摘要：大型氦低温制冷技术是支撑空间技术和前沿基础科学等研究的关键技术.氦气喷油式螺杆压缩机是实现大型氦低温制冷循环的一种核心设备,技术难度高于一般气体介质的压缩机,是螺杆式压缩机技术制高点之一.针对压缩氦气容易泄漏和冷却难两大技术挑战,我们研究了适用于氦气工质高效率压缩的核心技术,包括转子新型线开发、喷油雾化冷却、高效率油-氦气分离技术等.提出了转子内部泄漏归一化权重分析方法和复杂多变量整体优化方法,开发出N_He和I两种适用于氦气压缩的流线型非对称新型线,动力学上更利于油膜形成,进一步提高了容积效率;根据螺杆转子热弹变形分析,采用补偿法设计调整转子间隙,提高了运行的可靠性.研究形成了单机压比范围为4~15和容量排量范围为100~10000 Nm3/h的成熟工业化产品,不同型号的性能指标达到或优于国际同等产品.研发的产品在国家重大低温装备、航天级氢液化、核工业、可控核聚变和氦工业等战略领域都获得了长期稳定的成功应用,促进了我国超导研究、前沿科学、氢能源和航天事业等领域的发展.

摘要：电磁探测法是海洋油气资源勘探的主要方法,而海洋电磁发射机是海洋电磁探测系统的关键设备.目前海洋电磁发射机水下拖体长时间工作时,会出现开关器件损坏现象.首先分析了采用单向可控源电路的发射桥换流过程,发现发射偶极寄生电感回馈能量使二级母线产生冲击电压,增大了开关管的电压应力.然后分析了双向可控源电路的工作模式,提出一种双变量解耦控制策略,在变压器前后两级建立的模型基础上,将原来的耦合非线性系统全局线性化为两个单输入单输出系统,以此获得滑模控制器的函数关系.仿真与实验结果表明,所设计的可控源电路可以明显减小母线电容的冲击电压和开关管的电压应力,提高系统的动态性能和效率.

摘要：在扫描干涉场曝光(SBIL)系统中,曝光光斑尺寸对干涉条纹的拼接精度、光栅制作效率及干涉场质量有着十分重要的影响。为获取合理的曝光光斑尺寸,基于高斯光束的传输规律及扫描拼接数学模型进行了数值模拟,讨论了曝光光斑尺寸对干涉条纹的非线性误差、刻线拼接误差和曝光对比度的影响。结果表明:小尺寸曝光光斑比大尺寸曝光光斑更有利于控制干涉条纹的非线性误差;由于存在周期测量误差,小尺寸曝光光斑有利于减小拼接后的刻线误差并提高曝光对比度。针对SBIL系统设计了曝光光路,并对所设计的光路进行了优化。对干涉场左右光斑形貌及干涉条纹相位的非线性误差进行了测量,结果表明:曝光光斑的束腰半径约为0.9mm,干涉条纹相位的非线性误差峰谷值为21.8nm。

摘要：为了提升扫描干涉场曝光光束对准精度,保证制作的光栅掩模槽形的质量,建立了曝光光束对准误差模型,利用模型对光束对准误差进行了分析。同时为了满足系统对光束重叠精度的要求,设计研制了光束自动对准系统,并对曝光光束进行了对准实验。分析结果表明,当光束存在较大对准误差时,光栅基底表面曝光对比度大幅下降,而且由于采用步进扫描的曝光方式,光刻胶表面出现了各处曝光不均匀的现象,影响光栅掩模槽形的质量。设计的对准系统可以对光束角度与位置进行对准调节,系统整体表现出良好的收敛性能,多步调节后可使光束位置对准精度优于10μm,光束角度对准精度优于9μrad。这样的曝光光束对准精度可以满足系统要求,达到了预期的设计目的。

摘要：本文发展了开放式自屏蔽全身成像高场超导磁共振成像(MRI)磁体的优化设计方法,使设计出来的磁体仅有4对超导线圈.这种开放结构的超导MRI磁体优化设计方法集成了线性规划算法和遗传算法.通过迭代线性规划算法可以在考虑成像区域(DSV)磁感应强度约束、磁场不均匀度约束、5 Gs线范围约束、线圈区域最大磁场值约束和最大环向应力约束的条件下,获得用线量最少的线圈初始形状和位置,同时可以得到每个线圈的层数和每层匝数;通过遗传算法可以提高DSV区域的磁场不均匀度,以达到高质量成像的要求.这种集成的优化设计方法既可以灵活有效的设计开放式MRI磁体,也可以设计传统的圆柱形MRI磁体,本文通过一个1.2 T的开放式MRI磁体的设计清楚的展示了这种优化方法.

摘要：为了提高激光表面硬化的加工效率，可采用线状点阵分布光束取代原始单点高斯分布光束作为加工光源。利用均匀采样的Dammann光栅设计了线状点阵分布整形光束，对比了三种评价函数参数修订下的设计输出，其中一种修订方法得到较均匀输出，其他两种修订方法得到低零级的输出结果。设计并制作了一种非均匀线状多点阵分布整形光束用于实际表面硬化，得到的加工效果与设计要求相一致。

摘要：通过抽运结构的优化设计，对YAG晶体的轴向吸收系数非均匀特性进行了补偿，实现了直径15mmNd：YAG晶体的轴向高均匀抽运。分析了轴向非均匀晶体吸收系数的影响，提出在控制抽运光中心波长的基础上，通过改变结构参数来补偿轴向吸收系数不均匀导致的抽运不均匀的方法。实验验证了轴向吸收系数为2．343～2．882cm^-1的Nd：YAG棒的均匀抽运优化方案。

摘要：光束自动对准技术是扫描干涉场曝光系统中的关键技术之一,两曝光光束位置与角度的重合程度直接影响所制作光栅掩模的槽型质量。针对光束对准过程中光束调整的两个运动维度之间存在相互耦合的情况,推导了存在耦合时对准算法的收敛条件,并分析了光路中反射镜与解耦平面之间存在的装调误差对对准性能的影响。分析得出,装调误差降低了光束对准系统性能,甚至导致对准算法发散,通过调节光路中反射镜M_2和解耦平面的距离L_2与反射镜M_1和解耦平面的距离L_1的比值L_2/L_1可以优化系统的收敛性能。实验结果表明,当L_2/L_1较大时对准系统调节性能较差,收敛速率较低;当L_2/L_1较小时光束对准系统可以快速地收敛到目标位置,有效地对光束进行对准调节。推导证明与模拟分析可为光束对准系统以及整个曝光光路的设计提供理论指导。

摘要：设计了一套光栅刻划机刀架系统。该系统将刻划刀具部分安装于能绕鞍形滑块自由转动的安装板上,利用铰链机构来实现了刀架刻划部分与承重部分的分离,降低运动中鞍形滑块的变形、偏移等对金刚石刻刀的影响。分析了刀架运动中产生的误差以及该误差对金刚石刻刀的影响。提出了一种新型检测光路结构,该结构利用双频激光干涉仪测量运动中刀架相对于导向导轨的位移变化。结果显示,刀架单向行程约70mm时,刀架在光栅刻划阶段相对于导向导轨在分度方向的最大位移值约为60nm。由于在刻划阶段,膜层对金刚石刻刀存在约束作用,所以金刚石刻刀相对于导向导轨的实际位移会更小。利用新的刀架结构刻制了一块70mm×70mm,600gr/mm的衍射光栅,对比利用原刀架结构刻制的光栅,该光栅杂散光强度减弱,质量提高。

摘要：尝试在大型衍射光栅刻划机中使用气浮导轨承载金刚石刻划刀具系统运行。气浮导轨同时承担刀具系统的承重与导向任务,由于使用气体作为润滑剂而接近零摩擦状态,可以避免触点磨损及低速爬行现象。分析了气浮导轨工作过程中产生的误差及该误差对刻划刀具运动轨迹的影响,并使用双频激光干涉仪测量刻划过程中刻划刀具运动的直线度误差。测量结果表明,金刚石刀具系统单向行程400 mm时,该误差约为200 nm,小于使用石英导轨承载刀具系统时的误差,同时在高频振动方面有明显改善。刻制一段79 gr/mm,400 mm×500 mm的中阶梯光栅,观察其衍射光斑并使用照度计检测得其不同位置杂散光强度为0.2‰~5‰,实验结果表明使用气浮导轨承载刻划刀具可以满足光栅刻划精度要求。