高光谱成像用高帧频CMOS图像传感器北大核心

针对高帧频、全局曝光和光谱平坦等成像应用需求,设计了一款高光谱成像用CMOS图像传感器。其光敏元采用PN型光电二极管,读出电路采用5T像素结构。采用列读出电路以及高速多通道模拟信号并行读出的设计方案来获得低像素固定图像噪声(FPN)和非均匀性抑制。芯片采用ASMC 0.35μm三层金属两层多晶硅标准CMOS工艺流片,为了抑制光电二极管的光谱干涉效应,后续进行了光谱平坦化VAE特殊工艺,并对器件的光电性能进行了测试评估。电路测试结果符合理论设计预期,成像效果良好,像素具备积分可调和全局快门功能,最终实现的像素规模为512×256,像元尺寸为30μm×30μm,最大满阱电子为400 ke^(-),FPN小于0.2%,动态范围为72 dB,帧频为450 f/s,相邻10 nm波段范围内量子效率相差小于10%,可满足高光谱成像系统对CMOS成像器件的要求。     

2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性

目前矿区地表单点沉陷动态预计方法主要基于传统的水准测量数据,监测方法单一,成本高,观测点易破坏,不能保证地表形变信息的实时性,且采用灰色模型进行地表沉陷预计时只针对单一模型的应用,没有结合模型自身特点分析其适用性。以袁店二矿7221工作面为试验区域,采用合成孔径雷达差分干涉测量技术监测矿区地表沉陷量,分别建立了描述沉陷量与时间关系的GM(1,1)与灰色Verhulst模型进行地表沉陷量预计,实现了矿区地表沉陷监测与动态预计一体化。通过比较、分析GM(1,1)与灰色Verhulst模型对地表沉陷量的拟合及预计结果,得出了2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性:在矿区开采沉陷开始至活跃前期,若地表单点沉陷量曲线呈近似单峰型,则宜采用GM(1,1)进行短期预计;当矿区地表沉陷进入衰退阶段,单点沉陷量曲线呈平底饱和状态,则宜采用灰色Verhulst模型进行中长期预计。     

改性石墨烯包覆光纤的马赫-曾德尔大肠杆菌传感器

针对日益严峻的食品安全问题,特别是食源性致病菌的快速检测,本文提出一种基于表面改性石墨烯粗锥型马赫-曾德尔干涉结构的光纤大肠杆菌传感器。首先,截取一根4 cm的实心光子晶体光纤,两端分别与两根单模光纤进行粗锥熔接,形成基于马赫-曾德尔干涉原理的传感结构;接着,制备一种表面改性石墨烯敏感材料,将它涂覆在实心光子晶体光纤的表面,使传感器对大肠杆菌溶液有较高的灵敏度;最后,将上述传感器置于水槽中,以此检测大肠杆菌溶液浓度。实验结果表明,在大肠杆菌溶液浓度为50~600 cfu/mL内,随着菌液的浓度增大,传感器的干涉光谱发生了明显的蓝移,灵敏度为3.43 pm/(cfu·mL^-1),菌液浓度与波长偏移的线性度为0.95649,检测限为67.18 cfu/mL,响应时间为15 s。该传感器成本低、体积小、响应时间快,适用于低浓度大肠杆菌浓度的快速检测。     

改型Wollaston棱镜干涉光谱仪的调制度研究

改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继,可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理,从调制度定义出发,计算得到准单色光源的复相干度,找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后,由像点逆光路追迹给出MWP的厚度计算公式,代入调制度约束参数得到不同参量的误差容限。通过FRED记录不同视场扩展情况的灰度与辐照度,结果显示,调制度为0.9时,视场与理论估算值1.24°基本相符;不同剪切量的灰度与辐照度变化特性表明,结构角会使定域垂直系统光轴的入射角发生变化,与晶轴倾角共同影响双折射率差;2.5和8μm像元探测采样表现出调制度差异,描述了定域深度或离焦的影响。以准单色光源、复相干度表示调制度,可将不同影响因素统一至约束参数中,相关变量误差容限可作为MWP-FTS的设计依据。     

基于超声合成孔径的物体三维轮廓成像技术

文中研究了采用超声合成孔径技术对物体进行三维轮廓成像的方法,通过超声合成孔径成像的数据得到轮廓线图像。根据探头移动轨迹建立三维坐标系,将轮廓线转换点云数据,其中利用边缘检测提高轮廓线的精度,通过轮廓线间的位置关系得到物体表面数据,结合表面数据复原出物体三维轮廓。实验结果表明,采用超声合成孔径技术可以实现物体的三维成像,是又一种有应用价值三维成像技术。     

双层蜗壳离心泵内非定常流动压力场分析

为研究双层蜗壳离心泵叶轮与蜗壳动静干涉作用下叶轮出口压力分布特点和工况变化对压力分布的影响,应用CFD技术对模型泵内部的流动进行非定常流动数值模拟,并对变工况压力场进行分析。3种工况下,叶片经过隔舌和叶片经过隔板始端时刻,叶轮与蜗壳的动静耦合干涉作用对叶轮出口压力分布影响比较大,动静干涉作用引起的压力分布变化受工况的影响比较大;叶片处于中间位置时刻,叶轮与蜗壳的动静耦合作用减弱,对叶轮出口压力分布影响较小,叶轮出口压力分布均匀性受工况的影响较小。     

离心压缩机动静干涉信号特征识别方法

离心式压缩机由于内部静、动叶片排的相对运动,气流在压缩机内部流动时会产生动静干涉,从而会产生不定常气流激振力和高振幅压力脉动。这种非定常动静干涉对压缩机的稳定正常运行和实际工作效率有着重要的影响。为了有效研究动静干涉的信号特征,首先,对某模型级压缩机试验台离心叶轮进行运行模态仿真计算从而得到叶轮干涉图;其次,确定进口导叶(inlet guide vanes,简称IGV)和出口扩压器(outlet guide vanes,简称OGV)对叶轮存在干涉的转速;最后,在确定的试验转速工况下进行应变测试和压力脉动测试。通过分析对比,验证了仿真转速工况下干涉特征频率的存在,也证实了应变信号更适用于识别干涉信号特征。通过总结干涉较严重的转速工况干涉特征频率与叶轮固有频率的关系,为离心压缩机进一步改进设计奠定了基础。     

一种基于GSL的吊放声纳信号处理实现方法

根据实际需要,研究了一种基于GSL(GNU scientific library)的吊放声纳信号处理实现方法,该方法以通用CPU(central processing unit)作为平台,Visual Studio作为软件开发工具,对GSL的数学运算函数进行二次封装,充分利用编译环境强大的调试功能,降低调试难度,从而减少开发人员工作量,缩短开发周期.文章简单介绍了吊放声纳信号处理算法的原理,并在此基础上着重介绍了GSL的设计思路和实现方法,最后进行实验验证,模拟目标回波信号作为输入数据,信号处理结果验证了该方法的正确性和有效性.