低温辐射计吸收腔研制

针对高灵敏度低温辐射计研制需求,提出一种低温辐射计吸收腔.设计椭球面光阑的多次反射结构,同时采用扩散焊工艺,进而实现了椭球面光阑、斜口—斜底圆柱腔和斜底面三部分的焊接成形,以此形成有效光陷阱,使入射到吸收腔中的辐射被近似完全吸收.制备具备多孔结构的碳纳米管涂层,采用喷涂为主的工艺实现腔体内壁涂层的均匀性分布.基于积分球...     

基于光学天线的多光谱窄带热探测器及其应用

在回顾热探测器的工作原理、材料体系和典型应用的基础上，着重介绍了利用光学天线调控热探测器像元的光谱响应、实现多光谱窄带探测的技术路线。首次提出了将基于光学天线的多光谱窄带探测器用于非色散红外光谱法(NDIR)进行多种气体传感的应用场景，以摆脱对窄带滤光片的依赖；针对八种典型的危害性气体(H2S、CH4、CO2、CO、NO、CH2O、NO2、SO2)的特征吸收波长构建了多光谱窄带探测器阵列，并采用NDIR进行了单一气体检测，由实验测得的气体检测下限与商用NDIR气体传感器的检测下限相当；发展了从多个窄带探测器的输出信号组合反推混合气体中各组分浓度的数学模型，并进行了NDIR多组分混合气体实验验证。结合商业案例，分析了超构材料多光谱窄带探测技术在固体、液体、气体等形态的物质成分分析中的实用价值，展望了其在国防军事、工业化工、食品安全及污染检测等领域中的应用前景。     

一种复杂场景下的人眼检测算法

针对复杂场景下的人眼检测问题，间接方法和直接方法具有一定的局限性。提出了一种不依赖人脸检测的直接型人眼检测算法，以解决复杂场景下多尺度尤其是小尺度人眼检测问题。算法通过减少下采样因子并加入扩张残差单元以提升小尺度人眼检测能力，且对多尺度特征相互拼接以保证多尺度人眼检测的精度。同时，算法借助于压缩特征输出通道降低了模型复杂度，使人眼检测效率得以提升。实验结果表明:所提模型可以在小尺度下有效地进行左右眼区分，并在红外数据上表现良好。经在DIF数据集上进行训练与测试，所提模型在较小尺度下人眼检测精度达到82.59%，检测效率达到30.5 fps。      

基于有限体积法和SNBCK模型的红外辐射特性计算

耦合求解流场、组分浓度场、基于SNBCK模型的气体辐射传输/能量方程以求准确模拟飞行器排气系统气动热力及红外特性.窄带模型参数由HITEMP逐线计算数据库计算得到.通过CO₂4.3μm波段吸收率计算,圆柱炉膛辐射换热特性计算两个算例验证了所采用程序求解辐射传输/能量方程的准确性.最后计算了两种二元喷管的红外特性,结果表明大宽高比二元喷管地面和空中状态红外辐射特性差异巨大.     

准互易光学电压传感器的电场计算与误差分析

针对一种新型的具有准互易反射式光路结构的光学电压传感器,设计了基于锗酸铋(BGO,Bi₄Ge₃O₁₂)晶体横向调制方式的高压探头.采用ANSYS有限元分析软件对所设计的高压探头进行电场计算,得到了探头内的电场及电势分布;讨论了探头内电场分布不均匀及干扰电场导致的测量误差.计算结果表明:标准条件下探头的最高可测电压不低于15 kV;电场分布不均匀导致光沿着晶体内不同路径传输时,电场强度对路径的积分结果即测量电压不同,影响传感器的稳定性和测量精度;探头内干扰电场导致0~5 kV范围内最大测量误差达1.2‰,这一测量误差对于2‰精度的电压传感器是不可忽略的.      

基于CO2浓度监测的飞机火警探测方法

目前飞机普遍采用感温、感烟火警探测方法,其存在误报率高的缺陷.分析了发生火灾时气态燃烧产物的生成规律,提出了以CO_2气体为火警探测参量,通过准确监测环境中CO_2气体浓度的变化,进行飞机火警探测的方法;根据飞机飞行所处环境条件的特殊性,研究了基于非色散红外(NDIR)吸收原理的CO_2气体浓度监测的飞机火警探测方法应用于飞机上所面临的温度补偿难题;根据飞机火警探测器测量电压与环境温度、参比电压之间的关系,采用偏最小二乘(PLS)法建立飞机火警探测器温度补偿模型;根据飞机火警探测器测量电压与CO_2气体浓度之间的关系,采用PLS法建立CO_2气体浓度计算模型;研究了基于CO_2气体浓度监测的报警算法,为飞机火警探测提供了一种新的方法.     

轴压开口圆柱薄壳屈曲分析与试验

开口圆柱薄壳结构的轴向承载能力和稳定性分析是空间薄壁管式伸展机构(STEM,Storable Tubular Extendable Member)设计的关键问题之一.基于特征值屈曲分析方法,研究了轴压铍青铜开口圆柱薄壳结构在两端固支条件下的屈曲载荷与设计参数间的关系,利用幂函数拟合的方法建立了一种轴压开口圆柱薄壳屈曲载荷模型.通过铍青铜开口圆柱薄壳轴向压缩试验对特征值屈曲分析和所建立的轴压开口圆柱薄壳屈曲载荷模型进行了验证.结果表明:特征值屈曲分析方法可用于各向同性材料开口圆柱薄壳结构在两端固支条件下的轴向承载能力与稳定性分析;使用轴压开口圆柱薄壳屈曲载荷模型计算各向同性材料的开口圆柱薄壳在两端固支条件下受轴压作用时的屈曲载荷,最大误差为21%.     

飞秒激光系统图像调焦装置以及方法

飞秒激光直写技术在复杂三维微结构加工领域具有显著优势，而调焦是否精准直接影响了所加工结构的完整度.提出了在光路中临时置入调焦光源和物的图像调焦技术，通过调节物的位置使其成像面与激光聚焦面一致，从而通过清晰可分辨的成像状态间接反映激光聚焦状态.利用Zemax软件模拟分析了原飞秒激光光路与加入调焦光源和物的调焦光路，二者可实现相同加工物镜后工作距离与良好成像质量，证明了该方法的可行性.通过分析得到该过程的成像误差主要由成像镜头焦深(3.9 μm)引起，我们获得的理想调焦精度可达到1/2焦深以内.设计了单层高度为5 μm的二层圆柱结构，通过多次实验验证了所加工元件高度误差在1.5 μm范围以内，与理论分析一致，满足飞秒激光系统的调焦要求.     

光抽运小铯束频率标准中光频移的测量

对光抽运小铯束管的光频移进行了测量 ,并对结果进行了简要的分析 ,估算了射入Ramsey腔的相应光强。导致光频移的光源是抽运光和检测光通过漫反射进入微波腔的部分和原子束中的铯原子自发辐射所产生的荧光。     

腔式宽光谱高吸收比标准器研制及测试分析

为解决高吸收比极端量值溯源难题，基于腔式吸收器光陷阱作用，研制了吸收比达0.999以上、光谱范围为300～1 100 nm的腔式宽光谱高吸收比标准器并进行了性能测试。设计了圆柱圆锥形、球形和不同直径带螺纹圆柱形等腔式吸收器，使用Fred软件，基于Gouffe法和蒙特卡罗法对吸收率进行模拟，使用铝合金材料制作了内壁分别喷涂航空黑漆和电镀纳米涂层的两套实物，对实物进行了吸收比性能测试，分析研究不同形状和尺寸腔体对吸收率的影响。腔吸收器吸收率测试结果表明，腔口开孔直径为25 mm,内壁涂有吸收率为0.970的航空黑漆或纳米铜的球形腔和圆柱圆锥形腔更高，在300～1 100 nm波段范围平均吸收率达0.999以上。     

一种实现光学隐身的卫星构型设计

目前对地球同步轨道(GEO)空间目标的探测和识别,主要依赖光学监视系统接收其反射的太阳光线.鉴于可见光反射原理,和空间目标可见光反射特性计算模型,提出光学隐身卫星设计策略,分别对卫星平台构型、太阳能帆板、半球形遮光罩进行设计,对整星外形进行仿真分析,最后提出分布式卫星的构想.结果表明,该卫星构型光学横截面积峰值达到0.082 m~2,该构型设计具有较高的隐蔽性,不易被光学监视系统探测识别.     

基于目标特性的航天器太阳光压面积计算方法

太阳光压是影响深空探测航天器轨道确定与预报精度最主要的摄动力.针对实际任务需求，采用了一种基于目标特性的光压面积建模与计算方法，根据航天器形状、尺寸、表面材料以及材料光学特性等信息，实现了分析型光压模型的建立与求解，提高了计算效率和精度，可快速计算目标在光照方向上的光压面积、投影面积以及光压比例因子等参数.通过长方体光压面积理论值与仿真值的对比，验证了该方法的准确性和有效性.针对复杂结构探测器开展了光压面积计算，可为深空探测航天器精密定轨中的光压模型解算、定轨及预报提供参考.      

毕托管法烟气流速连续监测系统研究

设计了一个试验装置来模拟固定污染源烟道;在此基础上,对S型毕托管监测烟气流速进行了试验。结果表明,S型毕托管进行正确的标定后,完全可以满足烟气流速连续在线监测。     

一种新颖的微型化收发一体模块

光纤陀螺精度受温度、振动的影响较大.在分析了输入通道混偏型方案和全保偏型方案的局限性基础上,设计了一种微型化收发一体模块,将超辐射发光二极管光源、半透半反玻片、准直透镜、自聚焦透镜、PIN探测器和场效应晶体管电路集成在一起,采用系统内集成封装技术,封装内部抽真空.光在真空传播不产生双折射,因此避免了温度变化、振动等原因对系统精度和可靠性的影响,从而提高了光纤陀螺的整体性能.用光束扫描仪对Superlum公司生产的SLD-57-HP型光源建模,根据高斯光束的特性设计了光学系统,分析了菲涅尔反射损耗对其的影响,并用Zemax软件进行了仿真,其耦合效率为38.98%,远优于目前20%左右的耦合效率.     

基于石墨烯膜的光纤Fabry-Perot腔干涉特性分析

针对以新型材料石墨烯为膜片的光纤法珀压力传感器,应用圆薄膜大挠度弹性理论,利用有限元法分析了均布载荷下石墨烯膜的挠度形变;并基于Fabry-Perot干涉仪原理,建立了光纤Fabry-Perot腔压力传感的数学模型.根据石墨烯膜折射率特性,分析了层数、入射光角度等参数对石墨烯膜反射率的影响,获取了腔长损耗以及薄膜挠度形变导致腔长变化而引起的干涉光谱变化规律.仿真结果表明,增加薄膜层数可提高反射率、改善干涉性能;但随着载荷增加,其对挠度形变的影响表现为反向递减效应.8层石墨烯薄膜可获得0.715%的反射率,且当腔长为40μm时,直径25μm薄膜的理论压力灵敏度约为10nm/kPa.这为基于多层石墨烯的膜片式光纤压力传感器的设计提供了理论依据.      

内卫星辐射计效应建模与分析

辐射计效应是内卫星的主要干扰因素之一, 是决定内编队重力场测量水平的重要因素. 通过分析内卫星所受辐射计效应产生的原因, 建立了内卫星辐射计效应模型, 并分析了各个参数对辐射计效应的影响及减小辐射计效应的方法. 结果表明, 通过降低腔体中平均压力、内卫星表面和外卫星腔体内壁面温度梯度以及内卫星的面质比均可减小辐射计效应引起的加速度.      

光学镜头偏振度测试技术研究

根据斯托克斯参量计算偏振度的方法，设计了光学镜头偏振度测量仪。光学镜头偏振度测量仪采用模块化结构设计，共分为光源系统、准直光学系统、载物转台、探测系统以及后续的信号处理和计算控制系统等五部分。测量透过被测量光学镜头的光分别在0，45，90，135振动方向光信号大小τH，τ45，τV，τ135，以及左旋圆偏振光、右旋圆偏振光信号的大小礼，Jr尺，计算出光学镜头的偏振度；通过对测量装置的分析，找出了影响测试结果的几个因素，并由此分析了不确定度的来源，建立了测量不确定度的数学模型，得到了装置的扩展不确定度约为0．5％。     

基于半光程差的天线反射面型面精度检测

型面拟合最小量的选取是天线面板型面检测中的关键技术之一.天线表面各点半光程差的均方根是衡量天线型面精度的指标.根据圆锥曲面的几何定义及其光学性质,提出了圆锥曲面天线面板半光程差的直接计算方法,给出了基于半光程差的非线性最小二乘曲面拟合算法.以旋转抛物面天线面板为例,通过模拟和实际测量,对比分析了分别选取轴向误差和半光程差作为最小量拟合计算结果.试验验证了选取半光程差作为最小量拟合的算法具有更高的数值计算精度及稳定性.