空间目标色温测量的波段选择

针对某空间目标色温测量技术,提出了一种可用于选择最优波段和提高系统温度分辨力与测温灵敏度的方法。 基于目标不同波长辐亮度的比对,推导了目标单色辐射率之比 与标准黑体波长及色温之间的关系,建立了目标色温测量数学模型,从而巧妙地绕开辐射率对测温工作的不利影响。同时建立了波段优 选评价函数数学模型,并通过分析系统的温度分辨力及测温灵敏度与探测波段之间的关系优选探测波段,提高了色温测量的精度。 基于红外系统进行的波段选择仿真结果表明,在8.0 ～ 8.5 μm范围内,当波段宽度取60 nm时,对温度为200 ～ 300 K的空间目标进行色温测量的温度分辨力最高可达到0.07 K。对不同温度目标的温度分辨力与测温灵敏度分别平 均提高了7.9 %和11.3 %。通过波段优选可以有效提高温度分辨力及测温灵敏度,为空间目标探测与识别装置的 研制提供了技术支持。     

网络式温湿度监控系统研究

提出一种基于网络的温湿度监控系统方案,选取Scnsirion公司生产的数字温湿度传感器SHT75实现温湿度测量,测量精度可编程调节,控制湿度检测精度在士4%以内,温度检测精度在±0.4℃以内;采用模糊控制技术监控温度和湿度,减少了系统的状态切换;采用ASP.NET和AJAX及VML等技术相结合实现温湿度的网络监控,实现了Internet环境的远程监控与管理方案,以及传感器测量数据的异步传输,使系统的响应速度提高了20%,对于存在多个节点和测量频率较高的领域,这种方法更能显示其优势.     

面向机器视觉测量的液体透镜调焦系统标定方法

高性能光学成像器件是机器视觉测量的重要基础,液体透镜作为一种结构紧凑的快速电控调焦器件,在机器视觉测量领域中具有明确的应用前景。针对液体透镜调焦器件在视觉测量中性能易受环境干扰、系统内参难以准确标定的问题开展研究。首先,构建了基于Optotune液体透镜器件的机器视觉测量系统,分析了液体透镜器件电控调焦工作机理,提出了调焦系统的电流-焦距数学模型,研究了影响液体透镜调焦系统参数的温度、重力因素作用机理,分别提出了温度-焦距、重力-主点位置影响量传递与补偿数学模型;然后,将上述各系统模型与针孔相机成像模型相结合,提出了液体透镜调焦系统的函数化内参表达式,设计了求取表达式全部系数的标定装置与标定流程,并进行了系统内参标定实验,验证了文中内参标定方法的可行性;最后,利用标定所得的内参对边长30 mm的棋盘格靶标进行了测量实验,通过尺寸测量精度反映内参标定精度。实验结果表明,文中方法能够得到比现有插值法更准确的内参标定结果,其中图像角点空间映射位置误差均值为0.10 mm,棋盘格边长测量结果最大相对误差为0.68%,两项误差比插值法所得内参的测量结果分别减小了27.2%和54.4%。     

HP5510自动补偿器分辨率分析及提高近一个量级的方法

带有空气、材料温度补偿器ＨＰ５５１０Ａ的激光测量系统中，以材料温度变化对测量、加工精度影响最大。分析了不同情况下ＨＰ５５１０对材料温度的分辨率，指出ＨＰ５５１０在室温偏离国内外公认ＨＰ规定的２０℃恒温条件下，精度与分辨率可提高近一个数量级，并做试验证明了这一点。     

基于BDS-3/GPS多频数据的GNSS-R海面高度反演方法研究

随着北斗三号（BDS-3）系统的完善与投入使用，本文基于BDS-3/GPS多频信噪比数据提出了两种全球导航卫星系统反射测量（GNSS-R）海面高度反演改进方法，即基于最高峰与次峰关系剔除粗差方法和最优频段改正方法。通过印度洋附近马约特岛的MAYG测站2020年年积日（DOY）333～337天连续5天观测数据验证该方法的有效性。结果表明，基于最高峰与次峰关系剔除粗差方法可以提高潮位反演精度，GPS频段总体提高了9.16%,BDS频段总体提高了17.34%，但是会导致反演结果数量降低。而最优频段改正方法可以在增加反演结果数量的同时提高精度，被改正的GPS S1C、S2W频段反演精度总体分别提高了26.54%、22.89%,BDS S1X、S2I、S6I和S7I 5天的潮位反演RMSE分别降低了61.36%、34.23%、47.68%和55.38%，并且精度提高程度较前者更高。     

大气与环境影响分析的红外比色测温方法

传统的比色测温法通常利用可见光和近红外波段,对距离较近的高温目标具有较高的测量精度,而对距离较远的中低温目标无法精确测量。针对传统比色方法适用局限性,提出考虑大气和环境影响的红外比色测温方法,建立基于中波红外相机的比色测温实验系统。首先使用标准黑体进行中波红外相机和比色系统单波段定标;然后推导加入环境辐射参数的比色测量模型,进而建立新的目标辐射亮度比值与目标温度间的函数关系;最后,进行了实验室内自制灰体目标温度测量实验,验证了提出方法的可行性。实验表明:在实验温度范围内,温度绝对误差和相对误差分别小于4 ℃和6.7%,目标辐射亮度测量精度高于10%,考虑大气与环境影响的比色测温方法可实现中低温目标温度精确测量。     

基于拍频解调的光纤激光温度传感系统

为了提高光纤激光器的温度灵敏度和数据完整性，提出了一种基于拍频解调的光纤激光温度传感系统。利用光纤激光谐振腔中的光纤布拉格光栅（FBG）进行温度传感，将FBG的波长变化依次转变为谐振腔内的波长变化和光纤激光器拍频信号的频移变化，大幅提高了系统的灵敏度。通过Python程序实现秒级数据自动采集及保存，提高了工作效率。用矩形框中心点位置法代替直接寻峰值法对温度信号进行解调，可避免频率抖动较大引起的误差。相比光学解调技术，该系统利用成熟的电学解调技术解调，无需昂贵的波长解调仪，降低了解调成本。实验结果表明，该系统具有较高的灵敏度和测量精度，平均灵敏度为74.087 kHz/℃，测量精度为0.47×10-3℃。     

超声波啤酒酵母浓度在线检测仪

基于超声原理的啤酒发酵过程酵母浓度在线检测仪是由超声波发生器、发射和接收超声换能器、温度传感器、放大器、鉴相器、A/D转换器和微机系统等组成。仪器根据超声波在发酵液中的传播速度与酵母浓度、温度间的相互关系,实现酵母浓度的在线检测,所用超声波换能器的中心频率为5.6 MHz,并给出了传感器的温度补偿经验算式。为了提高测量精度和消除温度等影响,实际测量时使用两个测量传感器,并采用了相位差测量技术,测量精度优于0.2%。     

CARS光谱测温及仪器狭缝函数对测量的影响

设计了一种利用光参量振荡器(OPO)来代替染料激光器的宽带相干反斯托克斯喇曼散射(CARS)光谱测温实验装置。为了提高CARS测量温度的精度,测量和分析了检测系统中狭缝函数对测量结果的影响,确定了狭缝函数的具体形式。将测量结果与热电偶读数比较,发现在温度范围300K～1200K内,温度测量的不确定度小于2%。     

基于DS3501的APD偏压温度补偿电路设计

介绍了DS3501的工作原理,针对APD偏置电压需要进行精确温度补偿的要求,设计了一种高精度、宽动态范围的APD偏压自动补偿电路。经实验测试,APD偏压相对误差小于0.25%。将该补偿电路应用于荧光法溶解氧测量系统中,显著提高了系统测量精度,测量结果相对误差小于1%。     

高低空一体化测风激光雷达

高时空分辨率的大气风场探测对提高数值天气预报的准确性、大气动力学过程的研究、气候研究等具有很重要的意义。介绍了基于双Fabry-Perot标准具的直接接收激光多普勒测量原理。提出了40 km的高低空大气风场同时观测的技术方法。给出了利用大气气溶胶和分子散射信号的Mie-Rayleigh多普勒测风激光雷达的系统结构,并分析了工作波长、望远镜口径、扫描天顶角和标准具参数等激光雷达系统参数。研究了扫描角度误差、气溶胶后向散射信号、大气温度对风场探测精度的影响。分析了雷达系统的总体性能,得出在40 km高度处,当距离分辨率为500 m、时间分辨率为30 min时,水平风速探测精度优于6 m/s,可以满足有关应用的要求。     

用于风力发电机偏航控制的激光测风系统设计与试验

为实现风力发电机迎风信息的精确测量,采用连续波相干探测技术,设计了针对风力发电机偏航控制需求的激光测风系统。该系统的扫描装置中由直驱电机带动15°顶角楔形镜旋转实现激光对大气的圆锥扫描,设置扫描一圈用时为15 s,每圈采样点数为30个,利用正弦拟合方法反演风力发电机前方的风场信息。将激光测风系统安装在深圳市气象观测梯度塔下,与塔上超声波风速仪进行了对比测风试验。经过数据分析,水平风速相关系数达0.98,标准差为0.22 m/s,风向相关系数达0.97,标准差为3.04°,表明所设计的激光测风系统性能优良,工作稳定可靠,能够为风力发电机提供精确风场参数,提高风能的利用效率。     

MEMS热式风速风向传感器输出性能优化研究

环境测温二极管在工作时受传感器芯片热场影响,常引发MEMS热式风速风向传感器加热电压-风速曲线异常。将其更换为外置测温二极管,并调整其与传感器芯片距离,成功解决了输出曲线异常现象。并在此基础上,优化芯片及外置测温二极管的封装方案,消除了热场的相互干扰和不必要的热损耗,同时保证了外置测温二极管与空气的良好接触。风场测试结果表明,传感器的加热电压-风速曲线变得平滑,且重复性好,风速和风向的测量误差分别在±4%和±4°以内,系统的上电稳定时间大幅缩短至15 s左右。     

合肥钠测温测风激光雷达与武汉流星雷达水平风场的对比研究

中间层顶区域大气温度和风场是研究中高层大气动力学的重要参量。简要介绍中国科学技术大学钠测温测风激光雷达系统。其可用于高分辨率探测中间层顶区域（80~105 km）大气温度和风场。给出了该激光雷达测量大气温度和风场的基本原理,对系统的发射部分、接收部分和光电探测采集及时序控制部分进行简要介绍,给出了该系统探测的大气温度和风场的结果。温度和风场结果分别与TIMED/SABER卫星仪器和武汉地基流星雷达观测结果进行了对比。     

基于自主创新的风光互补发电实训系统设计与实现

风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性,具有较高性价比的一种新型能源发电系统,具有很好的应用前景。本文设计了一种工业级模块化风光互补发电实训系统,包括能源模块、风光互补发电控制模块及监控模块。其中光伏发电系统采用双轴追日支架,基于PLC控制,可时刻保持光伏板正对太阳,可提高光伏发电系统发电效率30%。该实训系统既可以满足新能源装备技术专业的项目课授课需要又可以满足教师的科学研究需求。     

基于有限元方法对高压架空输电线路风偏电场的研究

中国地域辽阔气候复杂,架空输电线路经常面临风速大、飑线风多以及其它恶劣天气因素的影响,导致频繁出现输电线路风偏故障,对电力系统安全运行构成严重威胁.导线周围的电场能够反映输电线路风偏情况,对输电线路风偏电场的研究有利于风偏故障的防治.本文基于有限元方法对西北电网330kV架空输电线路风偏电场进行模拟,获取了输电线路周围电场分布的仿真结果.根据不同风速下输电线路的电场分布,采取相应的防风措施,可以大大降低风偏故障发生概率,这对电力系统的安全运行具有重要的工程意义和经济价值.     

风光互补移动电源

针对户外旅行爱好者可能发生的用电短缺的情况,设计了一套便携式风光互补移动电源的系统。该系统充分利用户外易于获得的风能和光能,通过风力发电机和太阳能电池板将风能和太阳能转化为电能的形式存储在锂电池中,并且电路具有过充、温度保护功能。     

连续光纤激光相干测风雷达技术研究

大气风场的测量在环境、航空、航天等领域具有重要的应用价值。目前对于近距离大气风场的报道较少, 而传统脉冲激光测风系统往往存在着低空盲区,不能满足对近距离低空风场的测量。采用连续激光 光源设计并建立了一套短距测风系统,实现了近距离风场信息的测量,与测风仪对比同时刻实验测量结果 误差不超过3\%。对研制的连续激光测风系统结合适当的扫描方式进行组装,可以为短距风场的实际测量服务。     

直接测风激光雷达频率跟踪技术及对流层平流层大气风场观测

为了实现高精度连续探测对流层和平流层大气风场,搭建了一台直接测风激光雷达系统对对流层和平流层大气风场进行探测。该系统基于双边缘法布里-珀罗标准具的瑞利散射多普勒测风原理,使用转台式探测结构,通过频率跟踪的手段对频率漂移进行跟踪,确保测风的精度。实验结果表明,该系统对对流层和平流层大气风场探测效果良好,频率跟踪的范围为±50 MHz,可以大大减小频率漂移带来的风速误差。经过系统的稳定运行和长时间的观测,在40 km处测得的径向风速随机误差为8 m/s。径向风速合成为水平风速后,随机误差在38 km处最大为10 m/s左右。该系统白天探测高度为25 km,夜晚探测高度为38 km。与探空数据对比,风速误差均小于10 m/s,其中风速误差在±5 m/s的范围内的数据量约占75.8%,探测的风向误差与探空气球的趋势基本一致,误差范围在10°～20°之间,在15°范围内的数据量约占58.6%。将实测数据与探空数据进行统计分析,结果具有良好的一致性。该系统可以为对流层和平流层大气风场的探测提供数据支撑。     

Polarimetric radar remote sensing of ocean surface wind

Experimental data are presented to support the development of a new concept for ocean wind velocity measurement (speed and direction) with the polarimetric microwave radar technology. This new concept has strong potential for improving the wind direction accuracy and extending the useful swath width by up to 30% for follow-on NASA spaceborne scatterometer mission to SeaWinds series. The key issue is whether there is a relationship between the polarization state of ocean backscatter and surface wind velocity at NASA scatterometer frequencies (13 GHz). An airborne Ku-band polarimetric scatterometer (POLSCAT) was developed for proof-of-concept measurements. A set of aircraft flights indicated repeatable wind direction signals in the POLSCAT observations of sea surfaces at 9-11 m/s wind speed. The correlation coefficients between co- and cross-polarized radar response of ocean surfaces have a peak-to-peak amplitude of about 0.4 and are shown to have an odd-symmetry with respect to the wind direction, unlike the normalized radar cross sections