空分复用光纤及器件的测试技术研究进展综述

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作者 王慧慧 唐苗苗 +2 位作者 刘亚平 杨志群 张林 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第7期2-20,共19页

随着5G时代的到来,现有单模光纤通信网络的容量正逼近其香农极限,难以满足呈指数级增长的网络带宽需求。为突破现有技术瓶颈,基于空间维度拓展的空分复用技术应运而生。该技术通过利用多模光纤、少模光纤、多芯光纤甚至多芯少模光纤中... 随着5G时代的到来,现有单模光纤通信网络的容量正逼近其香农极限,难以满足呈指数级增长的网络带宽需求。为突破现有技术瓶颈,基于空间维度拓展的空分复用技术应运而生。该技术通过利用多模光纤、少模光纤、多芯光纤甚至多芯少模光纤中的多个空间信道使单根光纤的传输容量实现数量级提升,同时凭借高空间利用率来有效降低光纤通信系统的尺寸和成本。除了在光纤通信领域作为扩容的新突破口,空分复用技术还为光纤传感领域提供了光纤多维感知的思路,同时在成像领域助力分辨率的提升和增强成像系统的柔性。然而,受工艺缺陷的影响,空分复用光纤和器件中各信道之间容易相互干扰并产生信道差异,导致模式串扰、芯间串扰及模式相关损耗等问题,使空分复用系统的性能提升面临严峻挑战。为确保空分复用光纤及器件的性能达到预期标准,研发高精度表征测试系统尤为重要。本研究系统地介绍了空分复用光纤及其核心器件的关键参数,重点评述了当前主流测试技术,包括多通道光时域反射技术、空间频谱解析技术、固定分析仪技术、相干光频域反射技术、波长扫描干涉技术以及离轴数字全息技术。不同的测试技术在可测对象、参数范围及应用场景上各有侧重。本研究首次系统地总结各项测试技术的优缺点和适用范围,为空分复用待测物的测试方案选择提供依据,并对空分复用测试技术未来的发展提出了展望。 展开更多

关键词 多芯光纤 少模光纤 多模光纤 空分复用 测试技术 光通信 传感 成像

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极端环境声学检测理论与技术研究进展

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作者 刘洋 营笑 +4 位作者 汪照 闫一天 刘益维 曾周末 邓明晰 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第4期631-641,838,共12页

极端环境下工程结构的服役安全性与寿命保障问题日益凸显,无损检测与结构健康监测技术在航空航天、深海装置、能源储运系统等关键工程领域发挥着重要作用。超声导波监检测作为结构健康监测技术中的重要手段,因其远距离传播能力强、模态... 极端环境下工程结构的服役安全性与寿命保障问题日益凸显,无损检测与结构健康监测技术在航空航天、深海装置、能源储运系统等关键工程领域发挥着重要作用。超声导波监检测作为结构健康监测技术中的重要手段,因其远距离传播能力强、模态丰富及对损伤敏感性高的特性,已广泛用于结构状态评估。然而,在高温、高压、深冷等极端工况下,导波信号易受到频散特性、模态转换与传感器失效等因素影响,显著制约着超声导波监检测的工程应用。笔者从声学传播理论、极端环境声学传感器与信号处理技术3方面对极端环境下超声导波监检测技术的研究现状进行系统梳理,并总结极端环境结构声学监检测技术在模型泛化能力、环境适配性与系统鲁棒性等方面的挑战。 展开更多

关键词 结构健康监测 极端环境 超声导波 多物理场耦合

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涡轮带冠叶片多通道叶尖间隙测试技术研究 被引量：1

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作者 易亮 薛志飞 +2 位作者 牛广越 李发富 段发阶 《电子测量技术》 北大核心 2024年第20期1-6,共6页

带冠叶片因具有增加叶片刚度、减小二次损失等作用而被广泛应用于航空发动机等重大旋转装备,其叶尖间隙参数的多通道高精度在线监测是确保发动机运转时安全和效率的重要一环。为了实现这一目的,同时抑制带冠叶片轴向位移对间隙测量的不... 带冠叶片因具有增加叶片刚度、减小二次损失等作用而被广泛应用于航空发动机等重大旋转装备,其叶尖间隙参数的多通道高精度在线监测是确保发动机运转时安全和效率的重要一环。为了实现这一目的,同时抑制带冠叶片轴向位移对间隙测量的不利影响,设计了一种一字型芯极电容传感器,并在改装篦齿的基础上以平行平板电容原理建立了叶尖间隙测量模型。搭建了利用一字型芯极传感器的12通道间隙测量系统,并在模拟篦齿盘上开展了3 mm测量范围内的标定和±1 mm轴向位移下的精度测试实验,结果显示开发的间隙测量系统测量精度优于45.4μm。最后完成了真实发动机带冠叶片三级共12测点的叶尖间隙同步测量台架试验,结果表明提出的12通道间隙测量系统具备高可靠性和重复性,满足带冠叶片叶尖间隙测量需要。 展开更多

关键词 涡轮带冠叶片 叶尖间隙 多通道 台架试验

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基于导波的套管井完整性评价技术研究

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作者 张斯琪 杨涵 +3 位作者 曾周末 陈世利 苏远大 刘洋 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第7期139-149,共11页

套管井固井质量检测作为保障油气井全生产周期安全、提升油气资源开发效益以及支持碳捕获与封存战略的关键技术,其研究紧密契合国家重大战略需求,是当前油气工程领域待解决的挑战性课题。声波测井技术因其对介质声阻抗特性、水泥环空损... 套管井固井质量检测作为保障油气井全生产周期安全、提升油气资源开发效益以及支持碳捕获与封存战略的关键技术,其研究紧密契合国家重大战略需求,是当前油气工程领域待解决的挑战性课题。声波测井技术因其对介质声阻抗特性、水泥环空损伤及胶结界面状态具有较高的敏感性而得到广泛应用。然而,传统声波测井技术的探测灵敏度主要集中于套管-水泥界面,且经典弹性波理论仅能描述理想条件下的波动现象,对界面弱胶结状态的模拟存在局限性。针对上述问题,以单层套管井为对象,将不同界面弱胶结特征表征为滑移边界条件,构建滑移界面理论的声波测井模型,基于阵列声波测井仪器探究了多模态导波在不同界面胶结状态下的传播特性,提出利用导波频散特征对水泥环损伤进行表征的新方法。开展不同界面胶结状态的单层套管井模型实验,数据结果有效验证了利用频散特征评价固井质量的可能性。研究结果表明,根据不同导波频散特性可以反演和评价套管井固井损伤和力学性能,对了解复杂水泥缺陷条件下的导波传播特性具有参考意义,为综合利用套管内多模态波传播特性进行固井质量评价和水泥封隔效果评价提供了理论依据。 展开更多

关键词 声波测井 固井质量评价 套管井 滑移界面 频散曲线

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基于双光梳的精密离心机动态半径外基准测量

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作者 周思宇 马宇轩 +5 位作者 贺栋 张春京 汤莉 刘欣 王姗姗 吴冠豪 《光学精密工程》 北大核心 2025年第3期349-358,共10页

为实现对精密离心机动态半径的精准测量,基于双光梳测距技术的高测速、高精度、绝对测距优势,结合柱面镜与会聚光路组成的空间光学布局,建立了离心机动态半径外基准测量系统。介绍了基于双光梳测距的外基准测量装置构成及其工作原理,分... 为实现对精密离心机动态半径的精准测量,基于双光梳测距技术的高测速、高精度、绝对测距优势,结合柱面镜与会聚光路组成的空间光学布局,建立了离心机动态半径外基准测量系统。介绍了基于双光梳测距的外基准测量装置构成及其工作原理,分析了柱面镜靶标曲率半径误差与装调误差对动态半径测量精度的影响,并提出互补偿误差修正方法。然后,搭建实验系统对精密离心机在不同加速度下的动态半径进行了实时测量,评估了静态测量精度和动态测量精度。最后,分析了测量误差的来源并提出了系统优化方案。实验结果表明:系统可有效测量出加速度在0g~15g内的动态半径变化量。在2 kHz的重频差下进行20次滑动平均,动态测量精度优于0.56μm,动态半径最大值为204.90μm,满足精密离心机动态半径的高速、高精度测量要求,可用于提升离心机加速度标定精度。 展开更多

关键词 绝对测距 精密离心机 动态半径 外基准 双光梳

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石英预制棒深孔加工测力夹具设计及实验研究

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作者 孙晓欢 王丰 +1 位作者 池广伟 宫虎 《光学精密工程》 北大核心 2025年第11期1761-1770,共10页

在熊猫保偏光纤生产中,石英预制棒的深孔加工质量至关重要,但其硬脆特性导致加工时刀具易过度磨损,工件易断裂。考虑到预制棒安装结构的特殊性以及切削力与刀具磨损状态之间的密切关系,设计并实现了一种石英预制棒深孔加工力在线测量系... 在熊猫保偏光纤生产中,石英预制棒的深孔加工质量至关重要,但其硬脆特性导致加工时刀具易过度磨损,工件易断裂。考虑到预制棒安装结构的特殊性以及切削力与刀具磨损状态之间的密切关系,设计并实现了一种石英预制棒深孔加工力在线测量系统。该系统利用钻孔过程中以轴向力为主导的特点,提出了基于双导轨设计屏蔽倾覆力矩和其他方向力的方法,利用单向压电测力传感器实现了低成本实时的切削力测量。为了验证系统的有效性,进行了多组实验,使用不同磨损状态的刀具进行石英预制棒深孔加工,并分析了切削力随刀具磨损状态加剧而呈现的变化趋势。实验结果表明,在使用直径为12.8 mm的刀具对熊猫保偏光纤预制棒进行加工过程中,当切削力在150 N附近时,纤芯容易发生断裂。 展开更多

关键词 深孔加工 石英预制棒 切削力 在线测量

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套管井固井质量声学检测技术现状与展望 被引量：5

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作者 张斯琪 曾周末 +4 位作者 李健 陈世利 何晓 王秀明 刘洋 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2-28,共27页

套管井的固井质量检测在保护油气层和环境保护等方面具有重要的意义。在固井质量评价方法中,声波测井技术作为现代测井方法之一,因其对介质声阻抗大小、水泥环内部缺失及层间粘接状况敏感等优点被广泛应用。井孔声场理论是声波测井技术... 套管井的固井质量检测在保护油气层和环境保护等方面具有重要的意义。在固井质量评价方法中,声波测井技术作为现代测井方法之一,因其对介质声阻抗大小、水泥环内部缺失及层间粘接状况敏感等优点被广泛应用。井孔声场理论是声波测井技术的基础,本文阐述了单层以及多层套管井的声场理论研究现状;介绍了几种国内外传统的声波测井技术,概括了不同技术的原理及特点。同时介绍了人工智能方法在固井质量检测中的应用,强调了多种机器学习方法在处理测井资料提供更大的函数空间,以及帮助测井专业人员以非线性方式从高维空间发掘知识等方面的优势。从5个方面展望了声波测井技术未来可能的发展趋势,为固井质量检测提供进一步的发展建议。 展开更多

关键词 固井质量检测 声波测井技术 声场理论 人工智能 地球物理测井 综述

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调频连续波激光多路并行相干精密长度测量方法 被引量：3

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作者 胡申博 刘俊辰 +3 位作者 余苏 杨承昱 曲兴华 张福民 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期106-114,共9页

面向航空航天等大型复杂机电系统,长度测量的需求从单独的一维位移测量发展到多目标、灵活便于拓展的多路并行测量。调频连续波激光雷达长度测量技术具备抗干扰、精度高、无合作等优势。本文基于调频连续波激光雷达技术开展多路并行相... 面向航空航天等大型复杂机电系统,长度测量的需求从单独的一维位移测量发展到多目标、灵活便于拓展的多路并行测量。调频连续波激光雷达长度测量技术具备抗干扰、精度高、无合作等优势。本文基于调频连续波激光雷达技术开展多路并行相干精密长度测量方法研究,针对传统长度测量系统存在光纤色散、辅助路光纤漂移导致长度测量精度降低问题,提出一种含有氰化氢气体吸收池的三光路马赫-曾德尔干涉测量系统,在此基础上,基于光开关结构实现精密长度多路并行测量。通过精密导轨长度测量实验结果表明,提出的方法在3.6 m长度范围内标准差不超过25μm,实现了四路并行长度测量。与商用激光干涉仪测量结果比较,多路测量结果的绝对误差不超过30μm。 展开更多

关键词 调频连续波 HCN气体吸收池 光开关 长度测量

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双光梳测距技术的空间应用与试验设计 被引量：1

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作者 周思宇 顾营迎 +5 位作者 杨越棠 施立恒 马宇轩 朱飞虎 张运方 吴冠豪 《中国空间科学技术（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第3期127-135,共9页

双光梳测距技术具有测量精度高、测速快、非模糊范围大和可现场溯源的优势,在航天工程中具有广阔的应用前景,如航天器交会对接、卫星编队飞行、大型展开机构定位等。在货运飞船与空间站交会对接的任务场景下,提出了一种双光梳高精度测... 双光梳测距技术具有测量精度高、测速快、非模糊范围大和可现场溯源的优势,在航天工程中具有广阔的应用前景,如航天器交会对接、卫星编队飞行、大型展开机构定位等。在货运飞船与空间站交会对接的任务场景下,提出了一种双光梳高精度测距技术空间应用与试验方案,介绍了双光梳测距技术的基本原理,对试验系统进行了架构设计,实现在400 m范围内对空间动态合作目标优于100μm测距精度、1 kHz测量带宽。进一步针对测距系统的关键参数进行了设计与仿真,对系统的空间环境适应性进行了分析,结果表明测距系统最大可实现19.5 m/s相对运动速度下的高精度测距,满足搭载任务场景需求,为下一步双光梳测距技术的在轨试验与航天工程化应用提供了技术参考。 展开更多

关键词 双光梳测距 空间交会对接 动态合作目标 航天工程化应用

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基于铋修饰可用于同时检测铅(Ⅱ)和镉(Ⅱ)的丝网印刷传感器

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作者 郑浩 栗大超 蒲治华 《传感技术学报》 北大核心 2025年第7期1168-1173,共6页

针对工厂非法排污、油罐车泄露等场景,重金属含量往往会严重超标且需要进行现场检测。基于此,提出了一种基于同位镀铋法,通过丝网印刷工艺制备的可用于同时检测铅离子和镉离子的传感器。配合加工的机械结构,初步进行了整机测试,验证了... 针对工厂非法排污、油罐车泄露等场景,重金属含量往往会严重超标且需要进行现场检测。基于此,提出了一种基于同位镀铋法,通过丝网印刷工艺制备的可用于同时检测铅离子和镉离子的传感器。配合加工的机械结构,初步进行了整机测试,验证了该方案的可行性。通过丝网印刷加工的传感器有着良好的电化学特性,经过铋修饰后,铅离子检测灵敏度提高了1.61倍,镉离子检测灵敏度提高了3.68倍。通过所提方案可将重金属离子检测仪的体积缩小到可携带的范围,有效地解决了实验室仪器体积庞大、不便携以及无法在线监测的缺点。为快速、便捷地检测重金属提供了一个新的思路,在环保领域具有很广阔的应用前景。 展开更多

关键词 重金属离子检测 丝网印刷电极 同位镀铋 便携式检测

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基于SFTRLS算法的水下自干扰抑制方法研究

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作者 蒋佳佳 杨绪宝 +1 位作者 郭同同 李兆明 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第7期225-234,共10页

随着水下全双工通信技术的不断发展,在收发同频共通的通信模式下,发射端高功率信号易通过多种耦合路径影响接收端,形成强烈的自干扰信号,从而淹没期望信号,导致通信质量显著下降。特别是在复杂的水声信道环境中,自干扰现象更为严重,已... 随着水下全双工通信技术的不断发展,在收发同频共通的通信模式下,发射端高功率信号易通过多种耦合路径影响接收端,形成强烈的自干扰信号,从而淹没期望信号,导致通信质量显著下降。特别是在复杂的水声信道环境中,自干扰现象更为严重,已成为制约水下通信系统性能提升的关键瓶颈。因此,对来自同侧的自干扰信号的有效抑制已成为水下收发一体机系统亟需解决的重要技术难题。针对数字域自干扰抑制中传统LMS算法和RLS算法在实际应用中分别存在的估计精度不足和运算复杂度高的问题,提出了一种基于稳定快速变换递归最小二乘(SFTRLS)算法的数字域自干扰抑制方法。该算法通过引入前向与后向预测结构,将RLS算法中复杂的矩阵运算转化为一维向量运算,有效将计算复杂度从传统的O(N^(2))降低至O(N),在显著降低计算量的同时,时保持了出色的自干扰抑制性能。通过在不同信噪比、不同信道阶数条件下的仿真实验,验证了所提算法在收敛速度、自干扰信道估计精度以及运算速度等方面的优势。随后,在实际湖试环境下进一步对该方法进行了工程验证,实验结果表明在现有测试条件下,该算法可实现高达30 dB的自干扰抑制比,与其他算法对比也进一步证明了SFTRLS算法在复杂水下环境中具有良好的适用性与工程价值。 展开更多

关键词 水声全双工通信 通信探测一体化 水下收发一体机 自干扰抑制 SFTRLS

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基于长度角度并行传感的多目标位姿测量 被引量：1

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作者 杨朔 韩野 +4 位作者 杨凌辉 吴腾飞 史慎东 董文博 邾继贵 《光学精密工程》 北大核心 2025年第5期728-740,共13页

大尺寸空间精密位姿测量技术是航空、航天、船舶、射电望远镜等高端装备实现自动化、高精度装配制造的关键支撑技术。针对传统方法无法同时兼顾测量效率与测量精度的问题,提出了一种长度角度并行传感的多目标位姿测量方法。通过光电扫... 大尺寸空间精密位姿测量技术是航空、航天、船舶、射电望远镜等高端装备实现自动化、高精度装配制造的关键支撑技术。针对传统方法无法同时兼顾测量效率与测量精度的问题,提出了一种长度角度并行传感的多目标位姿测量方法。通过光电扫描测角实现空间多目标的自主识别并提供高精度角度约束,同时利用高动态光束偏转机构引导绝对测距光束,主动实施逐点扫描测距,从而实现长度、角度并行测量。然后,设计了一种集成化位姿测量合作靶标,构建了长度角度加权融合的精确位姿测量模型。最后,提出了系统参数的高精度快速标定方法,详细分析了位姿测量方法的测量不确定度,并研究了合作靶标相对测量基站的位置、姿态与位姿测量精度之间的关系。通过实验验证了该方法的可行性和测量精度,实验结果表明:与激光跟踪仪进行精度对比,该方法的位置、姿态测量准确度分别优于0.131 mm和0.041°,测量重复性分别优于0.034 mm和0.018°,多目标测量过程中平均每个目标耗时0.9 s。该方法同时具有较高的多目标位姿测量效率与测量精度。 展开更多

关键词 位姿测量 大尺寸测量 光电扫描 绝对测距 多目标

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强环境噪声下的双目视觉受电弓轨旁异常检测 被引量：1

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作者 赵进 郭寅 +2 位作者 尹仕斌 郭磊 邾继贵 《光学精密工程》 北大核心 2025年第3期438-451,共14页

为了应对列车受电弓轨旁异常检测场景下,强环境噪声对双目视觉系统结构参数造成较大的扰动,导致视差图计算结果不准确进而影响异常检测精度的问题,对原有立体匹配方法进行改进后并结合异常特征检测方法,提出一种应用于该场景下的受电弓... 为了应对列车受电弓轨旁异常检测场景下,强环境噪声对双目视觉系统结构参数造成较大的扰动,导致视差图计算结果不准确进而影响异常检测精度的问题,对原有立体匹配方法进行改进后并结合异常特征检测方法,提出一种应用于该场景下的受电弓轨旁异常检测方法。采用扩展邻域的代价计算和加权代价聚合方法,有效解决在强环境噪声时由于环境振动或自身结构蠕变导致双目极线不准确的情况;采用局部二值模式方法计算代价分布函数,使算法更适用于已知工件的固定场景检测;结合实际应用场景,限定视差计算搜索空间,优化计算效率,提升轨旁检测的实时性;最后对三维重建后的点云信息进行异常特征检测,在受电弓轨旁异常检测系统中验证了算法的有效性。实验结果表明,本文提出的算法较传统算法测量精度提升60%以上,时间效率提升30%以上,有效解决了该场景下轨道交通现场检测设备效率低和精度不足的问题。 展开更多

关键词 受电弓检测 立体匹配 异常检测 视差优化 三维重建

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新型旋转激光扫描系统发射站结构设计与测量模型构建

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作者 滕明鑫 林嘉睿 +2 位作者 吴腾飞 任永杰 邾继贵 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第7期60-72,共13页

旋转激光扫描系统基于角度交会原理实现空间三维坐标测量,以其可多目标并行测量、量程可扩展的特点,在航空航天、高端船舶等大型装备制造领域得到了广泛的应用。由于现有仪器激光器安装空间受限制约了系统光源选择与优化,通过分析光路... 旋转激光扫描系统基于角度交会原理实现空间三维坐标测量,以其可多目标并行测量、量程可扩展的特点,在航空航天、高端船舶等大型装备制造领域得到了广泛的应用。由于现有仪器激光器安装空间受限制约了系统光源选择与优化,通过分析光路设计需求,设计了新型发射站主体光路结构,通过光纤传导将激光光路延长至发射站外部,利用镜组实现分光和生成扫描光面,配合转台以构建精密空间光场,避免了安装空间对激光器性能的限制,使得后续对光源进行优化设计时不再受到约束,在光信号层面有效减少系统性能受到的影响。由于新设计导光型发射站的结构特殊,结构误差会造成发射站运行过程中扫描激光面型瞬时变化,传统基于旋转光平面特征的参数模型不再适用,因此本文结合光路几何结构,通过对光轴偏心误差、光轴倾斜误差等误差进行分析,取消了传统模型将光平面初始空间方程作为内参的定义,重新定义了发射站内部参数,构建了适用于导光型发射站的多站组网定位模型和内外参标定模型。最后搭建了实验平台进行仿真和实验,结果表明:研究的测量模型有效且坐标测量精度优于0.7 mm,能够满足大型装备制造需求,为新型旋转激光扫描系统的性能提升和后续优化打下了坚实基础。 展开更多

关键词 旋转激光扫描系统 结构设计 测量模型 测角误差

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地球静止轨道干涉式红外探测仪(GIIRS)星载黑体辐射源的研制

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作者 许鑫 夏蔡娟 +4 位作者 周晶晶 司马瑞衡 宋健 徐春媛 郝小鹏 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第10期72-81,共10页

星载黑体辐射源是红外遥感载荷在轨辐射定标的核心基准设备,其性能直接决定遥感数据的定量化精度。针对风云四号03星地球静止轨道干涉式红外探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)对大口径、宽温区及高精度定... 星载黑体辐射源是红外遥感载荷在轨辐射定标的核心基准设备,其性能直接决定遥感数据的定量化精度。针对风云四号03星地球静止轨道干涉式红外探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,GIIRS)对大口径、宽温区及高精度定标的严苛需求,文中提出并研制了一种新型星载黑体辐射源。该辐射源采用圆柱腔型结构设计,通过金字塔微结构阵列底板与螺旋微沟槽侧壁的协同优化,显著提升腔体表面吸收效率;结合高发射率涂层工艺,进一步增强辐射性能。为验证设计有效性,采用蒙特卡洛光线追迹方法分析发射率特性,并通过热-结构耦合仿真系统研究温度场分布规律,最终构建了具备多参数协同控制能力的星载黑体辐射源。基于真空低背景红外亮温标准装置的实验结果表明,在4.0~16.0μm宽波段范围内,黑体在.310 K目标温度下的平均光谱发射率为0.9950,辐射亮温的合成标准不确定度优于0.015~0.035 K(覆盖290~335 K温区)。实验进一步表明,在280~320 K宽温区内,黑体底部温度均匀性优于0.099 K,侧筒温度均匀性优于0.210 K,整体温度均匀性达0.155 K,30 min内温度稳定性优于0.013 K。该研究攻克了大口径宽温区星载黑体的关键技术瓶颈,显著提升了红外遥感载荷的定量化反演能力,为气象预报、环境监测及气候变化研究提供了高可靠性的辐射量值标准源。 展开更多

关键词 黑体辐射源 红外遥感 辐射定标 发射率 温度均匀性

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长角融合空间坐标测量系统误差建模和标定

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作者 曲灏辰 王娜 +7 位作者 李东伟 许谦 邓皎鹏 古丽加依娜·哈再孜汗 张新盼 吴腾飞 史慎东 邾继贵 《光学精密工程》 北大核心 2025年第17期2704-2717,共14页

面向航空、航天等高端装备制造和大型射电望远镜等大科学装置建造、运行过程中多目标、自主并行测量需求,针对前期研究所提出的长角融合空间坐标测量系统,完善了几何结构误差模型,提出了一种基于自适应加权优化算法的高精度控制场标定方... 面向航空、航天等高端装备制造和大型射电望远镜等大科学装置建造、运行过程中多目标、自主并行测量需求,针对前期研究所提出的长角融合空间坐标测量系统,完善了几何结构误差模型,提出了一种基于自适应加权优化算法的高精度控制场标定方法,实现了长角融合空间坐标测量系统误差参数精准标定。室内标定实验24个标定点的点位坐标平均偏差为0.0981 mm,接近单次测量仿真的理论平均偏差值。室外天文观测环境下10个观测点的点位坐标测量标准差优于0.021 mm,反射面切向位移最大比对偏差为0.022 mm,重力方向位移最大比对偏差为0.040 mm。实验结果表明,本文方法有效标定了长角融合坐标测量系统的误差参数,满足实时天文观测对主动面面形精度控制的需求。 展开更多

关键词 坐标测量 误差建模 误差标定 多目标

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基于编码立体靶标的单轴转台标定方法

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作者 王昊天 王鹏 +2 位作者 李岳 魏家起 付鲁华 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第7期171-182,共12页

针对目前单轴转台标定存在流程繁琐且精度较低的问题,在深入剖析转台标定原理的基础上,设计一种新型编码立体靶标,并提出高精度转台参数多约束优化方法,用于提高单轴转台标定的效率和精度。首先,靶标整合3个含有编码特征点的不同位置姿... 针对目前单轴转台标定存在流程繁琐且精度较低的问题,在深入剖析转台标定原理的基础上,设计一种新型编码立体靶标,并提出高精度转台参数多约束优化方法,用于提高单轴转台标定的效率和精度。首先,靶标整合3个含有编码特征点的不同位置姿态的正方形平面,利用编码的唯一性可准确确定出各个平面的位姿变化情况,只需对靶标位姿进行一次调整,即可标定出转台的参数,显著简化了标定流程;其次,设计了编码特征点识别与处理算法,通过生成自适应椭圆掩膜,实现目标特征点的鲁棒分离,从而稳定、准确地识别编码特征点并完成解码,具备较强的鲁棒性;最后,设计了高精度转台参数多约束优化方法,结合点位约束、共面约束和法向量夹角约束建立目标函数,设置了权重参数,对转台标定参数进行优化,提高了标定精度。实验结果显示,使用所提方法标定转台,只需调整一次靶标位姿,即可使标定精度达到0.021 mm,与传统方法相比,精度可提高约36.363%。同时,根据标定结果拼接标准球,精度可达0.025 mm,相比于传统算法,误差约下降16.667%,进一步验证了该方法的可行性。此外,面对不同水平噪声时,所提优化算法可保持较为稳定的优化结果,展现出较好的鲁棒性。 展开更多

关键词 转台标定 编码立体靶标 多约束优化 精密测量

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基于电容信号均方根的平均叶尖间隙测量方法

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作者 薛志飞 易亮 +4 位作者 牛广越 刘昊 程仲海 傅骁 段发阶 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第1期80-89,共10页

叶尖间隙在线测量为航空发动机性能评估和故障诊断提供重要数据支撑,现有的航空发动机间隙测量技术多数针对单个叶片的间隙测量,并且尚无机载应用案例。针对当前电容式叶尖间隙测量方法存在的计算量大、数据冗余、高采样要求以及平均间... 叶尖间隙在线测量为航空发动机性能评估和故障诊断提供重要数据支撑,现有的航空发动机间隙测量技术多数针对单个叶片的间隙测量,并且尚无机载应用案例。针对当前电容式叶尖间隙测量方法存在的计算量大、数据冗余、高采样要求以及平均间隙求解难的问题,提出了基于电容传感信号均方根(RMS)的平均叶尖间隙测量方法。建立了基于RMS的叶尖间隙信号模型,推导了间隙信号RMS值与平均叶尖间隙之间的关系。仿真验证了噪声、时间参数对间隙信号RMS值的影响,提出了基于RMS方法的叶尖间隙信号处理参数。根据间隙信号占空比不变原则构建了叶片缩比模型,实现了适用于RMS处理方法的动态标定。在某型航空发动机压气机上开展了机载机载试验,验证了所提方法的可行性和有效性。实验结果表明,本方法以10 kHz采样率实现了航空发动机平均叶尖间隙测量,与传统方法测量结果相比,误差小于29μm。 展开更多

关键词 均方根 平均叶尖间隙 电容传感器 动态标定 机载试验

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基于ZYNQ平台非制冷红外视频采集系统的设计

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作者 郜峰 陈畅 +4 位作者 杨晓鹏 贾俊杰 杨云鹏 李奇峰 马翔云 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第7期45-53,共9页

针对非制冷红外相机图像存在背景噪声大、对比度低以及基于个人计算机的视频采集系统便携性差等问题,提出了一种基于ZYNQ全可编程片上系统平台的红外视频采集系统。该系统通过集成直方图均衡、核范数最小化以及一维引导滤波等多种图像... 针对非制冷红外相机图像存在背景噪声大、对比度低以及基于个人计算机的视频采集系统便携性差等问题,提出了一种基于ZYNQ全可编程片上系统平台的红外视频采集系统。该系统通过集成直方图均衡、核范数最小化以及一维引导滤波等多种图像处理算法,在提升图像对比度的同时有效抑制噪声。为了加快处理速度,系统采用直方图伪均衡方法优化直方图均衡的计算效率,并针对核范数最小化和一维引导滤波设计了高效的滤波模块架构,实现了两种滤波方法的高速并行处理。实验结果表明,所提出的红外视频采集系统能够将图像的粗糙度、均方根对比度和信息熵分别提升至原始图像的17.4、3.15和2.16倍,显著改善了红外图像的视觉效果和细节表现。基于ZYNQ平台的设计不仅具有高度集成化的特点,还具备较快的处理速度,能够满足实时处理的需求。与传统的PC平台相比,该系统在便携性、功耗和成本方面具有显著优势,为红外视频采集技术的实际应用提供了一种高效、可靠的解决方案。 展开更多

关键词 红外图像处理 ZYNQ 核范数最小化 一维引导滤波

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旋转超声加工中局部感应式电能传输系统的设计与研究

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作者 张新茗 孙艺嘉 +2 位作者 宫虎 朱均超 张宝峰 《机床与液压》 北大核心 2025年第8期60-66,共7页

在旋转超声加工中,局部耦合结构的供电方式具有换刀灵活、调试便捷等优势,但也存在漏磁严重、耦合系数低等问题。为此,针对上下环式结构的局部感应电磁耦合器,通过有限元仿真分析了磁芯及线圈结构对耦合系数的影响规律,设计一种耦合性... 在旋转超声加工中,局部耦合结构的供电方式具有换刀灵活、调试便捷等优势,但也存在漏磁严重、耦合系数低等问题。为此,针对上下环式结构的局部感应电磁耦合器,通过有限元仿真分析了磁芯及线圈结构对耦合系数的影响规律,设计一种耦合性能良好的方片式磁芯结构的电磁耦合器。对非接触式超声电能传输系统的4种基本单边补偿结构进行分析,利用设计的电磁耦合器驱动12 mm直径硬质合金刀具,比较了不同补偿电路下局部感应式超声电能传输系统的传输特性。结果表明:通过设计的方片式电磁耦合器结合次级并联补偿方式,可以有效增大局部感应供电下超声振动系统中刀具的超声输出振幅,验证了方片式结构电磁耦合器在旋转超声加工系统中的有效性。 展开更多

关键词 旋转超声加工 非接触式供电 局部感应 磁芯优化 补偿电路

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