing model. These pressure images can be interpreted as the `footprints' of the vortex field near the wall. Therefore the recognition and analysis of the vortex dynamics on the model surface are possible. Moreover even the vortex breakdown process as well as secondary vortex structures can be detected by this measurement technique.     

谐振式光纤陀螺系统建模及其应用研究

谐振式光纤陀螺作为高精度角速度传感器,以其集成化高、成本低以及抗干扰性强等独有优势,逐渐成为下一代光学陀螺研究发展的热点。通过对谐振式光纤陀螺工作原理的分析,建立了陀螺数字信号处理系统可视化模型,并对系统谐振曲线和同步解调曲线等开环输出以及锁频反馈下闭环输出进行了模拟仿真。利用仿真模型分析了正弦波调制下谐振谱分裂现象,并搭建实验装置对其进行了验证。结果表明,实验中正弦信号调制频率高于系统谐振输出半高全宽一半,即对应2 MHz时,谐振谱分裂会导致同步解调输出线性区域出现明显失真,严重恶化了标度因数线性度。因此,搭建的谐振式光纤陀螺仿真模型能够准确而有效地模拟系统的工作状态,在系统噪声抑制和精度提升方面具有指导性意义。     

Design and application of solar sailing: A review on key technologies

Solar sail technology has been proposed and developed for space explorations with advantages of low launch cost, no-propellant consumption, and continuous thrust, which has great potentials in earth polar detection, interstellar explorations and etc. The development of solar sail has made significant progress in structural design, manufacturing, materials, orbit transfer, and stability control in the past few decades, which makes meaningful contributions to astronomy, physics, and aerospace science. Technological breakthroughs of Solar Radiation Pressure (SRP) propulsion and interstellar transfer have been achieved in current solar sail missions. However, there are still many challenges and problems need to be solved. This paper attempts to summarize the research schemes and potential applications of solar sailing in space missions from the viewpoint of key technologies, so as to provide an overall perspective for researchers in this field. Analyses of the key technologies of solar sailing system design are provided. Finally, challenges and prospective development of solar sailing are discussed.     

谐振式光子晶体光纤陀螺信号检测及处理技术研究

谐振式光子晶体光纤陀螺是一种具有小型化、高精度等潜在技术优势的新型光纤陀螺,是国内外惯性器件研究的一个重要发展方向。针对谐振式光子晶体光纤陀螺的结构和信号检测原理进行了详细的叙述,确定了基于FPGA的陀螺信号检测总体方案,陀螺信号处理及控制模块主要由频差信号解调、复合拍频检测、闭环反馈控制、数据编码输出以及调制信号模块组成;随后重点介绍了窄线宽半导体激光器的驱动控制方案,在调制解调及频率偏差检测方案上采用数字相敏检波器实现频率偏差检测,在谐振频率闭环跟踪锁定方案上采用数字PI控制器实现环路光频率控制;最后进行了谐振式光子晶体光纤陀螺实验测试系统搭建,以及谐振曲线测试和谐振频率闭环锁定测试。     

三自由度柔性并联机器人运动参数检测系统开发

以线尺传感器为采集单元,以RTLinux为开发平台,建立了平面三自由度柔性并联机器人运动参数检测系统,实现了机器人动平台运动位姿的实时获取。设计并完成了柔性系统下的高速、高加速轨迹实验,通过实验结果与仿真结果的对比,表明该检测系统实时性强,可靠性高,可以为平面三自由度柔性并联机器人全闭环实时控制提供支持。     

复杂条件下的运动目标检测方法研究综述

运动目标检测是当前研究热点之一,被广泛地应用于计算机视觉、视频处理等领域。将运动目标检测的三种常用方法进行对比,总结其各自的适用性及局限性。针对光照变化、背景存在干扰运动、前景色与背景色接近等复杂条件,综述了相应的多种解决方案,并指出了方案算法的局限性,对复杂条件下运动目标检测方法的发展方向进行展望,从而为相关工作的进一步研究指出了方向。     

深空探测器无线电干涉测量开源数据处理系统构建及试验

为更好地开展深空无线电干涉测量试验,基于DiFX(Distributed FX,分布式FX型相关处理)、SPICE(Spacecraft Planet Instrument Camera-matrix Events,航天器行星仪器照相机矩阵事件)、HOPS(Haystack Observatory Postprocessing System,Haystack克天文台后处理系统)及AIPS(Astronomical Image Processing System,天文图像处理系统)等开源软件,搭建了一套可用于深空探测器信号相关处理的无线电干涉测量数据处理系统。首先介绍了该系统的整体架构及组成,然后介绍了系统各组成模块的功能及工作原理,最后利用该系统对嫦娥三号着陆器开展了观测试验,并对观测数据进行了处理。试验结果表明,该系统能成功实现深空航天器信号的相关处理、条纹拟合,以及时延解算等功能,有望为我国嫦娥五号任务及火星探测任务数据处理提供支持。     

逃逸飞行器模型高超声速风洞自由翻滚动导数试验技术

高超声速风洞模型自由翻滚动导数试验技术是为满足航空航天飞行器 0°～ 360°全攻角范围内的动导数测量及产生极限环振动现象的研究之急需而研制。简要介绍了试验技术研制的自由翻滚试验装置、液体轴承、角度测试系统与系统建模的大攻角非线性数据处理技术。该项技术已成功地为逃逸飞行器模型提供了满意的试验数据     

气流出口型面对凹面腔内激波聚焦起爆的影响

为提高两级脉冲爆震发动机工作的可靠性,探寻强化凹面腔内激波聚焦起爆爆震波的方法,通过数值模拟,采用氢气作为燃料、空气作为氧化剂,探讨了3种凹面腔气流出口型面及出口面积对激波聚焦起爆的影响。结果表明:采用垂直出口壁面有助于提高凹面腔内的激波聚焦起爆压力和温度,使起爆时刻提前,随着出口面积的减小,激波聚焦峰值压力有较大的提高;但效果不如垂直壁面,随着倾斜壁面出口面积减小,起爆点的压力和温度只有小幅度增加,起爆时刻基本无变化;采用弧形出口壁面,不能对向凹面腔底部传播的激波产生反射强化作用,不能有效起爆爆震波。对比3种出口壁面型面,垂直壁面能更有利于凹面腔内的能量聚集,强化激波聚焦起爆爆震波。