陆地生态系统碳监测卫星日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪设计与验证

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪(简称超光谱探测仪)是陆地生态系统碳监测卫星“句(gōu)芒号”四个有效载荷之一。超光谱探测仪是国际上首台专门设计探测太阳诱导植被荧光载荷,光谱范围670nm～780nm,光谱分辨率0.3nm,对地观测幅宽34km。为了保证探测精度,探测仪要求在10mW·m^–2·sr^–1·nm^–1输入光谱辐亮度下信噪比大于200。针对高精度定量化探测需求,国内首次采用高稳定双焦距望远光学系统设计,实现了光学系统的公差比传统设计低4倍,采用高性能AD量化器件和电路抑制设计实现513.1高信噪比,采用高稳定漫反射板(Quasi Volume Diffuser,QVD),实现在轨高稳定性能监测,采用间接控温实现0.08℃精密控温。文章给出了探测仪设计与实验室验证情况,并给出了外场试验结果和在轨初步反演结果。     

长周期光纤光栅用于材料热膨胀系数的测量

基于长周期光纤光栅(Long-period fiber grating,LPFG)对应变和温度的敏感特性,用两只LPFG光栅测量材料的热膨胀系数,提出用一只自由状态的LPFG光栅作为实验光栅的温度补偿。实验原理简单,操作方便,克服了传统测量方法对试件本身的要求,且传感信号属于波长解调,不受光强波动及光纤损耗的影响。通过实验获得了对铝板的测量误差约为0.6%,实验结果表明采用LPFG光栅测量材料热膨胀系数的方法是可行的。     

基于FBG传感器的固体火箭发动机结构健康监测技术

讨论光纤布拉格光栅(FBG)传感技术用于固体火箭发动机结构应变场、温度场和损伤状况健康监测的可行性。分析了利用FBG传感器组成固体火箭发动机结构健康监测系统的关键技术问题,包括光纤传感器的工艺集成,光纤传感网络的最优化布置,分布式传感器信号的解耦与处理等,并给出一些研究结论和初步解决方案。基于FBG传感器的健康监测系统在固体火箭发动机领域显示了良好的应用前景。     

无谐波软X射线单色仪设计

能量在0.1～1keV范围的软X射线辐射在空间科学任务中具有重要应用.飞行前的辐射定标试验及地面辐射定标系统采用传统单色仪分光时,由于波长的整数倍关系带来的高次谐波污染问题非常严重.高次谐波在光束中的占比严重影响了软X射线探测仪器的定标数据精度.本文探讨了无谐波单极衍射技术在产生具有高单色性能的软X射线光束中的应用,基于单极衍射光栅技术实现软X射线无谐波单色仪设计.软X射线无谐波单色仪应用于空间辐射定标系统时能够将高次谐波占比抑制到0.3%以下,满足空间软X射线科学仪器高精度辐射定标试验对高次谐波抑制的要求.     

基于FR4的多自由度电磁式扫描光栅微镜结构设计

本文面向低成本、高可靠、便携式光谱分析检测设备的需要，提出了一种基于FR4（Flame Retardant，阻燃等级为UL94V-O的板材，4表示树脂为环氧树脂、增强材料为玻璃纤维布）复合材料的多自由度电磁驱动微型集成扫描光栅微镜新结构。通过多自由度结构设计，有效提升了微镜转动角度。建立了器件有限元仿真模型，开展了静力学、模态及谐响应分析。有限元分析结果表明：微镜能够在设定谐振模态下工作，其微镜与驱动线圈的位移比值为1.795，为大转角电磁式微型集成扫描光栅微镜设计提供了一种新方法。     

基于光纤光栅的风机叶片应变与振动监测技术

为满足某型塔架式风电机组叶片的监测需求，提出了一种基于光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）传感网络的结构监测方法。建立叶片三维模型并进行有限元仿真，获得其工作状态下的应变分布。设计FBG封装及布局方案，实时监测各传感点应变数值及变化规律。通过快速傅里叶变换分析其振动特性，探究温度、风速等环境因素对该监测系统可靠性的影响。结果表明，基于FBG的应变-振动测试方法能有效监测叶片对风压的载荷响应及振动频率，误差范围在0.04 Hz以内，满足实际工程需求。