摘要：在利用多模光纤进行太阳表面磁场、视向速度测量等高分辨率天文光谱探测时,获得的光谱图像存在明显的能量分布不均匀的现象,出现了散斑。分析其原因可知,光纤光谱成像时,成像系统收到的是光纤出射端不同波长的像沿色散方向的展开。而光谱仪的高色散率使成像系统的每个像元所对应的光谱范围都非常窄,具有非常好的相干性。多模光纤内存在多种传输模式,每个波长的各个模式之间干涉形成的散斑图样的能量中心会偏离光纤几何中心,降低了光谱测量准确度。为了解决这一问题,设计了一种抑制散斑影响的多维机械扰模系统,用来提高光纤光谱测量精度。多维机械扰动装置由三个不同方向、不同频率运动的机械结构组成。通过调节三个机械装置以不同的频率振动,使光纤中的传导模式产生接近随机的相位漂移,从而使光纤出射端的散斑图样发生随机改变,经过长时间曝光(对应多幅散斑图样叠加平均)可以消除散斑的影响。为了检验系统的扰模效果,使用芯径为35μm的光纤研究了650 nm激光的出射散斑场能量分布,并提出以能量中心偏移位置的标准偏差作为光纤模式散斑能量分布离散度以及对天文光纤光谱测量精度影响的评价函数。首先,对比分析了不扰模、手动扰模、一维扰模和多维扰模下的各1000张散斑图叠加平均效果,结果显示手动扰模和多维机械扰模效果较好,散斑平均叠加图能量分布较为均匀。然后,又比较了散斑图叠加数量(等效于不同曝光时间)的多维扰模效果。实验结果表明,经过多维机械扰模的100张散斑图叠加平均后,标准偏差仅为单张散斑图的1/13。最后,对扰模装置频率和振幅对扰模效果的影响进行了测试。结果表明较高的频率和振幅都有益于散斑抑制。对于本次实验中光纤而言,频率选为1.2 Hz、振幅选为6 cm最为合适。在此条件下,散斑的平均质心偏移距离最小,为0.21个像素。

摘要：电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)相机在使用过程中,需要校正其电子倍增增益。根据EMCCD的结构特征和单级倍增寄存器的电荷倍增特性,分析了已有电子倍增模型在实际应用中的局限性。针对特定的EMCCD器件,通过仿真计算,得到原有增益计算模型的关键参数与EMCCD工作电压、温度的数据表,并用多元回归分析的方法建立该参数与工作电压、温度的数学方程,利用该方程,代入原有增益计算模型,可以突破原增益计算模型的限制,得到了一种普遍适用且较为简单的EMCCD电子倍增增益计算方法。仿真计算所得结果与实际EMCCD器件的倍增曲线比较,数据吻合良好。该结果表明,这种确定增益的方法可以较方便地计算电子倍增器件的平均增益,在EMCCD相机设计和实际使用中有着良好的应用价值。

摘要：三维成谱成像技术是一种能够对观测视场中的所有展源目标进行实时光谱获取的技术,它可以通过单次采样同时获得目标光谱域和二维空间域信息。光纤积分视场单元(IFU)则是天文三维成谱成像技术的关键器件,通过将接收的像面切分,将像面信息细分到若干单元传递至光谱仪,在此过程中二维的展源目标被重整为互不干扰的线性排列供光谱仪进行采样提取,能有效提高天文观测的时间分辨率。介绍一种具有242光纤单元的IFU,该IFU目前应用于中科院云南天文台的光纤阵列太阳光学望远镜(型号FASOT-1B)系统。为满足FASOT-1B的指标要求,获得高传输效率、高光谱分辨率和高时间分辨率观测效果,该IFU采用微透镜阵列加光纤阵列的结构,该微透镜为正六边形球面镜,实现接近100%的空间填充率。综合考虑光纤积分视场单元前置望远镜系统和后端光谱仪系统的设计参数,优化设计了一对11×11的微透镜阵列,相邻微透镜间距300μm,每个微透镜对应天区1.5″,以焦比F/8.2将接收到的光汇入与其对应的光纤纤芯中。系统分析光纤芯径与光谱仪光谱分辨率间的关系,设计的光纤规格为:35/105/125μm,该设计既能满足光纤接收微透镜所传递的全部光信息,同样可以得到系统需求的光谱分辨率和相对短的狭缝宽度。量化分析IFU阵列端光纤直径与微微孔深度对光纤实际入射焦比的影响,选定的微孔尺寸直径130μm,深3 mm。阵列端二维排布的光纤在赝狭缝端经过重整,以线性排列将光信息导入光谱仪,相邻光纤间距130μm。整个IFU的能量传输效率均值77.7%,波动值RMS 1.6%;所有光纤出射焦比EE90均慢于F/7。IFU出射端(赝狭缝端)光纤横向(排列方向)偏移量RMS值小于2.7μm,纵向(垂直于排列方向)偏移量RMS值小于1.8μm。FASOT-1B系统安装IFU并调试后进行了验证性观测,成功获取了太阳NOAA12738活动区MgI色球的斯托克斯光谱,该IFU也成为国内首个自主研制并应用于科学观测的光纤加微透镜型IFU。

摘要：二维光纤光谱图是天文望远镜系统中的光谱仪的观测结果,由此又经过一系列的后续处理,才能生成普遍意义上的一维光谱。由于光谱仪和CCD相机的光学畸变,使得二维光纤光谱图像普遍出现了弯曲现象,尤其是在光纤两端表现得尤为明显,这个问题一直以来没有很好的解决办法,也没有在任何参考文献中看到相关工作。这种弯曲给后续的抽谱工作造成困扰,处理不好会很大程度上影响波长定标,从而影响一维谱的准确性。给出的一种法向映射法可以对这种二维光纤光谱图的弯曲进行有效的校正。该法把二光纤光谱图中的每一条光纤光谱进行单独处理。首先做预处理抽取每根光纤中心线,然后把该中心线当作光滑曲线求取每个点的法线方向,以整条中心线的某个点(一般是最凸点)为基点作理想竖直线,光纤中心线所有点沿自身法线方向投影到这条竖直线上,从而实现了光纤中心线本身的校直。因光纤宽度在二维光纤光谱图中一般是7个像素,因此将光纤中心线向左向右各依次平移3个像素,分别实现上述流程,即可得到整条光纤光谱的校直结果。该法实施过程中有两个问题需要注意:一个是坐标点的均匀化问题,一个是像素灰度值的精度保持问题。坐标点的均匀化问题是由于在该法中使用了法向映射,从而造成形成后的校直线的点的疏密程度不均匀,这对后续处理不利。解决办法是在实际操作中采用三次样条插值的方法进行直线上点的密度均匀化,保证获得一系列的整数点坐标,以利于后续的处理。而像素灰度值的精度保持问题,在插值计算过程中始终保持像素灰度值的64位高精度数,最终也得到同样精度的结果,避免造成像素值损失。该法实施的最后,还需要进行头尾一致性的截取,把延伸出图像高度范围的像素去掉,仅保留图像范围内的像素点。如果没有这个过程,由于光纤本身是有宽度的,映射出来的直线长短不一,从而给后续处理造成困难。实验完整处理了整幅的二维光纤光谱图,用曲线拟合的方法较好地解决了光纤中心线提取过程中的个别地方的亮度偏差问题,用法向映射法得到了校直后的二维光谱,并做了后续的抽谱对比。在一维谱的抽谱对比中可以看到,校正前后的谱线差值在有弯曲现象存在的光谱两端变化较为明显。这个实验结果证明了该方法对光谱的弯曲情况可以完全改善——在两端的变化较大,在中间的变化很小,这完全符合观测的基本认知。不仅如此,由于像素点的错位和像素值的插值计算,也会造成流量值叠加的效果发生显著变化。因此,通过观察抽谱后的谱线在校正前后的移动情况,验证了对于特征谱线的波长位置的精确获取具有重要影响。本文创造性地设计的二维光纤光谱的自动弯曲校正的方法。

摘要：镁和铝合金在现代工业中应用越来越广泛,但是其焊接性能差。超声波焊接作为一种固态连接方法在焊接镁铝异质合金方面具有其优越性。研究不同焊接工艺参数组合对AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接界面性能的影响机制。采用正交试验结合回归分析建立回归方程并优化设计AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接参数;利用显微硬度计、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、 X射线衍射仪(XRD)和3D景深显微分析等研究了接头的界面反应行为和结合性能。结果表明:在最佳参数下(功率WP=1400 W,时间t=700 ms,压力WF=1145.11 N)接头实现有效结合,连接面出现机械互锁并伴有少量不连续的金属间化合物(IMC)层,拉伸时失效形式为具有一定延性的Al侧断裂,拉剪力达1007 N;在高频振动和高应变率作用下加速了界面元素的互扩散速率;当焊接参数为功率WP=1600 W,时间t=900 ms,压力WF=1145.11 N时IMC层厚度达23μm;这种连续的IMC层由Al12Mg17和Al3Mg2两种脆性相组成,析出顺序为Al12Mg17, Al3Mg2,其中Al3Mg2具有更快的长大速度。IMC层是降低Mg/Al异质接头综合机械性能的主要因素。

摘要：恒星的分类问题一直是天文研究的一大热点,恒星的亚型分类对探究恒星演化、稀有天体识别等具有重大意义。针对LAMOST光谱亚型分类问题设计了SSTransformer(stellar spectrum transformer)分类模型,该模型主要由三部分组成,包括输入模块、嵌入模块、SST编码模块。在输入模块中,将光谱数据进行分块处理,这些块经过线性投射层被映射为向量。在嵌入模块中,为了提取有用的数据特征,将线性投射层的输出加入一个可学习的类别嵌入块,为了保留位置信息,再加入位置嵌入块,之后将这些数据特征向量送入SST编码模块。最后在SST编码模块中,对数据特征进行提取处理,并利用多层感知器结合新特征对恒星光谱进行分类。采用的A、F、G、K、M型恒星光谱数据均来自LAMOST DR8中的一维低分辨率光谱,35256条一维光谱数据用于SSTransformer模型的训练,8815条一维光谱数据用作模型的测试。为了加快模型的收敛速度,对数据采用Z-Score归一化处理。由于是多分类问题,实验采用了准确率、精确率、召回率、F1-Score、Kappa系数五个评价指标。实验结果证明,利用SSTransformer模型可实现对一维恒星光谱数据有效的筛选分类,分类准确率达到98.36%,比支持向量机(support vector machine,SVM)算法、极端梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)算法,以及卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)的分类准确率更高。

摘要：多通道双折射滤光器是太阳磁场观测的重要仪器,旨为提高太阳单色观测能力.本滤光器中双折射晶体的折射率对温度变化敏感,因此需对环境进行恒温控制.温度测量是恒温控制的前提.本文设计并完成一个基于Pt100的高精度温度测量系统,给出了高精度测温原理,温度采集系统电路及温度校准测量方案.利用RR9710,TD—1等高精度测温仪对精度进行间接标定.测试结果表明:本温度测量系统性能稳定,小型高效,测量精度可达到0.02℃.

摘要：研究分析了500m口径射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST)反射面索网支承结构的疲劳性能。模拟FAST主动变位工作模式(长时巡天观测和随机独立观测),计算30年设计基准期内连续工作运行的次数需求,分析FAST索网支承结构变位工作的随机疲劳应力历程,并基于简单抽样技术,对全寿命疲劳应力历程进行简化,采用实时雨流计数法进行分解;基于S-N试验曲线和Smith等效疲劳寿命极限应力线图,采用Miner线性损伤累积准则分析各索的疲劳寿命。以所有单索疲劳寿命的最小值作为整体结构疲劳寿命,多次模拟计算,统计分析保证率为99.9%的结构疲劳寿命,并合理选取安全系数2.0考虑疲劳寿命变异性影响。分析结果表明,在设计基准期内,结构疲劳寿命满足安全要求,结构疲劳危险区域主要分布在索网中心区域。

摘要：研究分析500m口径球冠状巨型射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST)反射面支承结构的日照温度场效应。借助ANSYS热分析模块,建立FAST反射面结构和实测周边地形的整体参数化有限元模型,计算最不利气候之一即夏季晴天无云天气各时刻的空气对流换热、太阳辐射、周围环境的长波辐射换热以及阴影遮挡等各种边界条件,在较为合理的结构初始温度场下,进行连续多天的时程分析,直至结构的任一点温度收敛于24h前的结果,并据此结果计算反射面结构温度变形和温度应力,给出日照下反射面形状拟合精度随时间的变化规律、结构应力的变化范围和分布规律。结果表明在日照下结构的温度场较不均匀,局部温差最高达到了11℃,较大地影响了反射面形状精度,为将来结构的设计、施工、监测以及控制提供了参考信息。

摘要：背架结构是500m口径球面射电望远镜(FAST)反射面支承结构的重要组成部分,其成型精度、自重大小及加工难易程度对FAST工作性能、项目造价及建设工期有较大影响。通过对多种背架结构形式进行细致的分析及优化,得到各自最优的结构参数及构造形式,并选取其中两种(单层结构、单层弦支结构)进行单元足尺模型试验,通过试验考察背架实际加工效果及性能。试验结果表明:普通钢结构加工工艺无法满足FAST较高的成型精度要求,需采取加设檩条调节层的构造措施;实际模型工作精度及构件应力水平与有限元模型分析结果吻合,满足功能要求;综合比较两模型的制作安装过程及工作性能,认为单层背架具有结构简单、易于制作、结构精度易于控制等优点,为两试验模型中的较优者。