生物组织光学参数:优化散射系数(μ′s)的实时在位测定

利用了一套特殊设计光纤探头组成的稳定态光纤光谱仪测试生物组织的光学参数,从悬乳液(Intralipid)与模拟胶 (Phantom) 实验推导出优化散射系数(Reduced scattering coefficient: μ′s)近红外谱测量经验公式.测量反射系数就可以计算出优化散射系数谱.计算结果用模拟胶作了验证, 并对大鼠脑组织μ′s进行了实时在位测量,从而得到了一种μ′s在位测量的有效方法.     

无移动部件微泵的设计、制造及基于微PIV技术的流动测量

基于简化微泵加工难度、延长寿命及特殊管道流体特性原理，设计了一种无移动部件微泵。通过数值计算对设计微泵进行优化。用特殊材料PDMS及微机械加工工艺制造出微泵。用微PIV粒子成像技术测量了微泵流场特性及流量。可实现在工作频率．600～2000Hz下，微泵流量为0．01～0．1μL／s。     

纳米隔热材料透-反射光谱测量及辐射物性反演

基于辐射传递求解的改进二流近似和全局智能优化的遗传算法，结合材料的法向-半球反射率和透过率，构建了纳米隔热材料吸收系数和散射系数的辨识模型。采用文献中报道的两种玻璃的辐射物性参数数据数值验证了辨识方法的可靠性。实验测量了纳米隔热材料法向-半球透过率和反射率数据，辨识获得材料在0.4~7.0 μm波段的吸收系数和散射系数。研究表明：(1)构建的辨识方法能准确辨识材料的吸收和散射系数；(2)在0.4~7.0 μm内，材料的吸收系数介于70~3 900 m^-1，散射系数在180~3 000 m^-1之间，不同波长下数值差异大，呈现强烈的光谱选择性；(3)在2.5 μm以下材料内散射所占份额较大，在2.5 μm以上吸收明显占优，整体上呈现出强吸收、弱散射特征。     

多模光纤耦合损耗测量

设计了测量光纤耦合损耗的实验装置，测量了多模光纤与光源的耦合损耗、多模光纤与多模光纤在纵向偏移及横向偏移时的耦合损耗，理论上分析计算耦合损耗，实验结果与理论计算有较好的一致性。     

漂移流模型在大管内气液两相流动的适用性研究

采用光纤探针测量方法对垂直上升管中空气-水两相流动的局部截面含气率分布规律进行了研究。实验选用的管径为100mm,气相、液相表观速度的范围分别为0～0.1m/s和0～1.0m/s。在对光纤探针法的测量精度进行评价和标定基础上,利用实验获得的截面含气率和气泡速度径向分布信息,得出了分布参数与漂移速度,在此基础上对几类漂移流模型进行评价,发现漂移速度的计算方法不同是导致几类模型计算结果存在较大差异的主要原因;综合比较结果表明,Hibiki-Ishii(2003)漂移流模型计算截面含气率具有较高的精度。     

强激波阵面的非平衡结构研究

利用测量强激波波后N2 第一负系(0,0)带和(1,2)带的辐射,对强激波后振动温度历程的测量过程进行了探索,并利用Langmuir探针技术,在低密度激波管中对强激波后电子数密度历程进行了测量。测量和计算结果进行了对比。结果表明:N2 B2Σu 态的激发比振动能的激发更快;实验测得的振动温度有明显的周期性振荡;在激波速度7.65~7.85km/s、p1=1.33Pa、实验段内径0.8m下,实验有效时间只有约6.5μs,实验中的电子数密度不能达到峰值。在约10倍波前自由程的实验有效区域内,电子数密度的测量值与计算值吻合很好。     

在线三维几何量测量软件研究

介绍了最近研制成功的依维柯汽车底盘潢梁在三维几何量微电脑测量系统的测量原理和测量软件。该系统采用相对测量原理建立三维测量坐标系，通过系统误差软补偿提高测量系统精度。并根据优化原理提出了三坐标测量中一种新的几何量误差计算方法，该方法通过模拟被测件装配过程，对相关几何量误差进行最优计算，使测量误检率大大降低，保证了在实际测量中最大程度地通过合格件。     

改性C/C材料梁结构四点弯高温应变光纤传感测量

本文根据梁结构四点弯模型挠度与应变的关系特点,采用自主研制的光纤高温应变复合传感器,在改性C/C材料结构表面用高温无机胶粘贴布设传感器,放入高温挠度试验机进行常温至800℃条件下的四点弯加载试验,获得不同挠度下光纤复合传感器所测的应变数据,并与按四点弯模型计算的参考应变作对比,相对误差1-范数平均值在10%以内。通过有限元进行四点弯模型仿真计算,获得不同挠度下试验件上的应变仿真数据和光纤复合传感器测量的应变仿真数据,二者相对误差为7.56%。高温挠度试验和有限元仿真结果均证明,在测量梁的弯曲应变时,光纤高温应变复合传感器测量结果大于挠度对应的梁的实际应变值,相对误差在10%以内。     

基于双树复小波变换的风力叶片监测研究（英文）

对风力发电系统而言,结构服役期间的健康监测非常重要。由于布拉格光纤光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器的中心波长随应变或温度呈线性变化,因此FBG传感器广泛应用于结构测试。本文提出了基于FBG传感器的风力叶片监测方法,并通过实验验证该方法。沿着叶片长度方向粘贴5个FBG传感器进行应变测量。由于环境及测试噪声会掩盖结构真实信号,文中采用双树复小波变换(Dual-tree complex wavelet transform,DT-CWT)方法,进行数据处理,滤去噪声信号。实验验证结果表明,当其中一根叶片出现损坏时,测量应变出现明显波动,给定工作条件下,旋转周期为1 s,而结构完好时的周期为0.3 s。因此,利用布拉格光纤光栅传感系统进行应变测量,可以预测风力叶片系统的损坏。进一步研究表明,可以通过监测其中一根叶片,从而对整个风力发电系统进行故障预测。     

冲击谱计算方法的比较

一前言冲击谱计算方法有许多,先后付之使用的有直接法、O’hara法、迭代法、FFT法、递归数字滤波法(又称Z-变换法)、改进的数字滤波法及本人近年来提出的样条函数法。由于计算速度与计算精度等各方面原因,直接法、O’hara法和迭代法已被淘汰,而FFT法在计算冲击谱时也存在一些问题。对于余下的三种方法,文曾作了一次比较。作者在1985年底曾看到了这篇文章,感到该文许多结论是正确的,但也有结论还值得商榷,因此写就这篇文章,与同行们一起研究。     

生物组织中光场分布的有限元分析

基于对脑组织多层结构特殊性的认识,将有限元方法应用到脑组织的光场分布模拟研究中,即通过区域划分和分片插值确定基函数,并根据变分原理推导了辐射传输方程在边界条件下的泛函,进而得到每个单元的特征式和整个场的联立方程式,可求解联立方程式得到光场分布的模拟结果.最后,进一步讨论了有限元方法的合理性选择问题,给出有限元方法的适用条件是吸收系数远小于散射系数的生物组织.将此方法和蒙特卡罗方法模拟的光场分布进行比较,结果表明,有限元方法对脑组织内的光场分布模拟相当精确,同时模拟所用的时间大大缩短.     

CFRP二面角电磁散射特性分析

用时域有限差分(Finite difference-time domain,FD-TD)法分析计算了由碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)单向板组成的二面角的电磁反射特性.计算结果表明,碳纤维二面角的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)对纤维方向和极化方向敏感.当两块板的纤维方向垂直时,对极化方向敏感度降低.     

标准孔板流量计内部流场的CFD数值模拟

通过在标准孔板流量计中引入CFD数值模拟,为流出系数的获取提供了新途径.对不可压缩流体在不同流量、不同直径比、不同孔板轴向厚度和不同流动介质下的内部流场进行了数值模拟计算,并将计算出的流出系数与根据ISO公式计算出的流出系数进行了分析对比.结果表明,随着结构参数和工作条件的改变,流出系数都会随之发生变化,但ISO公式对孔板厚度的变化不太敏感.CFD数值模拟可以作为标准孔板流量计的辅助设计与标定手段,以进一步提高孔板流量计计量的准确性.     

光纤微位移传感器原理性研究

本文概述了光纤微位移传感器的设计过程及实验结果。该微位移传感器是采用普通单模光纤传输相干光,射到改进后的牛顿环上,由多模光纤接收两镜片反射光形成的干涉条纹,从而确定镜片移动的距离,它的精度可达到10~(-7m)。本文利用该装置对硬铝的膨胀系数作了测定,证明了该装置的可行性。     

镀膜光纤声相位调制器的研究

本文主要讨论氧化锌镀膜光纤光相位调制器。首先介绍了氧化锌镀膜光纤的几何结构，然后分析了此几何结构压电声光振荡的基本原理并推出了氧化锌镀膜光纤声光相位调制器Ｔ型网络的等效电路模型，最后给出了氧化锌镀膜光纤声光相位调制器的实验测试装置及基本工程原理。     

多层介质涂覆腔体电磁散射特性的IBC/FEM分析

将Leontovich阻抗边界条件(IBC)与矢量有限元法(EB-FEM)相结合对内壁涂覆多层介质开口腔体的电磁散射特性进行分析。将IBC和腔体口面边界积分方程分别转化为第三类边界条件形式，从而导出边值问题的相应泛函。表面输入阻抗通过广义反射系数得到，计入了介质内部电磁波的多次反射，提高了IBC／FEM混合法的精度。数值结果表明这种IBC／FEM方法在分析涂覆多层介质开口腔体电磁散射问题中的便捷性与精确性。     

基于内窥火焰传感器技术的超声速燃烧感知实验研究

高动态频响传感器及作动机构是高性能控制系统FADEC的关键技术之一。开发了一种基于被动火焰自发光谱的内窥式光纤火焰传感器进行光学诊断,初步验证了光纤火焰传感器数据的燃烧过程感知价值。基于中国科学院力学研究所的直连式超声速燃烧实验台,模拟了来流总温1475 K、总压1.68 MPa、马赫数5.6的发动机工作状态。在不同当量比和动量通量比条件下,使用新开发的内窥式光纤火焰传感器,测量了以CH*表征的燃烧释热率和以C₂*/CH*表征的局部当量比。结果表明:内窥式光纤传感器可感知燃烧室释热率的时空演变特性;内窥式光纤传感器可感知频域燃烧振荡特性,实验表明燃烧过程可能存在展向的热声振荡现象;内窥式光纤传感器C₂*/CH*光信号可感知局部当量比的时空演变特性,结合CH*光信号可应用于混合场与燃烧场关联性的研究;局部火焰质心位置的统计特征表征了剪切层稳焰模式和射流尾迹稳焰模式。     

光纤衰减测试系统的研究

在光纤通信中，光纤衰减是光纤捏的一项重要指标，通常需要测试光纤在某一较宽频段内各个波长的光纤衰减值，以选择合适的光源工作波长，笔者设计了一种新颖的双频检测光电系统，并采用单片机进行数据采集和处理。     

光纤式切削测力仪的研制

切削力信号含有丰富的刀具磨损信息。它反映刀具磨损最直接,与刀具磨损的相关性好,信号处理的实时性强,因此可利用它作为特征量来实时在线监测刀具磨损。但是,现有的各类测力仪由于存在实用性较差的缺点,从而限制了这种方法的实际应用。这主要表现在(1)现有的测力仪一般都需作专门的结构设计,相对于有限的装夹空间来说存在安装问题。(2)为了保证测量的灵敏度而导致加工系统刚度下降。(3)普通的测力仪尾部都有导线,用以引出信号,因而实用性不好。本文以解决上述三个问题为目标,应用光纤传感原理,设计并试验了光纤传感器、光纤式切割测力仪,并对其原理、性能、应用等方面作了系统的研究。     

Test Research of Seepage Monitoring Based on Distributed Optical Fiber

In this paper,a theoretical model of temperature and velocity of a fiber is derived.A test model simulating seepage indoor is designed.The optical fiber heating temperatures under different compaction degree and seepage velocities are measured through applying AC voltage on the optical fiber.The analyzing results show that the optical fiber heating temperature and seepage velocity are related in quadratic function.The quantitative relations of optical fiber temperature and seepage velocity under different soil types and compaction degree are fitted.Analysis on how the compaction degree influences the relation of optical fiber temperature and seepage velocity shows that with the increase of compaction degree,optical fiber heating temperature will gradually decline.The influence of soil type on fiber heating temperature is very complex.In practice,according to the characteristics of the soil,determining quantitative relationship and implementing quantitative monitoring of the seepage velocity are needed.