普通单模光纤波片及偏振控制器的研究

本文介绍了基于普通单模光纤弯曲双折射效应而构成的光纤波片装置原理及设计方法。通过实验研究得到了对氦氖激光(波长0.6328μm)光纤半波片及1/4波片的最佳结构参数。这种光纤波片制作简单,尺寸小,是干涉型光纤传感器中进行偏振态控制以实现全光纤系统的重要元件。     

叶轮机转子内流场的三维激光测量

用一台一维激光测速仪和一台二维激光测速仪组合成一套三维激光测速系统。      

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。     

激光测速仪用于固体推进剂燃烧流场诊断的可行性分析

激光测速仪能否用于固体推进剂燃烧流场的诊断,这是固体推进剂燃烧研究工作者所关心的问题。本文从激光测速的原理出发,结合固体推进剂燃烧的具体特点,从理论和实际应用上分析了这一测试新技术的优点、存在问题和可能解决的办法,指出了它作为固体推进剂燃烧流场诊断工具的前途和巨大潜力。 激光测速是一门新兴的测量流场速度的先进技术。激光测速仪与皮托管和热线风速仪等传统的测速方法相比,具有不干扰流场、测速范围宽、测量精度高、测速方向灵敏、空间和时间分辨率高、测量前无需标定以及只对速度敏感而与流体的其他参量无关等优点。正因为如此,激光测速技术特别适用于很多特殊的流体力学课题的研究,例如燃烧火焰、旋转叶轮、狭窄通道、化学反应流、高强度湍流、激波、粘性边界层、各种风洞和水洞、以及那些无法用皮托管或热线风速仪测量的其他场合。     

掺杂对甘油激光烧蚀冲量耦合特性的影响

为了研究激光推进技术中液体工质的最优掺杂浓度,进行了激光烧蚀掺杂甘油液体工质的冲量耦合特性实验研究。实验中采用10ns脉宽的Nd:YAG激光器烧蚀粘性液体甘油,在甘油中混合了不同浓度的纳米碳粉作为掺杂剂,以提高对激光能量的吸收。运用阴影测量法观测了激光烧蚀羽流的喷射过程,对不同掺杂浓度甘油的烧蚀产物、等离子体膨胀、激波传播、飞溅现象进行了对比分析;运用激光干涉扭摆法测量了烧蚀冲量,并分析了掺杂浓度对冲量耦合系数的影响。实验结果表明,掺碳后甘油的喷射行为、激波速度和冲量都发生了改变,而且掺碳后甘油的冲量耦合系数和比冲有了显著提高。综合分析得到1%浓度碳粉是甘油的最优掺杂浓度,此时冲量耦合系数从无掺杂时的67 m N·s/J提高到1250m N·s/J。     

基于激光多普勒测速仪的车载捷联惯导系统行进间快速对准方法研究

在载体线运动状态下,单纯依靠捷联惯组自身的测量是无法实现自主对准的,此时传统的粗对准方法误差大甚至不可用。本文设计了一种基于激光多普勒测速仪的行进间快速对准方法,理论分析表明,通过对传统惯性系对准算法中加入速度及加速度修正项完全可以实现载体存在非周期线运动情况下的快速对准。仿真结果表明,在激光多普勒测速仪测速精度在0.5%、输出速度更新频率在20Hz的情况下,输出对准姿态角在150s以内即可收敛到稳态值,横摇角和俯仰角误差在25″以内,航向角误差在0.03°以内,可以满足一定精度范围内的快速对准需求,也可以为后续的精对准过程提供较为准确的初始姿态。     

波浪形前缘降低后掠叶片宽频噪声实验研究

为了研究波浪形前缘对后掠叶片湍流干涉噪声的影响,通过放置于叶片上游的倾斜圆柱产生尾迹,圆柱尾迹为各向异性的湍流,之后湍流与叶片相互干涉产生干涉噪声。实验采用的叶型后掠角度为30°,截面为NACA0012翼型。在气流来流速度30m/s,40m/,60m/s和70m/s的情况下（基于叶片弦长的雷诺数为300000~700000）,使用31个麦克风线阵列测量了基准后掠叶片与波浪形前缘叶片对应的叶片湍流干涉噪声。采用Clean-SC算法处理数据,得到不同幅值与波长下后掠叶片前缘噪声信息。实验结果表明,波浪形前缘幅值与波长对总声压级降噪量均有影响,使用最大幅值和最小波长的波浪形前缘降噪效果最好;不同气流速度下,采用相同的波浪形前缘,使用斯特劳哈尔数表征的噪声频谱图变化规律相似。     

倾斜圆管内空泡份额径向分布及形成机制

采用光纤探针测量方法,对倾斜圆管中气液两相流动的空泡径向分布特性进行了实验研究,并对其形成原因进行了分析.实验选用有机玻璃圆管内径为50mm,竖直倾斜角度为5°,15°和30°,液相折算速度为0.071~0.284m/s,气相折算速度的范围为0~0.05m/s.结果表明:随着倾斜角度的增加,空泡份额径向分布逐渐由"核峰"、"壁峰"分布向单一"壁峰"分布转变;通过分析气泡受到的横向升力、浮力径向分量和壁面力,发现升力、浮力、壁面力的共同作用,使气泡在圆管径向位置15mm与22mm之间处聚集,从而造成空泡份额沿径向呈"壁峰"型分布.     

传输激光能量的光纤滑环结构设计与试验研究

本文设计了一种光纤滑环结构,可实现将激光能量从固定平台传输到旋转平台。该光纤滑环结构可精确控制对接光纤的端面间隙,有效保护传能光纤。实验表明,光纤耦合效率可达90%左右,可满足科研及工业应用需求。     

非对称突扩分离区三维流动特性的激光测量和可视化

用实验方法测量了非对称阶跃扩张管道中湍流分离区的三维速度分布。测量是用自制的双差动型声-光频移二维激光测速仪完成的。管道扩张比为2:1,展高比为3:2,实验雷诺数为5700。在分离区紧靠台阶的下游,测得了一对展向涡,涡心位置随高度略有变动。沿展向再附点的位置也不同,在中心截面再附长度最大,接近两侧壁时分离区有缩小趋势。用激光可视化技术得到了回流区和展向涡的流动图形,与激光测速的定量结果很一致。     

月球探测器天文测角/单程无线电时间差分测距/差分测速导航方法

月球探测器高精度导航技术是确保月球探测任务顺利实施的关键技术之一。当前,大多数月球探测器都是利用地面无线电进行导航和控制,但存在可测控弧段短、易受干扰等局限性,且对于月球背面探测,存在无法直接测控的不足。针对上述问题,提出了一种新的基于天文测角/单程无线电差分测距/差分测速的月球探测器组合导航方法。该方法使用了天文星光角距、探测器接收到的来自地面站或中继星的单程无线电时间差分测距和时间差分多普勒测速3种量测信息,可有效抑制星上时钟和频谱仪的时间和频率测量误差。收敛后的平均位置和速度估计误差分别为902.7 m和0.12 m/s,最大的位置和速度估计误差分别为1 548.2 m和0.24 m/s。仿真分析结果表明该方法具有较高自主导航精度。     

空气流速和自热效应对湿度传感器测量准确度的影响

通过对多种典型型号湿度传感器在不同空气流速条件下对同一相对湿度测量结果的变化的实验研究,得出了0～1.5 m/s流速范围内湿度传感器的示值随流速的变化趋势,即示值随流速增大而增大,总变化量最大达2%RH以上,且变化主要发生0.5 m/s以下的低流速情况下,同时传感器表面温度随流速增大而降低,两者变化趋势相互吻合。进一步分析表明,上述现象是湿度传感器的自热效应和空气与传感器之间的对流换热效应共同作用的结果,它给湿度传感器的测量结果带来新增不确定度。     

调频连续波激光雷达目标相对距离及径向速度信息提取方法

利用线性调频连续波（LFM/CW）激光雷达进行测量时,相对运动引起的多普勒效应和信息输出延迟都会造成测量结果偏差。分析了多普勒效应和信息输出延迟对测量的影响,提出了基于偏差抵消原理的相对距离及径向速度信息提取方法,根据测量任务需求对该方法和基于二维傅里叶变换的信息提取方法进行了仿真比较。结果表明：基于偏差抵消的信息提取方法不仅可以在相对径向速度未知的情况下准确提取目标相对距离信息,更可在每个调频周期结束后给出测距结果从而提高测距实时性;相比基于二维傅里叶变换的信息提取方法,当相对径向速度小于750 m/s时,基于偏差抵消的信息提取方法可使得测速偏差减小一个数量级。     

Reduced minimum configuration fiber optic gyro for land navigationapplications

Further cost reduction of the fiber optic gyroscope is necessary to meet the economic requirements of land navigation systems. Previous concentration was on the reduction of the number of splices and component improvements in the open-loop minimum configuration. Now non-essential components and splices are eliminated. The source-detector coupler is not part of the Sagnac interferometer, and serves solely to direct light from the interferometer into the output photodetector. Many commercial laser diodes incorporate a back-facet photodetector to monitor laser intensity. The signal returned from the Sagnac traverses the laser, and can be detected at this photodetector. The gyro signal can be distinguished from the laser signal by the bias modulation applied in the interferometer. Configuring a gyro in this manner eliminates a directional coupler and the separate photodetector, as well as up to two fiber splices in an all-fiber gyroscope. A production, open-loop fiber optic gyroscope has been modified to demonstrate this principle. The gyroscope exhibits performance comparable to the conventional minimum configuration     

高速冲击下块体金属玻璃动力学响应的实验研究

块体金属玻璃具有极高的力学强度,存在潜在的军事应用价值,实现其应用的关键在于认识材料在高应变率下的动力学行为特性。为此,利用飞片驱动速度可达3．5km／s的电炮加载装置,对一种新制备的锆基块体金属玻璃的动力学响应进行了实验研究。实验中,基于高精度DPS激光干涉仪测得的样品／窗口界面粒子速度波剖面,获得了新材料在应变率约为10^5／s下的冲击响应特性参数。在加载压力15～25GPa范围下,确定的Hugoniot弹性极限约为2．4GPa,线性拟合得到的冲击Hugoniot关系为Ds=（4．4±0．1）＋（0．58±0．08）up。     

干涉仪测量数据联合定位的方法

提出了干涉仪测量系统的六通道测量数据联合定位的处理思想，并提供了具体的计算处理方法。该新方法是将测速数据与定位数据联合确定运载火箭的位置坐标，进而可计算其速度、加速度等其它弹道参数，这无疑会提高测量数据的利用率和改进弹道计算结果的精度。     

两米光栅——线纹自动测量仪（一）

描述了一台能够对长度达１ｍ的线纹尺和长度达２ｍ的光栅尺（线位移传感器）进行测量的激光干涉仪，干涉仪设计成了双干涉光路系统，以消除光栅尺安装引入的阿贝误差，这台测量仪采用干涉条纹计量原理，对光栅尺和线纹尺的线值精度进行检测，并能对光机信号的质量进行评价。测量过程中，对空气折射率实现了实时修正。     

基于改进容积卡尔曼滤波的惯性/光流组合自主测速方法

针对容积卡尔曼滤波算法在惯性/光流组合测速数据融合时出现由于各系统输出数据频率不一致导致融合精度有限的问题,提出了一种基于多速率残差校正的改进容积卡尔曼滤波算法.通过当前时刻误差估算组合导航系统残差,再使用估算后的残差对速度估计值进行补偿,最终实现惯性/光流组合系统速度测量值的数据融合.实验结果表明,通过提出的改进容积卡尔曼滤波对惯性/光流数据进行融合后,东向速度均方根误差为0.2964m/s,北向速度均方根误差为0.06m/s,与现有其他卡尔曼滤波算法相比,此方法可显著提高惯性/光流组合系统的速度测量精度.     

可压缩流体恒温热线风速仪校准方法

开展了恒温(CT)热线风速仪校准方法的研究,以满足可压缩流体中湍流度测量需求。将对数函数与多元回归技术相结合,建立了恒温热线风速仪校准的数学模型,并进行了风洞湍流度测量试验验证。在马赫数Ma=0.3~0.55范围内进行了校准试验,根据建立的数学模型对试验数据进行拟合,拟合优度R2=0.999 82,平均绝对速度偏差Δu=0.18m/s,基本满足了恒温热线风速仪校准精度要求。对马赫数Ma=0.55条件下流场进行了湍流度测量,速度测量偏差为0.034%,流场湍流度Tu=0.14%。试验结果证明了恒温热线风速仪应用于可压缩流体速度测量的可行性。