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基于WPSO-PO的冲击波测试适配器参数优化研究

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仪器仪表学报 2020年第10期41卷 221-228页

作者：尤文斌丁永红中北大学电子测试技术重点实验室太原030051 中北大学信息与通信工程学院太原030051

压电传感器适配电路的频率特性是准确测量爆炸场冲击波参数的关键。分析了压电适配器高低通截止频率和品质因数对超压峰值、正压持续时间、比冲量的影响,提出了一种加权Pareto占优排序的多目标粒子群优化(WPSO-PO)算法,该方法减少了最... 详细信息

压电传感器适配电路的频率特性是准确测量爆炸场冲击波参数的关键。分析了压电适配器高低通截止频率和品质因数对超压峰值、正压持续时间、比冲量的影响,提出了一种加权Pareto占优排序的多目标粒子群优化(WPSO-PO)算法,该方法减少了最优解计算量,解决了区间上下限量值差异巨大的问题。在保证峰值、正压持续时间及比冲量误差均在2%以内的情况下,找到了适配器最优参数值。根据最优解仿真了适配器参数对特征误差的影响,得到了变化规律。按该参数设计的电路经模拟冲击波信号测试验证了分析的正确性。所提研究为测试冲击波的适配电路设计提供了理论依据。

关键词：仪器仪表冲击波测试压电适配器多目标粒子群优化算法加权Pareto占优排序

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基于涡旋光与球面波干涉的微位移测量研究

红外与激光工程 2020年第4期49卷 167-172页

作者：赵冬娥王思育马亚云张斌李诺伦李沅褚文博中北大学信息与通信工程学院山西太原030051 中北大学电子测试技术国家重点实验室山西太原030051

基于涡旋光与球面波的干涉原理,提出一种物体微位移的光学测量方法。改进马赫泽德干涉光路,其中一束光照射至空间光调制器产生涡旋光束作为参考光,另一束光经透镜变为球面波后照射至物体上,两束光干涉后干涉条纹呈螺旋状分布。当物体发... 详细信息

基于涡旋光与球面波的干涉原理,提出一种物体微位移的光学测量方法。改进马赫泽德干涉光路,其中一束光照射至空间光调制器产生涡旋光束作为参考光,另一束光经透镜变为球面波后照射至物体上,两束光干涉后干涉条纹呈螺旋状分布。当物体发生微小位移时两束光的光程差改变,螺旋干涉条纹发生旋转,通过干涉条纹的旋转角度可以确定物体的微位移量。经理论分析、仿真和实验证明:基于涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化能够实时监测物体位移量的变化,同时可以有效计算物体的微位移。实验中,测量物体的产生位移量为27 nm,通过涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化实际测得物体的位移为25.75 nm,误差为1.25 nm。

关键词：涡旋光微位移螺旋相位空间光调制器

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分体式原向反射法水下武器速度测试技术研究

光谱学与光谱分析 2019年第1期39卷 26-30页

作者：刘吉武锦辉于丽霞张静杨琦中北大学电子测试技术重点实验室山西太原030051 中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

水下动态参数的测试是特种武器、两栖武器、水下专用武器性能考核的必备环节,而水下运动体的速度信息是评价水下武器性能的重要指标之一。针对现有的水下高速目标参数测试系统中存在的成本高、安装调试复杂、设备体积庞大等问题,提出一... 详细信息

水下动态参数的测试是特种武器、两栖武器、水下专用武器性能考核的必备环节,而水下运动体的速度信息是评价水下武器性能的重要指标之一。针对现有的水下高速目标参数测试系统中存在的成本高、安装调试复杂、设备体积庞大等问题,提出一种以激光光幕为有效区域水上、水下分体式,实时、非接触的测速方法。通过分析Lambert-Beer定律和体散射函数等数学原理,确定了水下光谱传输规律综合考虑性价比获得最佳峰值波长;将1m的圆柱体作为散射体模拟光在水中的散射情况,追迹空间区域内的光线总数为1×10~5,获得位于传播方向上1,3,5和7m处的接收面上辐照度的光能量分布,从而获取系统激光光源的最佳峰值功率。以此为依据,采用定距测时原理和一维原向反射技术,由峰值波长为532nm的半导体光纤耦合绿光激光器、光纤耦合式鲍威尔棱镜防水扩束器、一维原向反射器等构建光学系统。激光光源、光电转换部分和信号调理部分位于水上,激光光幕和原向反射器位于水下,通过光纤束完成两路光信号的发射和反射光的回收。发射端光纤一端与光源耦合,另外一端与鲍威尔棱镜耦合置于水下形成扇形光幕。接收端光纤一端均布于鲍威尔棱镜出口,另一端与PIN型光电传感器耦合。设计齿形一维原向反射器并完成加工制造,光线将沿着入射光方向原向返回,另外一维方向则仍为镜面反射,将接收系统置于发射点垂直光面内附近即可接收大部分光能量,解决了现有原向发射器因水介质折射率不同于空气而导致原向反射特性消失的问题。实验采用波长为(532±5)nm绿光激光器,功率稳定性测试对象。该系统进行了不同目标速度参数测试实验,以钢弩为发射装置,信号经过光纤回收、信号调理,采集至计算机处理获得波形及区间内平均速度,两激光光幕之间的距离为定值300mm,波形峰值作为计时时刻。成功获取了较高信噪比的波形信号和目标速度值。利用水下运动体模型与模拟结果进行比较得到其绝对误差。实验结果表明:本方法结构简单、重复性好,可实现有效区域达到1m×1m,最小可测目标尺寸为5mm,理论测速上限可达1 000m·s-1,实验数据通过与理论经验公式结果比对表明,系统测试精度可达0.2%。

关键词：水下武器激光光幕弹丸速度一维原向反射

基于爆炸火光光谱分析的大当量爆炸场破片速度测试方法研究

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光谱学与光谱分析 2016年第3期36卷 631-634页

作者：刘吉于丽霞张斌赵冬娥刘小彦王恒飞中北大学电子测试技术重点实验室山西太原030051 中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

为了解决战斗部爆炸过程中,因爆炸物当量较大造成爆燃火球持续时间长,覆盖面积大,近场位置破片速度参数难于获取的问题,提出一种以激光光幕为有效传感区域的光电收发一体的测试方法。通过分析三种不同类型战斗部爆炸火光特征光谱分布可... 详细信息

为了解决战斗部爆炸过程中,因爆炸物当量较大造成爆燃火球持续时间长,覆盖面积大,近场位置破片速度参数难于获取的问题,提出一种以激光光幕为有效传感区域的光电收发一体的测试方法。通过分析三种不同类型战斗部爆炸火光特征光谱分布可知,在0.3~1.0μm波段内火光相对光强度较低。以此为依据,采用定距测时原理和原向反射技术,由固体激光器、菲涅尔透镜、窄带滤光器、高速光电传感器等关键光学元件构建破片速度参数获取的光学系统。系统光路收发一体,结构紧凑,窄带滤光片与激光光源配合使用避开火光光谱,有效抑制背景光的干扰。采用该系统进行了不同型号、当量的战斗部静爆破片速度参数测试现场实验,通过美国NI数据采集系统记录数据并对信号进行去噪和识别,成功获取了较高信噪比的波形信号。实验结果表明：本方案可完成爆心10~15 m附近破片速度的准确测试,最小可测破片尺寸为4mm,获取破片速度可达1 200m·s-1,与靶板测试结果对比可知捕获率优于95%。由于采用菲涅尔透镜形成矩形光幕,光幕上下的光强分布一致,水平方向光强均匀度达到80%以上,因此系统还可初步区分预制破片速度与尺寸的对应关系。

关键词：爆炸战斗部破片速度激光光幕

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利用红外图像处理方法检测材料缺陷

红外与激光工程 2010年第2期39卷 372-376页

作者：李立超杨录张艳花中北大学信息与通信工程学院电子测试技术国家重点实验室山西太原030051

由于物体的导热特性和红外成像系统的限制,系统所成红外图像中目标与背景的对比度普遍较低,目标边缘模糊,难于直接判读缺陷,对于异形构件更是如此。针对这一问题,在热传导原理的基础上,首先通过中值滤波、帧间滤波尽量减少噪声对红外图... 详细信息

由于物体的导热特性和红外成像系统的限制,系统所成红外图像中目标与背景的对比度普遍较低,目标边缘模糊,难于直接判读缺陷,对于异形构件更是如此。针对这一问题,在热传导原理的基础上,首先通过中值滤波、帧间滤波尽量减少噪声对红外图像的影响。接着运用受限拉普拉斯算法和高提升滤波加强图像轮廓信息。然后通过灰度分段线性变换对图像中的缺陷信息进行增强,突出缺陷,改善红外图像的视觉效果,使其中的缺陷更适合于人眼观察,最后通过边缘检测的方法将缺陷边缘提取出来。仿真实验结果表明:该检测方法可得到清晰、光滑的缺陷轮廓图像,是一种实用型红外缺陷检测方法。

关键词：缺陷检测红外成像图像处理

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基于正余弦分解的自适应全变分散斑去噪方法

中国激光 2020年第10期47卷 164-171页

作者：刘吉黄晓慧武锦辉苏凝钢于丽霞中北大学电子测试技术重点实验室山西太原030051 中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

为解决相位图在去噪过程中出现的散斑噪声残留和边缘纹理模糊问题,基于正余弦分解提出了一种自适应全变分去噪方法。首先,用正余弦函数将原始相位图分解成两幅相位图;然后用自适应全变分算法处理分解后的相位图;最后,通过反正切运算合... 详细信息

为解决相位图在去噪过程中出现的散斑噪声残留和边缘纹理模糊问题,基于正余弦分解提出了一种自适应全变分去噪方法。首先,用正余弦函数将原始相位图分解成两幅相位图;然后用自适应全变分算法处理分解后的相位图;最后,通过反正切运算合成去噪后的相位图,以快速去除大量散斑噪声并保留图像的边缘信息。对去噪结果进行定量评价和分析表明,与其他降噪方法相比,本方法得到的图像峰值信噪比提高了2.0 dB,且结构相似度较高。同时可以自适应地选择参数,减少去噪后相位图的波动性,改善相位图的质量。

关键词：测量与计量散斑干涉技术相位图散斑噪声正余弦分解自适应全变分算法

高量程MEMS加速度计的热应力仿真与可靠性评估

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中国惯性技术学报 2015年第4期23卷 555-560页

作者：秦丽于丽霞石云波王孟美冯恒振中北大学电子测试技术重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学信息与通信工程学院太原030051

硅压敏电阻阻值漂移过大导致输出失效是高量程MEMS加速度计在恶劣温度环境下工作的主要失效模式之一。通过模拟仿真加速度计悬臂梁、芯片结构和封装后整体模型的热应力分布情况,确定了压敏电阻所在结构梁区域是最容易失效的位置,且最大... 详细信息

硅压敏电阻阻值漂移过大导致输出失效是高量程MEMS加速度计在恶劣温度环境下工作的主要失效模式之一。通过模拟仿真加速度计悬臂梁、芯片结构和封装后整体模型的热应力分布情况,确定了压敏电阻所在结构梁区域是最容易失效的位置,且最大热应力分布在芯片梁与质量块倒角处,其值约为107 N/m2;通过设计的高温加速恒定应力试验验证了加速度计的温度敏感特性,根据试验数据的特征采用三种可靠度评估方法定量外推出高量程MEMS加速度计在规定应力条件下的可靠度指标。研究结果表明,加速性能退化试验和基于退化量的可靠性评估方法适用于高量程MEMS加速度计在温度环境中的可靠性研究,能够利用有限的试验数据获得可信度较高的评估结果。

关键词：高量程MEMS加速度计阻值漂移热应力仿真加速试验可靠度评估

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舰用动爆冲击波记录系统的设计与应用

爆炸与冲击 2013年第2期33卷 194-199页

作者：丁永红尤文斌马铁华中北大学信息与通信工程学院山西太原030051 中北大学电子测试技术重点实验室山西太原030051

利用抗恶劣环境的存储测试技术,以单片机和CPLD为主控芯片,设计了一种舰用动爆冲击波记录系统。系统具备内、外触发功能,采用光纤传输触发信号,提高触发电路的抗干扰能力,确保系统具有同一时间基准和可靠触发。通过激波管校准实验和舰... 详细信息

利用抗恶劣环境的存储测试技术,以单片机和CPLD为主控芯片,设计了一种舰用动爆冲击波记录系统。系统具备内、外触发功能,采用光纤传输触发信号,提高触发电路的抗干扰能力,确保系统具有同一时间基准和可靠触发。通过激波管校准实验和舰船实验,系统成功记录了冲击波信号,证明了该系统具有良好的实用性和可靠性。

关键词：爆炸力学冲击波测试存储记录仪动爆激波管

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斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制

光谱学与光谱分析 2014年第6期34卷 1716-1721页

作者：徐美芳高文宏石云波王浩全杜彬彬中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室、电子测试技术重点实验室山西太原030051 中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

散斑抑制一直是激光显示技术的研究热点。对激光光束经SiO2溶液所形成散斑的特性分析,建立了多重散射与散斑颗粒大小的联系。结合动态光散射理论,提出利用斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制方法,并构建由静态散射片和装有粒径为... 详细信息

散斑抑制一直是激光显示技术的研究热点。对激光光束经SiO2溶液所形成散斑的特性分析,建立了多重散射与散斑颗粒大小的联系。结合动态光散射理论,提出利用斜入射引入动态多重散射机制的激光散斑抑制方法,并构建由静态散射片和装有粒径为300nm、摩尔浓度为3.0×10-4μm-3的SiO2悬浮液的光通管组成的散斑抑制装置,将其置入激光显示系统的光源部分。针对光束以不同入射角进入SiO2悬浮液对散斑图像对比度影响进行了系统实验分析。结果表明,光束以约8°进入SiO2悬浮液能将散斑图像的对比度从0.43降低至0.067。通过该方法实现了散斑颗粒的空间平均和散斑图像的时间平均,提高了散斑抑制的效果。散斑抑制单元无需振动装置且便于集成到激光投影系统中,不仅提高了系统的可靠性也减小了成本。

关键词：激光显示激光散斑动态多重散射散斑抑制