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基于时序控制的固态开关串并联高压脉冲技术

电源学报 2024年第2期22卷 414-420页

作者：施阳杰梁勖林颖方晓东中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

针对生物医疗等高压陡脉冲应用需求,设计了基于固态开关串并联高压陡脉冲发生电路,并结合时序控制技术,提出一种脉冲陡化新方法;从理论上分析了脉冲陡化的关键、系统工作的过程以及设计要点。该方法能较好解决开关管增加后杂散参数、布... 详细信息

针对生物医疗等高压陡脉冲应用需求,设计了基于固态开关串并联高压陡脉冲发生电路,并结合时序控制技术,提出一种脉冲陡化新方法;从理论上分析了脉冲陡化的关键、系统工作的过程以及设计要点。该方法能较好解决开关管增加后杂散参数、布线电感以及导线电感对开关速度的影响。以2 kV高压直流电源、110Ω的负载电阻进行实验,负载脉冲信号的上升沿约为50 ns,下降沿约为70 ns,输出电流幅值约18 A;最小脉宽信号的半高宽为100 ns,系统的最小分辨率为5 ns,可实现步进为5 ns脉宽的灵活调节,最大脉宽则与储能电容有关。

关键词：宽高压脉冲固态开关串并联时序控制

2.79μm高速转镜调Q Er,Cr:YSGG纳秒窄脉冲激光器

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光学精密工程 2024年第8期32卷 1122-1129页

作者：朱永斌马圣洁程庭清王礼陈月明江海河安徽医科大学生物医学工程学院安徽合肥230032 中国科学院合肥物质科学研究院健康与医学技术研究所安徽合肥230031 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为... 详细信息

转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为核心的高速转镜调Q控制系统,通过精确单片机解析串口屏指令控制激光电源的充放电和高速电机启停,同时通过对转镜脉冲信号整合降频控制氙灯放电时刻,实现对延迟时间的精准控制,实现了灯泵Er,Cr:YSGG激光纳秒窄脉冲调Q输出。在5 Hz重复频率下,转镜转速为650 r/s时,获得的最高单脉冲激光能量为45.7 mJ、脉冲宽度为86.2 ns,相应的峰值功率为530.2 kW。

关键词：转镜调Q 固体激光器 Er Cr:YSGG激光 Arduino 氙灯泵浦

基于曲面特征的激光/IMU融合SLAM方法

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激光与光电子学进展 2024年

作者：柴立平王维栋李晨阳朱利凯李跃合肥工业大学机械工程学院中国科学院合肥物质科学研究院

为了进一步提升机器人在复杂环境下的定位与建图功能，提高算法稳定性与鲁棒性，提出一种可以识别曲面特征的激光SLAM方法。所提方法基于因子图优化框架，优化前端特征点提取方法，提取出角点、平面点和曲面点三类特征点，在局部地图匹... 详细信息

为了进一步提升机器人在复杂环境下的定位与建图功能，提高算法稳定性与鲁棒性，提出一种可以识别曲面特征的激光SLAM方法。所提方法基于因子图优化框架，优化前端特征点提取方法，提取出角点、平面点和曲面点三类特征点，在局部地图匹配时添加点-曲线约束方程；后端将雷达里程计与IMU预积分因子等加入因子图，对全局位姿进行优化。通过KITTI数据集和自采数据集的实验验证表明，相比于LIO-SAM，所提出的方法的绝对轨迹误差大约提升15%，特征点邻域内点云个数增加了7%左右，特征点数量显著增多，有效地提高了SLAM系统的性能。

关键词：激光雷达 LIO-SAM算法特征提取曲面特征点帧间匹配

类ITER多功能机械臂关节三电机控制系统设计

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核聚变与等离子体物理 2024年

作者：齐国栋姚达毛仲崇峰中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所中国科学技术大学

多功能机械臂遥操作系统是托卡马克遥操作系统的主要构成部分，主要用于托卡马克装置内部检测和内部部件维护。多功能重载机械臂是多功能机械臂遥操作系统的重要部分，其关键旋转关节输出力矩大、末端定位精度高且安装尺寸有限，针对这... 详细信息

多功能机械臂遥操作系统是托卡马克遥操作系统的主要构成部分，主要用于托卡马克装置内部检测和内部部件维护。多功能重载机械臂是多功能机械臂遥操作系统的重要部分，其关键旋转关节输出力矩大、末端定位精度高且安装尺寸有限，针对这些问题采用三台电机协同驱动的方法进行解决。为此针对类ITER多功能机械臂关键关节设计了一种基于EtherCAT实时总线的三电机同步控制系统并完成了测试。在目前实验条件下，对单台电机进行了空载下的位置、速度跟踪测试。实验结果表明，控制系统能够正常运行，在给定点位置最大跟踪误差小于2′，满足定位精度要求。该控制系统的设计和搭建为后续三台电机的空载同步测试和加载实验奠定了基础。

关键词：遥操作多功能机械臂 EtherCAT 三电机控制系统设计

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基于挠性梁结构的电推进器推力测量方法研究

核技术 2024年第5期47卷 91-101页

作者：王洛麒郑金星刘海洋李飞孟东东陆玉东杜宜凡唐卓尧吴涛史佳明中国科学技术大学合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 北京工业大学机械与能源工程学院北京100124

电推进系统在空间任务中相比于传统化学燃料推进工作寿命更长、燃料消耗更低,在近年来备受关注。但基于可控核聚变思想研发的高功率霍尔效应电推进器,其推力很难测量,原因在于这些电推进器需要在高温环境下电离推进剂,所以工作时会产生... 详细信息

电推进系统在空间任务中相比于传统化学燃料推进工作寿命更长、燃料消耗更低,在近年来备受关注。但基于可控核聚变思想研发的高功率霍尔效应电推进器,其推力很难测量,原因在于这些电推进器需要在高温环境下电离推进剂,所以工作时会产生高温等离子体羽流,导致传统推力测试方法无法准确测量其推力。推进器推力的准确测量直接关系到航天器姿态以及轨道保持的控制精度,因此必须在地面测试中准确地测量推力。本文设计并搭建了一套基于挠性梁结构的推力测量平台,可以在高温环境下测量电推进器产生的推力。实验结果表明,以可变比冲磁等离子体火箭为例,在中心磁场强度0.2 T、质量流率为20 mg·s-1的工况下,实时测得电推进器推力为266.5 mN,证明了测量平台的可行性,为后续电推进器推力测量实验提供参考。

关键词：电推进器可控核聚变等离子体挠性梁推力测量

Ba122铁基超导带材焊接接头制备与性能研究

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低温与超导 2024年第7期 20-25页

作者：徐志鹏赵航俞雷丁杭伟黄鹏程陈文革中国科学技术大学中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心

本文主要介绍了Ba122铁基超导带材焊接接头的制作工艺，使用不同的焊料制作铁基超导焊接搭接和桥接接头并对其性能进行了研究。通过接头样品的性能测试，获得了4.2 K下的接头电阻值，同时也评估了接头的机械强度。研究结果表明：对于搭... 详细信息

本文主要介绍了Ba122铁基超导带材焊接接头的制作工艺，使用不同的焊料制作铁基超导焊接搭接和桥接接头并对其性能进行了研究。通过接头样品的性能测试，获得了4.2 K下的接头电阻值，同时也评估了接头的机械强度。研究结果表明：对于搭接接头，使用高熔点焊料可显著降低接头电阻至最低45 nΩ。而对于桥接接头，推荐使用低熔点焊料，其最低电阻为108 nΩ。接头电阻随接头长度增加而减小，但过长的接头会导致理论与实际电阻值偏差增大。此外，不同焊料对接头机械强度影响不大，强度主要依赖于超导带材本身。热处理后的铁基带材和接头机械强度不高，在制作铁基超导线圈时需进行特殊保护。

关键词：铁基超导焊接接头电阻机械强度

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基于嵌入式的低温文丘里流量显示仪设计

低温与超导 2024年第4期52卷 95-102页

作者：郑磊李俊杰安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心合肥230031

为满足低温制冷系统中流量实时监测的需求,本文针对低温文丘里流量计,设计了基于嵌入式系统的低温文丘里流量显示仪,在其功能上集成压力压差信号采集、低温温度监测以及质量流量计算,可适用于不同状态的流体在不同压力、压差和温度工况... 详细信息

为满足低温制冷系统中流量实时监测的需求,本文针对低温文丘里流量计,设计了基于嵌入式系统的低温文丘里流量显示仪,在其功能上集成压力压差信号采集、低温温度监测以及质量流量计算,可适用于不同状态的流体在不同压力、压差和温度工况下的流量测量。该流量显示仪具有易使用、集成度高等优点。结果表明该低温文丘里流量显示仪的测试误差最大为0.557%,满足低温环境中流量监测的要求。

关键词：低温文丘里流量计嵌入式流量监测

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托卡马克超导磁体失超电压探测技术

南方能源建设 2024年第3期11卷 65-74页

作者：王腾中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所安徽合肥230031

[目的]全超导托卡马克是稳态运行的基础,而及时、可靠的失超探测是保证超导磁体运行安全的关键所在,享有聚变装置安全的最高等级。[方法]文章综述了聚变磁体失超电压探测的方法原理和实现途径,简要概括了失超探测的研究进展和主要托卡... 详细信息

[目的]全超导托卡马克是稳态运行的基础,而及时、可靠的失超探测是保证超导磁体运行安全的关键所在,享有聚变装置安全的最高等级。[方法]文章综述了聚变磁体失超电压探测的方法原理和实现途径,简要概括了失超探测的研究进展和主要托卡马克装置所采用的失超探测方案,介绍了失超电压探测的基本原理和过程。并以全超导托卡马克实验装置(EAST)为例,分析失超电压探测的干扰来源及耦合机制,提出两级解耦补偿方案,并建立初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制。[结果]实测结果表明,该补偿方案能够实现99.9%以上的噪声抑制比,有效改善失超探测的信噪比和可靠性。[结论]建立的初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制可拓展至其他托卡马克装置,从而为未来聚变堆的失超探测设计和磁体安全运行提供必要积累。

关键词：托卡马克超导磁体失超探测电磁干扰抑制 EAST

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大气消光系数多基线透射式光电测量影响分析

光学学报 2024年第12期 130-143页

作者：曹韩晖陈洪耀张黎明李佳伟中国科学技术大学中国科学院合肥物质科学研究院中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室

针对透射式消光系数测量精度不高、难以实现自校准等问题，研究一种基于主动光源的多波段、多基线透射式消光系数测量方法，定量分析光电探测电路信号分辨率、噪声特性、动态范围、随机噪声、响应温度敏感性、数字信号处理、背景辐射等... 详细信息

针对透射式消光系数测量精度不高、难以实现自校准等问题，研究一种基于主动光源的多波段、多基线透射式消光系数测量方法，定量分析光电探测电路信号分辨率、噪声特性、动态范围、随机噪声、响应温度敏感性、数字信号处理、背景辐射等因素对消光系数的影响。结果表明：探测光电流应不小于1.27×10-7A，每次移动距离应不小于1 m，每个测量点时长应不少于40 s，采样率应不小于10 kHz，在目前可实现的基线距离5～20 m范围内，采用谱峰搜索法或取样积分法进行准同步测量，消光系数测量精度受随机噪声影响小于0.8%，这为仪器实现高精度测量研究提供理论基础。

关键词：大气光学消光系数变基线透射仪光电测量大气透过率