摘要：力值测量与传感器校准已经非常广泛,而在重要工业领域,对于高频率和大力值动态力的测量与校准要求越来越高。质量块是动态力校准中的关键部件,其振动加速度分布不均匀会增大误差,特别在高频率和大力值情况下会严重影响动态力的校准。指出质量块加速度分布不均匀根源于质量块不是刚体,变形导致速度分布不均;并运用振动冲击保护装置变形吸能的原理提出设计方案,利用不同材料的搭配,让小部分轻质小刚度材料吸收大部分形变能,使密度刚度较高的大块材料相对成为刚体,保证惯性力整体均匀。经过有限元计算验证,该方案可以有效降低质量块振动响应不均匀带来的影响,提高力值复现的准确性。

摘要：光学锁相环(Optical Phase-locked Loop,OPLL)技术是实现激光相位相干的有效方法。鉴于环路滤波器参数直接影响光学锁相环系统的整体性能,提出了一种二阶无源环路滤波器参数的优化方法。首先,根据相角裕度定义及系统开环传递函数的数学模型,推导出环路滤波器参数设计的公式,并设计了一种基于MATLAB的参数优化算法。然后,为精确地设计拉曼激光光学锁相环参数,设计了消多普勒饱和吸收谱实验,并对激光器的压电陶瓷端口反馈增益参数进行测量。在锁相环闭环控制系统性能仿真中,得到了单位阶跃响应的超调量为6.53%,调节时间为0.584μs。最后,对拉曼激光光学锁相环各个模块进行Simulink建模并仿真,仿真结果表明锁相环能够实现对拉曼光相位锁定且锁定时间为2μs,因此,验证了锁相环参数设计方法的正确性。在工程应用中,为光学锁相环的参数设计提供了重要参考价值。

摘要：在铷原子气室中实现了饱和吸收谱稳频法和消多普勒的双色谱稳频法,以给在建的原子干涉重力仪系统选择合适的激光稳频方法。介绍了两种稳频方法的基本原理及实验细节。通过调整光路设计、自制低噪声光电探测器以及应用数字锁定模块,获得了良好的鉴频误差信号。每种方法都搭建了两套稳频系统并在3000s采集时间内保持锁定。激光器在经饱和吸收法和消多普勒双色谱法锁定后,激光频率波动分别为16.2kHz和31.4kHz,相应于在10s采样时间下分别获得4.21×10^(-11)和8.18×10^(-11)的频率稳定度;相比之下,激光器自由运转时,频率波动和稳定度分别为629kHz和1.64×10-9。在原子重力仪系统小型化的需求下详述了两种稳频方法的优缺点,比较而得消多普勒的双色谱稳频法在原子干涉重力仪的小型化模块化发展方向不失为具有潜力的一种选择。

摘要：在红外微纳结构吸收材料的研究中,对其等效光学常数的估计有助于理解材料的吸收、反射及辐射特性。常用的方法是依据等效介质理论将微纳结构等效为匀质材料,采用Smith于2002年提出的S参数法进行估计,而该方法没有直接反映微纳结构材料特性及几何结构与等效光学常数之间的关系。采用Drude-Lorentz模型描述红外微纳结构材料吸收性能的色散关系,根据有效电子数浓度理论和等效电路理论,以矩形结构吸收材料为代表,建立了红外微纳结构吸收材料的几何结构参数与Drude-Lorentz模型参数之间的函数关系。该模型建立了微纳材料的结构、材料参数与其光学常数之间的量化关系,为红外微纳结构吸收材料的设计提供了理论依据。

摘要：高频正弦压力发生装置通过安装在底端的压电换能器作为激励源,谐振腔将会对谐振点分布和幅值产生影响。在实际装置安装的过程中,会因工程因素而造成一定的非理想性,其中包括管腔连接位置处的安装缝隙,管腔内的水介质未完全充满管腔,存在空气夹层,以及压电换能装置表面不平齐等。通过COMSOL仿真平台,以多物理场耦合仿真的方式,分析了压固耦合情况下谐振频率与理论计算的误差,同时针对以上的非理想性因素进行仿真研究,结果表明安装缝隙将会导致压力幅值降低,当管腔内部存在空气缝隙时,会造成谐振点幅值下降,对低频影响严重。同时压电换能器在安装过程中表面不平整时,将导致谐振频率偏移,且倾斜角度越大,偏移程度越严重。最后通过与实验数据相对比,对仿真结果进行验证,规律基本一致。

摘要：基于表面增强拉曼光谱技术(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS),研制出对食品中乌洛托品进行现场快速分析检测的系统。检测系统由多功能前处理模块、拉曼光学模块、嵌入式主控模块三部分组成,实现了待测样品的前处理,拉曼光谱数据的产生、收集、传输与处理。其中,多功能前处理模块将化学实验中经常用到的离心、超声、挥发三种功能集于一体,精简了前处理实验中需要用到的设备;拉曼光学模块采用探头光路与分光系统合为一体的整体式设计,并在探头光路中使用数值孔径为0.6的非球面透镜,同时利用交叉非对称Czerny-Turner结构对分光系统进行了设计;嵌入式主控模块采用自主研发的FPGA+ARM双核心主控电路,配合CCD的制冷电路与驱动电路,搭载μC/OS-Ⅲ操作系统,实现了对CCD上拉曼光谱数据的采集、传输与处理。利用柠檬酸钠制备纳米金(liquid colloidal gold nanoparticle,LCP-1)作为增强试剂对乌洛托品进行检测,将乌洛托品的拉曼特征峰选取在1 047cm^(-1)处,对乌洛托品标准品和含有乌洛托品的腐竹与米粉样品进行检测实验,实验结果表明所设计的检测系统可以实现对乌洛托品的准确识别,对乌洛托品标准品的检测限可达0.01 mg·L^(-1),对腐竹和米粉样品中乌洛托品的检出限可达0.5 mg·L^(-1),检测时间小于20min,实现了食品中乌洛托品的现场快速检测。

摘要：在原子干涉重力实验中,拉曼激光制备常采用光学锁相环方法,即先将主从激光器拍频信号与6.8 GHz微波信号源进行混频,再与直接数字频率合成信号发生器进行鉴频鉴相,得到的反馈信号用以控制激光器实现低噪声拉曼光输出,而拉曼光相噪将直接影响原子干涉重力仪的灵敏度。本设计采用STM32F103C8T6单片机对LMX2594数字锁相环芯片进行编程控制,通过锁相环频率合成技术,最终获得6.8 GHz的微波信号源。测试结果表明,该微波信号源相位噪声分别为−65.2 dB@1 Hz、−95.3 dB@1 kHz,频率稳定度为2.72×10^(-11)@1 s,输出功率大于10 dBm。在脉冲间隔时间为100 ms时,信号源对原子干涉重力仪灵敏度的影响为8×10^(-8) m/s^(2)/Hz^(1/2),分辨率影响为2×10^(-8) m/s2@600 s,具有频率稳定度高、相位噪声低等优点,可以满足原子干涉重力实验。

摘要：测试并确定航空航天材料在复杂高速热冲击条件下的强度极限等关键参数,对于航空航天材料和结构的可靠性评定、寿命预测以及高速飞行器的安全设计具有重要的意义.针对强度设计手册中没有航空航天材料在高速热冲击环境下的强度极限等表征参数的现状,使用自行研制的高速飞行器瞬态气动热试验模拟系统,对铝合金材料2A12在多种不同的瞬态热冲击条件下,进行气动加热模拟与热载联合试验研究,得到在瞬态热、力学环境的共同作用下铝合金2A12材料的强度极限等力学性能变化状况.为研究分析航空航天材料和结构在高速热冲击环境下的承载能力和结构减重提供可靠依据.

摘要：针对航空航天领域铝合金结构服役过程腐蚀监测需求,提出了一种基于铝质细管结构的预载荷型光纤光栅腐蚀传感器。给出了铝合金结构腐蚀在役监测机理,得到光纤光栅反射光谱特征与铝质细管厚度变化之间的理论关系模型,构建了酸碱环境下的光纤光栅腐蚀监测试验系统。通过在细管内部配置不受力且仅感受温度变化的光纤光栅传感器,解决了被测目标的温度与应力交叉敏感问题。研究表明,这种铝质细管封装设计不仅可以感受腐蚀对其力学性能的影响,还能够屏蔽外界腐蚀因素对管内光纤感知器件的干扰。随着金属管腐蚀程度加深,其管壁逐渐变薄,光纤光栅反射光谱逐渐向短波长方向偏移,且管壁厚度变化与光栅中心波长偏移量之间呈较好单调关系。这些特性能够为进一步开展基于光纤感知器件的机械结构在役腐蚀监测研究提供有益帮助。

摘要：为提高原子干涉重力仪拉曼光相位稳定性,降低拉曼光反射镜振动噪声对原子干涉仪测量精度的影响,设计并研制了一种适用于小型化原子干涉重力仪拉曼光反射镜隔振平台。通过COMSOL Multiphysics有限元分析和激光干涉仪测试验证了其隔振性能。根据原子干涉重力仪对噪声控制的要求,对隔振平台在60~200 Hz内的减振效果进行仿真,将仿真结果作为试验的指导,用扫描式激光干涉仪配合标准振动台,对装载到隔振平台上的拉曼光反射镜的振动进行了测试,结果符合仿真结论。