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太阳上层过渡区极紫外三级次无狭缝成像光谱仪系统设计

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光学学报 2024年第6期44卷 256-268页

作者：沈文杰邢阳光黄一帆彭吉龙代树武王颖朱成林闫雷刘越李林北京理工大学光电学院北京100081 北京卫星环境工程研究所北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京宇航系统工程研究所北京100076

提出了一款工作在Ne VII 46.52 nm谱线的新型三级次无狭缝成像光谱仪,该仪器采用两个超环面等线距光栅作为衍射元件,其中单个光栅仅工作于一个级次,这解决了现有三级次仪器使用单个光栅同时工作于三个级次的弊端,显著提升了系统校正离... 详细信息

提出了一款工作在Ne VII 46.52 nm谱线的新型三级次无狭缝成像光谱仪,该仪器采用两个超环面等线距光栅作为衍射元件,其中单个光栅仅工作于一个级次,这解决了现有三级次仪器使用单个光栅同时工作于三个级次的弊端,显著提升了系统校正离轴光栅像差的能力,结合光谱数据反演算法可以实现24′×24′视场下的高空间(1.547″)和高光谱分辨率(0.0078 nm)观测。

关键词：成像系统太阳空间观测太阳极紫外成像光谱仪无狭缝超环面等线距光栅

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空间太阳极紫外三波段成像光谱仪系统设计

光学学报 2024年第6期44卷 295-307页

作者：段紫雯邢阳光彭吉龙代树武王颖朱成林闫雷黄一帆刘越李林北京理工大学光电学院北京100081 北京卫星环境工程研究所北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京宇航系统工程研究所北京100076

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参... 详细信息

太阳上层大气,即日冕、过渡区和色球,是由炽热的高度动态的磁化等离子体构成,其中高度电离的离子发射出丰富的极紫外谱线。空间太阳极紫外光谱成像观测对于捕获太阳上层大气中爆发活动的动态物理演化过程,以及实现对大气等离子体特征参数的精确测量具有重要的意义。然而现有的极紫外光谱成像仪器只能针对太阳上层大气的一个或两个目标区域进行成像观测,缺乏采用单一仪器对整个太阳上层大气区域在大空间和宽波段尺度范围内的光谱进行诊断的能力,严重制约了人们对太阳爆发活动中的能量及物质输运过程的理解。为了利用单个仪器实现对日冕、过渡区和色球的高分辨率同时诊断观测,本文提出并设计了一款同时工作在17~21 nm、70~80 nm和95~105 nm三个波段的太阳极紫外成像光谱仪,该仪器基于非罗兰圆结构下的椭球面变线距(EVLS)光栅像差校正理论,采用狭缝扫描式成像光谱结构,实现了具有大离轴狭缝视场的高空间、高光谱分辨的消像散光谱成像。基于蒙特卡罗统计模拟方法对太阳极紫外三波段成像光谱仪的最优模型开展光线追迹仿真实验,仿真结果表明,所设计的成像光谱仪取得了良好的光栅像差校正效果,系统空间分辨率优于0.6″,光谱分辨率在17~21 nm波段优于0.006 nm,在70~80 nm和95~105 nm波段优于0.008 nm。本文研究对我国未来的太阳极紫外光谱成像仪器的发展和研制具有重要的理论意义,对我国未来的太阳空间探测任务的型号遴选具有重要的参考价值。

关键词：太阳空间探测太阳极紫外成像光谱仪光栅像差校正光线追迹

锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁寿命预测及敏感性分析

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 260-267页

作者：金伟良余一凡柏玉良浙江大学结构工程研究所杭州310058

为了探究锈蚀和疲劳作用后钢筋混凝土梁的长期性能,基于试验建立了钢筋混凝土梁含初始损伤的长期性能计算模型.基于该模型建立了锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁的极限状态方程,采用蒙特卡洛模拟研究了梁长期性能的时变可靠度并进行了寿... 详细信息

为了探究锈蚀和疲劳作用后钢筋混凝土梁的长期性能,基于试验建立了钢筋混凝土梁含初始损伤的长期性能计算模型.基于该模型建立了锈蚀及疲劳损伤后钢筋混凝土梁的极限状态方程,采用蒙特卡洛模拟研究了梁长期性能的时变可靠度并进行了寿命预测,分析了设计参数和初始损伤对梁使用寿命的影响,研究了试验梁满足100 a使用寿命的临界服役条件.结果表明,锈蚀和疲劳作用会严重削弱钢筋混凝土梁的长期性能,仅含4%锈蚀率和15%疲劳损伤梁的长期性能难以满足服役要求.增加梁的截面高度和钢筋截面面积可以有效地提高梁的长期性能,增大梁的截面宽度只能改善初始损伤小的梁的长期性能.

关键词：损伤钢筋混凝土梁刚度计算模型寿命预测敏感性分析

航天器表面材料紫外光电子发射产额理论模型发展及实验测试应用

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航空材料学报 2024年第3期44卷 23-34页

作者：辛文龙侯潇涵于钱沈自才郭雅丽彭吉龙陈玉北京卫星环境工程研究所北京100094 西安交通大学电气工程学院西安710049

空间环境会对航天器在轨效能发挥产生强烈影响,紫外(ultraviolet,UV)辐射是其中的一个重要因素,它可以导致航天器表面材料的电荷积累和电荷放电。通过测量航天器表面材料的紫外光电子发射产额(photoelectron emission yield,PEEY),获得... 详细信息

空间环境会对航天器在轨效能发挥产生强烈影响,紫外(ultraviolet,UV)辐射是其中的一个重要因素,它可以导致航天器表面材料的电荷积累和电荷放电。通过测量航天器表面材料的紫外光电子发射产额(photoelectron emission yield,PEEY),获得光电发射基本数据,进行表面带电仿真分析,是研究航天器表面材料带电问题的一个重要方法。本文首先介绍PEEY理论模型的发展,包括福勒-杜布里奇(Fowler-Dubridge,FD)模型、一步模型、基于三步光电发射理论的三步模型(three-step model,TSM)/蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模型以及基于矩的(momentsbased,MB)发射模型和量子模型(quantum model,QM),对各个模型的研究方法和适用条件进行分析对比,梳理PEEY模型的发展脉络。然后介绍PEEY的实验测试应用,包括国内外紫外光电子产额谱(UV-PEEY)仪器的发展和典型空间材料的PEEY实验研究,并着重讨论外界条件和表面条件对PEEY的影响,最后对空间表面材料PEEY的深入研究提出建议。

关键词：航天器表面材料光电子发射产额量子效率三步发射理论理论模型

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基于模态分析和神经网络的分子泵故障检测方法研究

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真空科学与技术学报 2024年第8期44卷 687-694页

作者：郑悦周盈綦磊李一博北京卫星环境工程研究所北京100094 天津大学天津300072

分子泵一种基于气体分子定向运动而产生真空环境的装置,在空间环境模拟等试验中至关重要,其内部结构精密而复杂,长期使用后可能会产生真空度不足等故障,如何及时准确地诊断分子泵的运行状态格外关键。文章提出了一种基于模态分析的降噪... 详细信息

分子泵一种基于气体分子定向运动而产生真空环境的装置,在空间环境模拟等试验中至关重要,其内部结构精密而复杂,长期使用后可能会产生真空度不足等故障,如何及时准确地诊断分子泵的运行状态格外关键。文章提出了一种基于模态分析的降噪技术,并采用神经网络对采集到的信号数据进行故障诊断与识别。实验结果表明,该方法的平均诊断准确率达到了90.0%,有效地实现了分子泵的故障检测和状态评估。

关键词：分子泵故障诊断小波包能量 BP 神经网络

低阶煤和生物质水热碳化特性及水热炭功能化改性研究进展

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洁净煤技术 2024年第3期30卷 72-85页

作者：宋瑞珍杨晓阳张鹏王宝凤山西大学资源与环境工程研究所教育部CO_(2)减排与资源利用工程研究中心山西太原030006

低阶煤中大量含氧官能团赋予其强亲水性,导致孔隙表面吸收大量水分,从而增加运输成本,能源转化效率降低,因此低阶煤的清洁低碳高效转化备受关注。水热碳化反应能耗较低,可直接处理高含水率有机固体物质,是一种绿色低碳高效经济的低阶煤... 详细信息

低阶煤中大量含氧官能团赋予其强亲水性,导致孔隙表面吸收大量水分,从而增加运输成本,能源转化效率降低,因此低阶煤的清洁低碳高效转化备受关注。水热碳化反应能耗较低,可直接处理高含水率有机固体物质,是一种绿色低碳高效经济的低阶煤提质技术;而生物质作为可代替化石燃料的可再生能源,水热碳化也可大幅提高其利用率。低阶煤与生物质共水热碳化时,二者会产生一定的协同效应,相较于单一水热碳化具有更高的产率和碳保留率。对水热炭进行功能化改性,可以进一步丰富其孔隙结构,增加材料表面的官能团,进而制备出性能优异的功能性炭材料,用于CO_(2)和SO_(2)等气体吸附。综述了低阶煤和生物质单独水热碳化及共水热碳化特性,分析生物质水热碳化主要影响因素;同时对水热炭活化改性和掺杂改性方法进行了总结,比较了氮、硫掺杂及硫氮共掺杂方式、掺杂机制及改性水热炭应用范围。此外,还对改性水热炭对CO_(2)和SO_(2)吸附性能等进行了综述,探讨了多孔炭表面吸附CO_(2)和SO_(2)的机理;最后对低阶煤和生物质共水热碳化以及水热炭低成本制备气体吸附剂等未来发展方向进行了展望。

关键词：低阶煤生物质水热碳化水热炭改性吸附性能

生物质基碳材料的制备及其在超级电容器中的研究进展

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功能材料 2024年第3期55卷 3051-3063页

作者：李鑫蕊张金才宋慧平程芳琴山西大学资源与环境工程研究所黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心山西太原030006

生物质基碳材料具有可再生性和灵活的微观结构可调性,作为高效、廉价的超级电容器电极材料受到越来越多的关注,但原生生物质衍生炭存在有低孔隙率、低比表面积和比电容不足等缺点。电极材料的比表面积、孔隙结构和导电性等都会影响超级... 详细信息

生物质基碳材料具有可再生性和灵活的微观结构可调性,作为高效、廉价的超级电容器电极材料受到越来越多的关注,但原生生物质衍生炭存在有低孔隙率、低比表面积和比电容不足等缺点。电极材料的比表面积、孔隙结构和导电性等都会影响超级电容器的储能性能,故如何制造具有高比电容、快速充放电且兼具一定柔性的电极材料成为了目前的研究重点。综述了超级电容器的类别、储能机理以及生物质基碳材料的制备方法和研究现状,分析了高质量负载电极的关键性能评价参数,并对其电化学性能影响因素进行了系统讨论,未来的发展趋势是将不同种类的储能器械集成复合型能源存储器械,以满足各领域需求。复合型的能源存储器械,大大提高了超级电容器的综合性能,因此研发高效、稳定的电能存储技术对于缓解能源短缺、减少环境污染和推动可持续发展具有重要的意义。

关键词：生物质碳材料制备方法超级电容器电化学性能

FY-3B卫星中分辨率光谱成像仪可见光星上定标系统辐射性能稳定性分析

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光学学报 2024年第12期44卷 342-351页

作者：支丹丹赵其昌汪自军马晶晶张立国朱思峰周爱明上海卫星工程研究所上海201109

风云三号B星(FY-3B)中分辨率光谱成像仪(MERSI)可见光星上定标(VOC)系统辐射性能随时间衰减变化,使其难以用于MERSI的在轨绝对辐射定标。本文提出一种确定VOC辐射性能衰减变化的新方法,该方法在探究太阳光定标时机与太阳天顶角和方位角... 详细信息

风云三号B星(FY-3B)中分辨率光谱成像仪(MERSI)可见光星上定标(VOC)系统辐射性能随时间衰减变化,使其难以用于MERSI的在轨绝对辐射定标。本文提出一种确定VOC辐射性能衰减变化的新方法,该方法在探究太阳光定标时机与太阳天顶角和方位角依赖关系的基础上,分析MERSI相对辐射响应衰减变化的趋势;利用高质量的MODIS数据构建大气层顶双向反射分布函数模型,对MERSI约10年的在轨有效数据进行交叉定标处理,获取MERSI绝对辐射响应衰减变化趋势;将二者归一化后的差值作为VOC系统辐射性能的衰减变化值。结果表明:VOC系统辐射性能在发射初期衰减率较大,后期衰减趋势趋于平稳,且衰减率与波长相关;在发射初期,短波波长(<500 nm)处的最大年衰减率达到了49.51%,长波波长(800~1000 nm)处的衰减率相对较小,最大年衰减率均小于26%;在发射后期,除412 nm外(衰减率为1.91%),其余波长处年衰减率均小于0.64%。自仪器发射以来,基于本方法获得的VOC衰减数据与VOC监视数据之间的百分误差均小于15%。本文提出的VOC系统稳定性分析方法可为实现MERSI星上绝对辐射定标提供重要的参考。

关键词：辐射定标星上定标系统中分辨率光谱成像仪反射太阳通道

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旋变二次谐波测角误差自校正

光学精密工程 2024年第2期32卷 184-192页

作者：王英广张激扬张强鲁明田利梅北京控制工程研究所北京100094

旋变幅值误差和正交误差在角速度频谱上表现为旋变转频的二次谐波,是旋变测角误差的主要来源,影响伺服系统角速度控制精度和稳定度。本文提出了一种基于特征频率参考的二次谐波误差自校正方法。首先,分析旋变测角误差产生的机理,获知其... 详细信息

旋变幅值误差和正交误差在角速度频谱上表现为旋变转频的二次谐波,是旋变测角误差的主要来源,影响伺服系统角速度控制精度和稳定度。本文提出了一种基于特征频率参考的二次谐波误差自校正方法。首先,分析旋变测角误差产生的机理,获知其幅值误差和正交误差的互不相关性,并证明对旋变输出信号进行幅值调整和相位差调整可实现二次谐波误差校正。然后,在旋变和旋变数字信号转换器(Resolver-to-Digital Converter,RDC)之间设计基于比例放大的幅值校正器和基于交叉调节的相角校正器。最后,根据误差信号在线性控制系统中特征频率不变的特性,对伺服系统进行匀速控制,以角速度频谱中二次谐波频率的幅值为参考基准,分别调整幅值校正器和相角校正器,校正二次谐波误差。实验结果表明:本方法可将旋变二次谐波测角误差幅值降低78.5%,伺服系统速率波动量降低40.5%。本方法实现了旋变二次谐波测角误差的自校正,大幅提升了旋变的测角精度和伺服系统的转速控制稳定度。

关键词：测角传感器旋变测角误差自校正