太阳光谱辐照度仪光机系统设计

为高精度监测太阳光谱辐照度变化,设计一款高精度太阳光谱辐照度仪用于获得太阳光谱辐照度数据。该辐照度仪设计了三种光路完成性能指标,其主光路用于测量光谱辐照度,参考光路用于波长标定,太阳跟踪光路用于室外精密跟踪太阳。详细介绍了辐照度仪主光路的设计,主光路采用Féry棱镜进行色散与会聚,辐照度仪入射狭缝通过Féry棱镜成像到棱镜焦平面。通过旋转棱镜,在辐照度仪焦平面通过两个单元探测器获得380～2500 nm光谱辐照度。通过理论分析和实验验证,在380～2500 nm光谱范围内仪器的光谱分辨率小于40nm。采用标准灯对太阳光谱辐照度仪进行光谱响应范围验证,结果表明仪器的光谱范围满足测量需求。     

基于可调谐激光器的太阳光谱辐照度仪定标方法

太阳光谱辐照度仪是利用棱镜分光技术对太阳直射辐射进行连续光谱测量的新型仪器,为了实现高精度观测要求,开展了基于可调谐激光器的系统级定标方法研究。使用激光导入积分球产生的均匀辐照度场作为定标光源,利用标准辐照度探测器作为传递标准,将低温绝对辐射计的辐射标准传递到太阳光谱辐照度仪。在仪器的870 nm波段进行了定标实验,与标准灯法、Langley法得到的定标系数进行比对,偏差分别为2.84%和4.08%,验证了该方法的可行性。根据不确定度评估规范,这种定标方法的不确定度优于0.882%,可以用于高精度的太阳光谱辐射观测。     

太阳光谱辐照度仪自动跟踪装置的设计与测试

为了实现太阳光谱辐照度的高精度观测,提出了视日运动轨迹和光电跟踪相结合的太阳自动跟踪方案,详细论述了视日运动跟踪计算原理和基于四象限探测器的跟踪装置设计。为检测该装置的跟踪精度,设计了基于线阵CCD探测器的跟踪精度检测系统,并开展了室外观测实验。测试结果表明,太阳跟踪精度为±0.030°,稳定性优于1.4%,所设计的太阳跟踪装置在跟踪精度和稳定上均能够满足太阳光谱辐照度观测的高精度跟踪要求。     

波长扫描型布里渊光时域反射仪

布里渊光时域反射仪(BOTDR)是一种具有广泛应用前景的分布式光纤传感器。对于特定的入射波长,自发布里渊散射光的布里渊频移与温度和应变成线性关系,通过测量光纤沿线布里渊频移分布可实现温度或应变的分布式传感。布里渊功率谱扫描是BOTDR获取布里渊频移的常用手段,已有光频差扫描与电频扫描两种方式。基于布里渊频移对波长的依赖性,提出一种波长扫描型BOTDR。采用可调谐激光器作为光源,通过扫描入射光波长,来获取布里渊功率谱,该方法兼具光频差扫描与电频扫描的优点。实验证明了该方法的可行性,对23.4km光纤进行测量,实现了5m的空间分辨率与2.2℃的温度测量精度。     

风云三号黎明星太阳辐照度光谱仪系统噪声与稳定性分析

介绍了搭载在风云三号黎明星上的太阳辐照度光谱仪系统,并对光谱仪可见光通道探测器中的光电倍增管和放大电路产生的噪声进行定量分析.研究表明,在无光照情况下,系统以光电倍增管暗噪声为主;在有光照条件下,系统以阳极散粒噪声为主.基于对噪声的分析,进行地面稳定性试验.采用太阳辐照度光谱仪初样测量丽江2021年10月份的太阳光谱辐...     

一种基于面阵CCD实时测量汞灯谱线波长的方法

利用面阵CCD采集汞灯衍射光谱图像;由计算机程序对采集的光谱图像进行处理,计算出不同波长谱线到零级谱线的间距L;然后根据光栅方程,实时计算出谱线的波长。该方法具有快捷、简便、精度高的特点,可应用于对光谱波长的实时测量。     

测角CCD多功能光谱仪的研究

将CCD测量转角的方案应用到光栅光谱仪中,设计了一套CCD成像法波长扫描机构,大大改善了光谱仪的性能。为了满足测量范围的要求,采用CCD拼接技术。该系统具有采集和显示被测谱线、拾取谱峰和自动寻峰等数据处理功能,并能计算出识别出来的任意一条谱线的波长。用于测量低压汞灯谱线波长,测量结果和实际标准波长偏差在0．20nm以内。     

线阵CCD紫外光谱仪的波长定标研究

波长定标的精度是衡量光谱仪的重要 指标之一。鉴于其重要性,研究了线阵电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)紫外光谱仪的波长定 标,并完整地给出了一种波长定标方法(包括噪声扣除、谱 峰定位和波长拟合三部分)。针对暗噪声影响光谱信号的问 题,提出了一种利用非曝光像元扣除暗噪声的方法;针对谱峰漂移 的问题,提出了一种基于权重窄窗差分的谱峰定位方法;针对单一光 源特征谱线数量不足的问题,提出了一种多波段波长拟合方法。实 验结果表明,本文方法的波长定标精度在0.6 nm之内,关键波长点 上的定标精度在0.01 nm之内,具有定标精度高、复杂度低等优 点,因此可用于紫外光谱仪的波长定标。     

基于线阵CCD扫描的测量技术

针对零件二雏几何尺寸的高精度非接触测量问题,提出了基于线阵CCD扫描测量的方法。通过对扫描同步的分析,很好地控制了扫描图像的失真。对CCD扫描图像设计了处理算法。由于需布置光源,而光源随时间会有所衰减,所以对图像采用边缘检测的算法,以减小光源亮度变化对图像测量的影响;由于获取的梯度是梯度带,同时为了不加剧边缘的不连续性,采用了细化算法。对闽断点进行插值,采用周长法计算直径,系统测量结果与采用千分尺进行测量的结果相比较,其测量误差不大于10μm。     

一种便携式光谱采集系统的设计与实现

为了快速有效地判断化学物质中的微量成分,并粗略估计成分的含量,提出一种便携式分光光度计的设计方案,对该方案的光谱采集系统进行了设计与讨论.与传统的分光光度计设计方案相比,该方案采用线阵CCD器件代替传统的光电管来实现光电信号的转换,易于提高系统的运行速度并减少系统体积;利用FIFO(先入先出队列)可以实现高速数据输出设备与低速控制器的数据交换.本系统可以选择LCD液晶或者电脑端屏幕来显示数据,并能快速地在两种显示方式之间进行切换.为了直观的在液晶上显示采集的光谱,方案使用了插值压缩技术.实验证明,系统在两种显示方式下稳定工作,并能实现光谱数据快速有效地显示.     

基于激光诱导击穿光谱的煤样典型特性研究北大核心CSCD

为了准确检测煤样的各种元素含量、灰分和发热量等工业指标,提出利用激光诱导击穿光谱技术进行煤样的光谱强度信息采集。激光诱导击穿光谱技术作为一种新型的元素分析技术,通过高能脉冲激光聚集在样品表面,分析等离子体释放出的元素谱线信息,得出样品元素含量和组成。而光谱信息采样的延迟时间是光谱检测中一个非常重要的参数,为了研究延迟时间对煤样激光诱导击穿光谱信号强弱的影响,提出了通过连续背景强度变化和相对标准偏差计算来判定测量煤样的最佳延迟时间。本研究选取山东济南众标科技有限公司的三种标准煤样作为研究对象,实验测试使用Nd∶YAG脉冲激光器,波长为1064nm。对于煤质的检测,采用AvaSpec Dual型光纤光谱仪,光谱探测波长范围为两通道195~467nm和615~973nm。延迟时间为247~252μs对三种标准煤样ZBM100、ZBM101、ZBM104的光谱信息进行特征分析,通过光谱信号强度和连续背景强度随延迟时间变化的关系,判断出247~252μs范围内的最佳延迟时间。随着延迟时间的增加,连续背景强度快速衰减,在250μs时,连续背景强度和光谱信号强度分别衰减到延迟时间为247μs时的30和50。其次通过在不同延迟时间下相对标准偏差的计算,判断出标准煤样样本中Al、Si、Fe三种元素最佳延迟时间为247μs、248μs、249μs所对应的标准偏差达到最小值,得到因选用标准煤样对象不同其相对标准偏差对应元素的最佳延迟时间也会有所差异。研究结果表明,三种标准煤样ZBM100、ZBM101、ZBM104的光谱强度在247~252μs的最佳采样延迟时间为250μs。此实验研究结果,为激光诱导击穿光谱技术探测和分析煤质检测的最佳延迟时间提供了依据。     

一款具有稳定扫描波束分辨率的宽视角相控阵天线北大核心CSCD

基于自适应稀疏阵的结构,提出了一种具有宽视角与稳定扫描波束分辨率性能的相控阵天线。阵列单元是可以在相同谐振频率下实现TM;和TM;两种模式共同工作的单激励圆环贴片天线,其具有140°的半功率波束宽度,这种宽波束辐射效果能够较好地拓展相控阵天线的扫描范围。基于此单元构建了一个35元线阵,对其波束扫描分析发现在限定增益波动小于2 dB的条件下阵列扫描范围可以达到-70°~+70°,但主瓣波束宽度随着扫描角度的增加而增大。为解决这个问题,引入了自适应稀疏阵的概念,并采用基于互耦补偿矩阵的迭代快速傅里叶变换(Iterative Fast Fourier Transform,IFFT)技术进行自适应稀疏阵的优化设计。结果表明,所提出的基于自适应稀疏阵结构的35单元相控阵天线在-60°~+60°扫描范围内增益波动始终小于1.5 dB,波束宽度波动小于1°,且峰值旁瓣电平基本保持在-20 dB以下。相较于均匀周期阵列,所提出的自适应稀疏相控阵天线能够在实现低旁瓣宽视角扫描的同时,有效提高天线在宽角度范围内扫描波束分辨率的稳定性。     

线激光辅助面阵CCD光学成像弹丸位置解算模型北大核心CSCD

针对典型光电测试系统光幕结构复杂、测量精度低的问题,本文提出一种线激光辅助面阵CCD光学成像方法测量弹丸的位置信息;通过分析弹丸穿过激光光幕在面阵CCD上的成像原理,给出弹丸成像所占面阵CCD像元位置信息与弹丸空间位置的关联函数,结合线阵列光电探测器接收弹丸过幕信号的编码点位置,构建弹丸空间位置解算模型;根据仿真分析,在1 m×1 m探测区域内x,y坐标最大误差均小于3.5 mm;通过与木板靶测试进行对比实验,验证了激光辅助面阵CCD光学成像测量弹丸位置信息的科学性和正确性。     

基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法研究

为实现光纤扫描光源宽调谐范围内输出波长的高精度标定,提出了一种基于多波段混合气体吸收谱线的波长标定方法。采用分段阈值二阶导极值法和洛伦兹线型拟合法从混合气体吸收光谱中提取多条谱线中心位置,以其波长和驱动电压为参考点对Fabry-Perot(F-P)可调谐滤波器的迟滞非线性特性进行二次多项式拟合标定。将C2H2在C波段的吸收带与CO2在L波段的吸收带相结合,选取了21条C2H2谱线和16条CO2谱线作为波长参考。将本方法用于C+L波段的光纤光栅(FBG)波长解调,在0~60℃范围内波长拟合标准差小于3.3pm,线性相关系数大于0.999 8,系统稳定性误差小于2.6pm。     

动基座对光电设备稳定扫描影响的仿真研究

采用线阵CCD成像系统的光电设备具备连续360°全区域搜索扫描功能,其搜索成像的质量,取决于设备是否能良好地抑制动基座的扰动,保持扫描运动的匀速稳定性.所以有必要研究动基座的运动对光电设备的附加影响.本文以船体安装平台为例,在相关文献推导出的船体运动在光电设备方位、俯仰轴上附加角速度的公式基础上,运用MATLAB进行仿真研究,形象具体地总结出在设备各种状态下,船体运动的附加影响,为搜索光电的设计提供依据.     

相频扫描阵列通道幅相测试方法研究北大核心CSCD

相频扫描阵列具有频扫低成本和相扫控制灵活等优点,被广泛用于军事和民事。该类阵列的增益、相位扫描面波束副瓣等受通道的幅度相位一致性影响较大,需要经过校准补偿以获得高性能波束。准确高效的通道幅相测试方法是进行校准的前提和基础。文中首先分析了组成相频扫描阵列的波导缝隙天线近场区域的辐射特性,得出在柱面波区域进行取样的可行性。在此基础上提出了扫描架逐行移动取样以及中场取样两类共五种测试方法,并给出了程差的幅相补偿方法。计算了各测试方法所引入的系统误差,分析了它们各自的适用场合。最后对比其中两种测试方法在某相频扫描阵列样机中的幅相测试结果,并给出了补偿校准后的波束测试结果,验证了文中所提出测试方法的准确性和有效性。     

组合增益介质双波长激光器的功率均衡机制研究北大核心CSCD

研究了激光二极管端面抽运的组合增益介质双波长激光器的功率调谐特性。研究表明,组合增益介质的内部抽运光束腰位置和温度是影响双波长信号相对功率比的重要因素;当固定抽运光束腰位置,增益介质发射截面随温度的变化率不同,导致双波长信号相对功率随温度而改变。进行了相关的验证实验,对于特定参数的组合增益介质双波长激光器,固定抽运功率为3 W,固定抽运光束腰位置在增益介质内1.5 mm,当热沉温度从5℃升温至32.3℃,输出双波长信号达到功率均衡,总输出功率为435 mW,实验结果与理论仿真符合较好。     

MOEMS集成波长选择开关的设计及研究北大核心

研究一种基于电磁驱动微光机电系统(MOEMS)光开关阵列的串联集成波长选择开关结构,经过理论分析与计算,得出螺旋形线圈在相同电流密度下相比于八边形和四边形线圈能得到更大的电磁力;通过模态分析得到在设计的悬臂结构下,支撑臂响应时间约为22 ms。采用溅射、光刻、腐蚀和电铸等MOEMS工艺完成了光开关悬臂的制作,并通过制作对准标记及采用可见光与红外光相结合的装调方法,完成了1×8阵列的波长选择开关系统集成。经过测试得到,开关上升和下降的时间均约为20 ms,当电流为0.4 A时,支撑臂的挠度为1.28 mm,能达到系统光路转换的目的。该波长选择开关能够在2 V电压下,实现对8个不同波长信道的任意选择,其最大的插入损耗为1.741 dB,信道均匀性达到0.55 dB;插入损耗的测试结果与计算结果较吻合。     

一种基于P89LPC932与线阵CCD的测径仪

文章介绍了一种基于P89LPC932单片机与线阵CCD的测长测宽仪,给出了CCD测量的基本原理、测量系统的构成,以及利用P89LPC932的CCU单元实现测量的硬件电路与软件设计.经实际应用表明利用此方法设计的测径仪测量范围比较大、且操作简便可快速精确测出棒材的长度或宽度.