基于MEMS光线引入器的太阳敏感器技术

太阳敏感器是卫星等航天器上的重要姿态测量部件,其原理是测量太阳光线和敏感器本体主轴的夹角,近而确定卫星的指向.随着MEMS技术和高精度图像传感器技术的发展,将MEMS光线引入器阵列和APS(Active Pixel Sensor)图像传感器技术进行组合,在不增加系统的质量和功耗的情况下通过多个成像阵列来降低系统的随机误差,提高成像中心位置的准确性,从而将太阳敏感器的测量精度提高一个量级.同时采用图像预测提取相关算法(Future Extraction and Image Corre-lation-FEIC),提高了系统的鲁棒性,在部分小孔受到堵塞等干扰情况下,依然保证系统正常工作,精度上基本上不受影响.传统的太阳敏感器一般采用单孔式光线引入器和CCD等方案来实现的,精度比较低.这种新设计思路和实现方法为太阳敏感器系统的可靠性提供了重要保障.     

一种新型太阳敏感器

太阳敏感器是卫星姿态控制系统中常用的一种光电敏感器.当卫星控制系统转入应急模式时,太阳敏感器的宽视场快速捕获太阳尤为重要.本文设计了一种梯形狭缝式太阳敏感器,该敏感器具有大的检测视场(157°)且可满足大太阳角(最大175°)下的应用,而采用梯形狭缝设计可大幅度减小太阳角大范围变化对太阳脉冲宽度的影响,从而便于后续处理电路的设计.实际的在轨飞行试验中验证了这种太阳敏感器的实用性.     

小型CMOS太阳敏感器

提出并设计了一种基于FPGA的小型CMOS数字式太阳敏感器.对其光学系统设计参数进行了合理选择,采用了"质心法"求取太阳像光斑中心位置,并用最小二乘法对该太阳敏感器进行了标定.经过测试,应用该技术实现的太阳敏感器样机的视场范围可达到60°×60°,测角精度可达到0.05°,帧频10Hz,质量小于250g,总功耗为750mW.包括处理电路在内的整个结构尺寸为80mm×80mm×35mm.     

基于SOPC的太阳敏感器信息处理系统

基于内嵌处理器软核MicroBlaze的FPGA,设计了一种太阳敏感器信息处理系统。采用MicroBlaze软核实现光斑质心提取和姿态换算,并通过其它逻辑资源实现图像传感器驱动、图像存储和接口通信等模块的时序控制,同时根据MicroBlaze软核的特点,提出了一种基于扫描方式的质心提取算法。结果表明,具有单精度浮点运算能力的MicroBlaze软核能够保证太阳敏感器质心提取和姿态计算的精度;基于扫描方式的质心提取算法流程简单,占用资源少;采用SOPC的太阳敏感器无需DSP或ARM等协处理器,减小了硬件设计复杂性,提高了系统的集成度和性能。     

卫星太阳敏感器模拟器校准技术研究

针对卫星姿轨控半实物仿真系统的技术要求,提出了一种用于太阳敏感器模拟器的校准装置。校准装置以FPGA和AVR单片机为控制核心,微型单板电脑模拟动力学计算机,通过网口进行指令的上传下达。内置信号调理电路、高精度采集模块,数据解算模块等。该校准装置集成度高,替代了原有由数字表、动力学计算机等组成的复杂校准系统,有效地降低了成本,提升效率约40%,实现了太阳敏感器模拟器的快速全过程在线校准。     

载人飞船光学地平敏感器地相变化规律的分析

介绍了光学地平敏感器，它是航天员在飞船上目视检测飞船姿态的备用手段。根据假设参数，ＣＡＤ绘出了模型图，轨迹圆和地相变化时序图；接着编绘出地相周期表和窗口亮暗顺序图，上述图表表征了地相变化规律。     

环境温度对星敏感器测量精度的影响

环境温度对星敏感器测量精度有一定影响.运用光机结合方法,研究环境温度对星敏感器测量精度的影响.在计算典型星敏感器光学系统热效应引起的结构参数变化的基础上,分析了星敏感器星点定位误差.计算结果表明:在视场角0°附近,环境温度变化对星点定位精度影响较小;通过材料匹配,减小系统温度焦移系数,可以减小环境温度变化引起的星点定位误差.热补偿设计后,在环境温度-20～60℃范围内,星敏感器最大测量误差仅为0.02″,约为原系统的1/7.     

RISC技术在星敏感器中的应用

提出了一种采用RISC作为星敏感器主处理器的设计方案。RISC(Reduced Instruction Set Computer)是精简指令集计算机,它具有指令简单、功耗低、运行速度快的特点。以RISC技术为基础搭建了星敏感器处理器部分的硬件结构。在此平台上,成功地实现了星敏感器的数据处理和控制功能,其中包括系统的启动,模式转换控制,星图识别、跟踪和姿态计算,以及与FPGA通讯等。在跟踪状态下,姿态更新频率可以达到10Hz。测试表明,应用RISC技术的系统功耗小,仅为400mW,成本约为使用功能类似DSP构建系统的1/4。     

基于变曲率透镜的四纤光纤准直器的设计

为实现一种新型的ROADM,设计了基于四纤光纤头和变曲率球面透镜的四纤光纤准直器.变曲率球面透镜包括斜柱体和变曲率球体两部分;4根尾纤在同一平面内等距排列,各尾纤出射光对应曲率不同的球面,可保证准直器出射光的出射角度满足应用要求.各尾纤出射面位于透镜的物方焦点处,从而使从光纤出射的光束获得准直.利用矩阵光学理论,设计出...     

一维光电位置敏感器的应用研究

简要叙述了一维光电位置敏感器（ＰＳＤ）的工作原理,以及采用光学三解法测量构成的尺寸测量传感器,重点介绍光电位置敏感器、半导体激光器实现睡钢轨磨耗自动检测的方法。     

基于有源光纤环路的光缓存单元

设计了一个低噪声的EDFA,结合0.8nm的窄带光滤波器,采用长为10439m的标准单模光纤,构成了一个有源光纤环路.对其输出特性进行了详细的测试,测试结果表明该系统具有良好的信号复制能力.基于此设计了一个光缓存单元,描述了其存储原理,定义了其单位缓存时间和最大缓存时间,实验表明该光缓存单元实现了光脉冲信号的缓存,单位缓存时间约为50 μs,复制光脉冲个数在500个以上,相应的最大缓存时间约为25 ms.     

反射式横向位移光纤传感器特性

在实验测量的基础上形成了一种在高斯光束几何反射模型下的一维数值计算方法,可以在计算机上对反射式横向位移光纤传感器的特性进行计算分析,为该传感器的优化设计提供了一个必要工具.对用62.5/125多模光纤组成的并列反射式横向位移光纤传感器的计算分析结果表明:接收光纤端面处的反射光斑半径在180 μm附近时有最大的接收光强和最佳信噪比;反射光斑半径在180 μm～600 μm时接收光强对反射条边缘的横向位移或横向振动的动态范围、线性关系和信噪比都较佳;接收光强对反射条横向位移的分布宽度主要取决于反射条的宽度和接收光纤的芯径.     

基于光纤传感网络的复合材料结构的损伤定位评估方法

提出了利用埋入正交塑料光纤传感网络对飞机复合材料结构的损伤进行定位评估的一种方法。结果表明：利用该方法可以迅速而准确地判断出复合材料结构是否遭到了损伤以及损伤的位置,即对复合材料结构进行损伤定位评估,实现在线实时监控。     

用神经网络技术实现的光纤位移传感器

描述了一种智能型位移光纤位移传感器，它用差动比值法减小漂移和不同的反射介质的影响，用人工神经网络技术减小非线性误差。实验结果表明，使用这些技术后，各方面指标都远远优于传统方法。     

光纤传感式红外水分测定方法的研究

将光纤传感技术与传统的红外水分测定方法相结合,设计了一种光纤束传感器来实现发射光和接收光的传输.为将接收二极管上的微弱信号送到A/D转换器处理,采用锁定放大原理设计接收信号的调理电路.在不影响测量精度的情况下,能使红外水分测定系统变得更简单、更廉价.     

用LED作光源的Fabry-Perot光纤甲烷气体传感器的研究

利用Fabry Perot腔的选频特性 ,考虑与光纤的低损耗窗口相一致和价格等因素 ,采用价廉的1 3μm波段的LED作为光源 ,实现了PZT对Fabry Perot腔的正弦调制。对甲烷气体浓度进行谐波检测 ,检测灵敏度可达 10× 10 - 6 ,大大提高了灵敏度和稳定性     

国外光纤光纤带和带状光缆技术的最新发展

综合介绍了近年国外关于低衰耗的色散补偿光纤,非零色散位移光纤,用于恶劣环境的碳涂覆和氮化硅涂覆光纤的研究;光纤带制造技术包括光纤带的结构、涂层、性能、生产工艺,大芯数光纤带状光缆包括层绞式松管、中心松管式、骨架式、干缆芯带状光缆的设计制造技术的最新进展。     

镀膜光纤传感器ZnO压电层电沉积机理及结晶结构的研究

研究了镀膜光纤传感器ZnO压电薄膜电沉积的晶体结构的影响因素及沉积机理.试验表明,利用Zn(NO3)2单盐水溶液体系可在铜基上进行阴极电沉积直接得到氧化锌膜.试验研究了电沉积过程中电流密度、沉积温度、Zn2 浓度、pH值及沉积时间对氧化锌膜结构的影响,提出了一套稳定、实用、经济的电沉积工艺参数为:电流密度4.5～7.0 mA/cm2,温度50～60 ℃,反应时间10～20 min,Zn2 浓度0.10～0.20 mol/L,pH值2.0～3.0.通过循环伏安曲线对沉积反应进行了分析,考察了结晶组成和晶体结构及晶粒尺寸.研究表明,搅拌对沉积影响不大.在最佳工艺条件下沉积得到的ZnO薄膜厚度为2.8～3.2 μm,薄膜晶粒尺寸为0.529 40 nm.     

光纤声传感器的实验系统研究

针对光纤声传感器元件尺寸小、对探测灵敏度要求高的特点,本文提出了一套用于该传感器在线数据采集、灵敏度分析与调节定位的实验系统.通过分析不同工作距离下系统的接收光强度,得到了系统的灵敏度特性,并输出反馈信号控制光纤微调架自动、精确的调节到最佳工作距离,以使传感器获得最佳的探测灵敏度.采用该系统对平行结构的光纤声传感器进行了实验研究,实验结果表明传感器的最佳工作距离为160 μm,对声音的探测灵敏度为16 mV/Pa.     

光纤Fe-C敏感膜的制备及腐蚀传感规律的研究现状

介绍了Fe-C敏感膜光纤腐蚀监测传感器的原理及其应用,并重点介绍了Fe-C敏感膜的制备及传感器传感规律的研究,发现在腐蚀过程中输出光功率会明显增大,通过监测输出光功率的变化可以得到金属的腐蚀情况,最后提出了研究中需要解决的问题,并展望了其应用前景.