超光谱成像仪的精细光谱定标

为了精细标定棱镜色散超光谱成像仪1024×80光谱像元的中心波长和响应带宽,建立了一套光谱定标装置,提出了实现1nm光谱定标精度的定标方法。首先,介绍了产生谱线弯曲与谱线倾斜的原因,确定了精细光谱定标的方法和数据处理算法;然后,利用光谱定标装置测定了全部光谱响应像元的离散单色光响应值,利用高斯方程拟合了相对光谱响应曲线;最后,建立了中心波长矩阵表和带宽矩阵表,采用多项式拟合算法确定了空间视场像元的色散方程和光谱通道谱线弯曲方程,实验测定了温度变化谱线漂移结果。另外,还对光谱定标精度对辐射定标精度的影响进行了分析。光谱定标结果表明:超光谱成像仪的光谱定标精度达到了±1nm,各谱段带宽平均为8.75nm;色散方程及谱线弯曲与设计结果相符,谱线弯曲值为14～19nm,平均值为17nm;1nm的定标精度对辐射定标精度的影响分别小于1%(3000K黑体)和0.25%(6000K黑体),满足超光谱成像仪1nm光谱定标精度的要求。     

光谱成像仪CCD组件热分析及验证

某型光谱成像仪是一台集多光学通道和多探测器于一身的复杂的空间光学遥感器,其光机结构、安装方式和载荷分布均呈非对称形式,整机热控十分复杂。CCD组件作为成像的重要组成部分,同时也是整机热控的难点,其热设计的好坏直接关系到成像的质量。本文着重讨论分析了某型光谱成像仪CCD组件热设计的特点,给出了相应的热设计方案,应用IDEAS-TMG对此组件进行了仿真分析,达到了热控设计的指标要求,最后通过试验对热设计方案进行了验证。     

光谱成像仪CCD组件的热分析及验证

光谱成像仪是集多光学通道和多探测器于一身的复杂的空间光学遥感器,其成像器件CCD热设计的好坏直接关系成像的质量.本文根据CCD组件具有体积小、发热量高、升温速度快等特点,提出了CCD组件的热设计原则,解决了热设计中的关键问题,给出了相应的热设计方案.按照CCD器件的导热路径,通过简化的热阻分析模型,计算得出了CCD器件的沿程总热阻为1.291 ℃/W.应用IDEAS-TMG对此组件进行了仿真分析,分析显示其达到了热控设计的指标要求.最后对热设计方案进行了试验验证,结果表明,热设计中采用的热控方法有效控制了CCD组件工作过程中的温度过高及温升速率过快的缺点,其升温速率为0.6 ℃/min,两次试验中最高温度分别为33.6 ℃和26.2 ℃.     

空间光谱成像仪热设计及其分析与验证

为确保空间光谱成像仪的温度水平和温度梯度满足指标要求,分析讨论了空间光谱成像仪整机热设计的特点,根据其结构特点和导热路径,给出了整机热设计方案.采用有限元数值分析方法,建立了整机热平衡方程和热分析计算模型,应用有限元热分析软件IDEAS-TMG在给定温度边界条件下进行稳态仿真分析,给出了整机热响应性能以及关键部件稳态温...     

空间光谱成像仪热设计参数的灵敏度

针对空间光学遥感器在轨运行期间其热物理属性的实际参数与热设计参数之间存在一定的偏差,从而影响整机热设计的问题,本文基于系统灵敏度理论,对空间光学遥感器的热设计进行了分析,并建立了在轨条件下的热平衡方程组.通过分析热平衡方程组的设计变量,总结出影响整机温度分布的热设计参数.以某空间光谱成像仪热设计为例,分析了上述影响整机温度分布的设计参数的灵敏度.灵敏度分析结果表明:整机平均温度对太阳吸收系数的灵敏度几乎为零;对红外半球发射率的灵敏度为2.2～14.55℃;对内部热源的灵敏度为1.8～2℃/W;对导热率的灵敏度为2.25×10-3～4.39×10-2 m℃2/W:对接触导热系数的灵敏度为0～1.1×10-3 m2℃2/W.试验验证结果表明,基于灵敏度分析结果的热控设计方案有效且可行.     

光谱成像仪CCD组件的稳态/瞬态热分析与验证

针对光谱成像仪CCD器件温度过高产生的热噪声和暗电流会导致成像质量下降,对CCD组件进行了稳态/瞬态热分析。采用有限元数值分析方法,建立了CCD组件传热的数值模型。根据CCD组件的结构特点和导热路径,应用有限元热分析软件IDEAS-TMG建立了有限元热分析模型,在给定温度边界条件下对CCD组件进行了稳态和瞬态仿真分析。给出了CCD组件的热响应性能、组件中关键部件的稳态温度分布云图以及随时间变化的瞬态温度曲线。稳态分析结果表明,CCD器件工作过程中的平均温度水平为27.1℃;瞬态分析结果表明CCD器件在工作时的升温速率为2.5℃/min,最高温度为37.8℃。验证试验结果与数值分析结果吻合较好,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。稳态试验过程中CCD器件的温度为26.8℃,瞬态试验过程中温升速率为2.4℃/min。所获得的稳态和瞬态分析结果能够满足热控指标要求,为提高CCD组件的可靠性和热设计优化提供了理论依据。     

二元光学透镜在超光谱成像仪中的应用

介绍了二元光学超光谱成像仪的基本原理。提出利用折衍混合透镜代替单一的二元光学透镜来实现色散和成像用于超光谱成像仪,论述了此透镜系统的设计方法,给出了理论设计公式。通过光学设计软件ZEMAX对具体实例进行分析和评估,并利用离子束刻蚀法制作了二元光学透镜系统,展示了二元光学透镜在超光谱成像仪中的应用前景。     

显微荧光光谱成像仪的研究与设计

将光谱分析技术快速、灵敏、准确等独特的优点,与光学成像技术的定位记录特点融合、构成光谱成像技术,可以提供分析试样中各种化学或生化成份的分布图像,因而可以获得定性、定量和定位综合、更丰富的分析信息。报导在商售落射荧光显微镜基础上,实现显微镜荧光光谱成像技术的理论基础、系统组成、设计技术关键等一系列研究工作,设计研制成了可在250~680nm波长范围内自动扫描的光纤激发显微荧光光谱成像仪样机,并获得了满意的实验结果。     

微型集成超光谱成像系统

基于Offner结构的凸面光栅成像光谱仪以其独特的优点,成为新一代航天遥感器上对地观测的重要手段之一。文中报导了一种便携式高集成度超光谱成像系统,它由两块普通玻璃胶合而成、尺寸小于30mm×30mm×30mm。优化设计超光谱成像光学系统的工作波段为可见光波段,相对孔径小于F/2.5,放大倍率1:1,满足物方和像方远心,具有成像质量高、光谱分辨率高、重量体积超轻小、稳定性好、加工容易、成本低等优点,适用于航天、生物医学等领域。     

星载高光谱成像仪光学系统的选择与设计

本文概述了目前高光谱成像仪所采用的光学系统结构,分析讨论了棱镜色散、光栅色散、傅立叶变换三种主流高光谱成像仪分光方式的结构原理和优缺点,棱镜色散光能利用率高,但体积大,棱镜材料受空间环境变化影响较大,光栅色散效率低,但体积小,受环境影响小,傅立叶变换光谱成像系统由于分光棱镜的存在,能量至少损失50%以上。文中对国内外高光谱成像仪采用较多的Offner凸光栅光谱成像系统进行了论述,根据应用目标设计了一个离轴三反射镜望远系统和变倍Offner凸光栅组合的高光谱成像仪光学系统,该系统具有体积小、成像质量好、无光谱畸变的优点,通过加大光学系统的相对孔径,增加系统的入射光能量,弥补了光栅衍射效率低的缺点。     

用于大气临边探测的高光谱成像仪研制

用于大气临边探测的高光谱成像仪是一种探测大气痕量气体的新型空间光学遥感仪器。分析了利用高光谱成像仪进行大气临边探测的原理,设计并研制了一台紫外/可见高光谱成像仪原理样机,该样机光学系统由前置望远系统和改进的Czerny-Turner光谱成像系统组成,工作谱段为280～390 nm和560～780 nm,通过转轮切换紫外、可见滤光片分别探测这2个波段。高光谱成像仪原理样机质量为15 kg,体积500 mm×350 mm×200 mm。对该样机的性能进行了检测并测量了低压汞灯的光谱。性能检测结果表明,空间分辨力为0.44 mrad,光谱分辨力为1.3 nm,均满足设计指标要求。该样机结构紧凑、质量小,在空间大气痕量气体探测领域有广泛的应用前景。     

机载海洋改进型Dyson高光谱成像仪的研制

针对海洋环境、海洋水色等领域的发展需要,设计了一种适于机载的宽视场、大相对孔径的改进型Dyson光谱成像系统。根据海洋环境污染的光学特性,利用不同目标反照率值估算目标信号的信噪比,将高光谱成像仪的工作波段扩宽至紫外波段;使用大像元尺寸的探测器、大相对孔径的成像系统来满足对海洋目标弱信号的识别,同时通过降低积分时间来避免近海岸沙滩信号过强引起的探测器饱和。该光谱仪的工作波段为0.32~1.05μm、相对孔径为f/1.8、像元尺寸为24μm×24μm,通过加入弯月形的矫正镜避免了狭缝、探测器、滤光片和单透镜相互之间产生干涉。设计结果表明,整个光学系统各波长的传递函数均大于0.83,谱线弯曲和谱带弯曲均小于像元尺寸的4%。所设计成像光谱仪系统适用于海洋环境污染,尤其是海洋溢油污染的监测。     

星载超光谱成像仪摆镜系统轴系的误差分析与设计

摆镜系统轴系的精度会影响星载超光谱成像仪的成像质量。轴系设计时采用了向心推力球轴承来调整轴系的装配误差。分析了摆镜系统工作时影响轴系精度的几个误差源,包括零件的尺寸误差、同轴度误差、配合误差等,按照误差理论设计并计算了各误差值,得到轴系的径向晃动误差和角运动误差。对加工好的轴系进行精度检测,实验结果符合理论结果,验证了该摆镜系统的轴系结构设计的合理性和可靠性,为该类航天运动部件的轴系结构设计提供了参考依据。     

基于最小二乘法的电化学传感器温漂补偿研究

现有的电化学氢气传感器其温度特性不太理想,传感器输出的灵敏度与零点值随温度的变化发生漂移,测量精度不高,误差较大,因此需对其进行温度漂移补偿[1-4]。基于最小二乘法改进了一种多项式曲线拟合方法,通过一定的条件约束和工程估算,得到一种温度漂移补偿算法[5]。利用该算法对不同温度下的实测数据进行处理,极大改善了环境温度变化对系统输出的影响,通过理论数据和实测数据验证了算法的有效性和可行性,并用于工程实践。     

红外高光谱干涉仪辐射定标误差敏感性因子的仿真分析

鉴于对高精度高时空分辨率大气探测资料日益增长的科研和业务需求,我国正大力发展星载红外高光谱探测系统。星载红外高光谱干涉仪光机结构复杂,仪器状态会显著影响其定标精度。本文通过理论分析和仿真实验,分别讨论了内黑体发射率、低温黑体发射率、内黑体与环境温度差、非线性系数以及直流电压演算等误差敏感性因子影响辐射定标精度的特征。分析表明定标辐射偏差的绝对值与内黑体/低温黑体发射率呈线性关系,且与内黑体与环境温度差、非线性系数、直流电压呈正相关;提高内黑体发射率和低温黑体发射率到0.985以上、控制内黑体与环境温度差在0.6 K左右、控制干涉仪的非线性效应系数低于0.04,这些方案均是实现0.1 K辐射定标精度的必要条件;辐射定标参数对定标辐射的影响特征结合地面真空实验的定标参数估计,可以迭代得到已测得和未知的定标参数的最优估计,从而提高定标精度。本文的研究结果对于红外高光谱干涉仪的参数设计以及辐射定标误差来源的识别和订正有着十分重要的意义。     

非球面光学系统的光路计算与分析

针对非球面光学系统,讨论高次非球面光路计算问题,使用"辅助二次曲面"方法,很好地解决了非球面的光路计算问题,可直接应用于非球面光学系统的设计优化程序。     

铝合金中铁元素数字光谱快速分析

利用可见光谱数字化分析系统将铝合金中Fe元素Fe526.95nm分析谱线组谱图转变为数字化的电子谱图,使用计算机自动分析代替人眼视觉判断,解决谱图的量化分析和记录难题。对4种不同Fe元素含量的铝合金样品进行数字化分析测定,探索选用Fe526.95nm谱线作为分析谱线,选用Cu529.25nm谱线作为比较谱线进行定量测定的方法,数据显示分析谱线和比较谱线的强度比值与Fe元素含量成正比关系。研究数字化系统指导视场定位和谱线辨别的途径,降低可见光谱分析的技术难度并提高快速分析的可靠性。结果表明,数字化技术保持快速分析特点的同时可以达到定量分析目的,能够有效解决铝合金中Fe元素的快速定量分析及材料牌号鉴别问题。     

X-ray spectrometry and spectrum image mapping at output count rates above 100 kHz with a silicon drift detector on a scanning electron microscope

A third-generation silicon drift detector (SDD) in the form of a silicon multicathode detector (SMCD) was tested as an analytical x-ray spectrometer on a scanning electron microscope. Resolution, output count rate, and spectral quality were examined as a function of the detector peaking time from 8 micros to 250 ns and over a range of input count rate (dead time). The SDD-SMCD (50 mm2 active area) produced a resolution of 134 eV with a peaking time of 8 micros. The peak width and peak channel were nearly independent of the input count rate (at 8 micros peaking time, the peak width degradation was 0.003 eV/percent dead time and peak position change was -0.7 eV over the dead time range tested). Maximum output count rates as high as 280 kHz were obtained with a 500 ns peaking time (188 eV resolution) and 500 kHz with a 250 ns peaking time (217 eV resolution). X-ray spectrum imaging was achieved with a pixel dwell time as short as 10 ms (with 1.3 ms overhead) in which a 2048 channel (10 eV/channel) spectrum with 2-byte intensity range was recorded at each pixel (scanned at 128 x 128). With a 220 kHz output count rate, a minor constituent of iron (present at a concentration of 0.04 mass fraction or 4 weight %) in an aluminum-nickel alloy could be readily detected in the x-ray maps derived from the x-ray spectrum image database accumulated in 185 s.     

Tool wear monitoring by machine learning techniques and singular spectrum analysis

This paper explores the use of data mining techniques for tool condition monitoring in metal cutting. Pseudo-local singular spectrum analysis (SSA) is performed on vibration signals measured on the toolholder. This is coupled to a band-pass filter to allow definition and extraction of features which are sensitive to tool wear. These features are defined, in some frequency bands, from sums of Fourier coefficients of reconstructed and residual signals obtained by SSA. This study highlights two important aspects: strong relevance of information in high frequency vibration components and benefits of the combination of SSA and band-pass filtering to get rid of useless components (noise).     

盘式制动器瞬态温度场的计算与分析

用有限单元法来建立盘式制动器瞬态温度的理论计算模型，编制了相应的计算程序。以１２５型摩托车用制动器为例，计算和分析了一次制动工况下的瞬态温度场，阐明了它的温度特征。