水下航行器光学隐蔽深度测量系统

为了实现对水下航行器光学隐蔽深度的实时测量,研制了水下航行器光学隐蔽深度测量系统。根据目标背景对比度的传输理论,分析了目标背景对比度在海水、大气、海面的传输特性,建立了水下航行器光学隐蔽深度模型。基于该模型分析了测量水下航行器光学隐蔽深度所需要的参数,设计了测量海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水体衰减性系数、海水漫衰减性系数和水下航行器表面反射率的测量方法,并完成一次海上试验。试验测得良好天气情况下特征尺度为12m的水下航行器的光学隐蔽深度为25~35m。试验结果表明,设计的测量系统可以实现对水下航行器光学隐蔽深度测量,并适用于各类潜艇。由于改变了传统的在水面进行深度测量的方式,该系统工作稳定可靠,提高了隐蔽性和对海域测量的准度,可为水下作战决策提供帮助。     

水下高光谱辐照度和辐亮度剖面测量仪

本文主要介绍了Profiler Ⅱ水下辐照度和辐亮度剖面测量仪的功能、技术指标、使用方法和几个重要参数的反演算法.根据该仪器测量获得的下行辐照度和上行辐亮度,我们可以计算海水的漫衰减系数、遥感反射率、离水辐亮度等多种海洋光学参数.利用该仪器作者于2005年6月在渤海海域进行光谱调查,取得了良好的测量结果.该仪器的使用对于海洋光学调查特别是水下调查具有极其重要的意义.     

一种轴对称水下航行器模型摩擦阻力测试系统

为了研究轴对称回转体水下航行器模型所受到的壁面摩擦阻力，设计并实施了一套测试系统。该系统主要由一个回转半径为2．1m的旋臂及环形水池、六分量天平、扭矩传感器、PIV系统以及相关的数据采集系统组成，可以实现最大线速度为15m／s的试验工况。试验和分析结果表明，该系统在一定的速度范围内可以有效地测试航行器模型所受摩擦阻力，满足了设计要求。     

水下航行器推进系统机械噪声与辐射噪声相关性分析及方法研究

针对现代水下航行器的减振降噪设计,分析了某水下航行器主要辐射噪声故障频谱特性,介绍了水下航行器推进系统辐射噪声故障定位和诊断方法,通过针对性的减振降噪优化设计,经系统实航噪声测试表明,系统噪声显著降低,可供降噪设计借鉴。     

无人水下航行器摆式发电装置设计与研究

针对海洋无人水下航行器能源供给需求,设计了一款小型化摆式发电装置,该装置搭载在无人水下航行器内部,受波浪、海流、潮汐等影响,航行器产生摆动,获取海洋动能,并将其转换成稳定的电能。详细论述了摆式发电装置的工作原理、系统结构和设计方案,建立了系统机电耦合动力学仿真平台进行仿真分析,并开展了样机试验验证。研究结果表明：该摆式发电装置设计是可行的,实现了电能稳定输出,有效发电效率达到了24.40%。     

浮游植物粒级结构的原位测量

浮游植物粒级通常采用采集水样的分级叶绿素法来测定,比较费时且难以实现剖面连续测量。本文提出了一种基于测定海水光吸收来反演浮游植物粒级结构的原位测量系统。该测量系统硬件主要由高稳定光源、光学窗口、样品管、光纤高精度微型光谱仪、数据采集系统等组成。测量数据基于遗传算法来分析浮游植物粒级结构。海上初步试验结果表明,该仪器能够测定水下300 m之内的浮游植物粒级结构,实现1 m剖面分辨率的连续测量,尤其适用于分析50~80m深度叶绿素最大值层的浮游植物粒级结构变化,在未来海洋浮游植物粒级结构测定中有良好的应用前景。     

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。     

Unity3D无人航行器水下自主航行三维仿真

介绍了一种用于水下无人航行器研制和试验阶段内部软件系统联合调试的手段,通过Unity3D构建水下三维仿真海洋环境,建立无人航行器水下运动和动力学模型,并对航行器搭载的传感器和执行器进行数学建模,组建水下三维仿真系统。它与实际航行器软件系统通过与实物一致的接口相连,组成了一个数据传输环流系统,可进行航行器自主航行仿真测试。     

无人水下航行器陆地模拟试验系统

为弥补海洋模拟试验数据采集困难、数据量大、环境复杂等不足,设计了无人水下航行器陆地模拟试验系统。这一试验系统由池体、水深模拟模块、障碍物模拟模块和检测系统组成。池体、水深模拟模块和障碍物模拟模块用于模拟试验对象的运行环境,通过可升降假底模拟水深变化,通过池底滑块和滑道模拟障碍物。检测系统包括测量单元、数据采集和处理单元、数据传输单元、控制单元和数据输出单元。这一试验系统通过测定俯仰角、偏航角及横滚角等参数,为无人水下航行器的设计和改进提供技术参考。     

仿生水下航行器的设计分析

面对海洋探测等领域对水下航行器的迫切需求,本文对当前水下航行器的现状和分类进行了分析,在此基础上结合仿生学方法,以水下鲸目动物为模板,设计建立了仿生水下航行器三维模型,基于流体动力学仿真软件对航行器机身与关键结合部位的压强、流线分布等力学特性进行了分析研究,研究工作对水下航行器设计优化具有借鉴意义。     

水膜厚度光纤检测系统

针对海水泵滑靴副水膜厚度测量需求,利用反射强度调制型位移光纤传感器工作原理设计并实现了一种水膜厚度检测系统。设计了与海水泵结构相对应的光纤探头,其采用具有较好补偿功能的三圈同轴型光纤束结构消除了由光源强度、反射表面性质以及光纤光强损耗和弯曲损耗等因素带来的影响;开发了由光源模块、电源模块、光电转换模块、低通滤波模块、信号比值模块等组成的前置器用于信号调理。对开发的水膜厚度光纤检测系统进行了静态性能和动态性能测试实验,结果表明:该检测系统的测量精度可达微米级,测量系统的量程为1 000μm,灵敏度为3.45mV/μm,动态性能良好,满足了对海水泵水膜厚度的检测需求。     

数字全息术用于光学元件表面缺陷形貌测量

利用像面数字全息显微术对光学元件表面缺陷的三维形貌测量进行了理论及实验研究。设计并搭建了相应光路系统记录全息图,采用角谱算法数值重建物光场,通过相位修正消除了系统误差引入的波前畸变,获得了经过待测光学元件表面缺陷调制的物光相位分布,并根据建立的相位分布与表面缺陷面形的关系模型计算得到缺陷三维形貌。实验以多个划痕和麻点等常见表面缺陷作为测量对象,分别获得了它们的三维形貌,以其中一条实际宽度为35μm、深度为270nm的划痕为例,测量得到该划痕的宽度为35.21μm,平均深度为267.6nm,与真实值相比,横向测量误差为0.6%,纵向测量误差为0.9%。实验结果证实该测量方法是有效、可靠的,能够准确测量光学元件表面缺陷的三维形貌,因而有助于判断光学元件损伤程度以及分析缺陷对系统波前的影响,对保障高功率激光装置的安全正常运行有重要意义。     

光学器件光谱透过率反射率实时测量系统的研制

研制了一种用于光学器件光谱透过率反射率实时测量的自动化光谱检测系统,整个系统实现了对光学器件进行透过率、反射率的在线测量,同时还可对光源进行光功率、色度等的自动检测工作。围绕该检测系统的研究背景、硬件组成、软件实现和应用前景展开了全面讨论。该系统的单次测量周期小于0.3s,可测量的光谱范围为200nm～1100nm,测量精度可达0.5%,采样间隔实时可调。     

标准漫反射板绝对反射比因子测量装置

分析和研究了测量绝对反射比因子的原理,设计、制作了一套可以测量光源入射照度和反射辐亮度的比辐射计和一套45°/0°漫反射板绝对反射比因子测量装置。首先,使用比辐射计测量光源的入射照度和反射辐亮度,给出漫反射板绝对反射比因子的计算公式;然后,根据推导公式中辐射亮度由测量比辐射计的光阑面积决定,提出一种新的光学方法来精确测量光阑面积,从而提高测量精度。最后,介绍了测量装置的设计和其它部件的制作过程。采用该装置实验测量了安徽光学精密机械研究所研制的标准漫反射板在633～960nm的绝对反射比因子,得到的装置的测量不确定度为0.19%。实验结果表明,该测量装置测量方法简单、精度高,可以满足反射比因子的测量要求。     

The Mollyusk-07 self-contained vertical acoustic-hydrophysical measuring system

The Mollyusk-07 self-contained vertical acoustic-hydrophysical measuring system has been designed for experimental studies of the mode structure of internal waves and low-frequency sounds that propagate in shelf zones of seas and oceans. The Mollyusk-07 is capable of synchronously measuring the variations in the sound pressure over a 10- to 5000-Hz frequency band and water temperatures with a resolution of up to 0.006°C at eight depths, as well as the absolute values of the flow velocity at one of the depths; it also monitors the positions of the upper and middle hydrophones along the depth. The Mollyusk-07 is intended to be installed at depths of up to 100 m beneath the sea surface by the anchor separated by an acoustic release. The program control over the measurement and data acquisition modes is realized in the system. The self-sufficiency of operation in the sea is at least 7 days. In 2007, the Mollyusk-07 passed tests on the shelves of the seas of Japan and Okhotsk.     

光纤色散法测量闪烁体脉冲光谱

提出了一种利用光纤波长色散测量脉冲光谱的方法.由于具有较宽光谱的脉冲光在一定长度的光纤中传播时会发生波形展宽,需要根据测量和标定结果校正展宽的波形才能得到光源的实际光谱曲线.标定时首先利用ps级脉冲光源对测量系统进行时间响应标定,得到系统的时间响应函数;接着测量不同波长光的走时,得到不同波长的群折射率;最后测量光纤中的光谱衰减,得到各种波长的相对衰减或传输效率.利用以上3个标定结果,对波形进行数字逆卷积,并进行走时校正和衰减系数校正,即可对所得到的波形进行恢复.经实验测量和数据处理,得到了一种红光闪烁体的发光光谱曲线,其中心波长与用其他方法测到的中心波长的差小于2 nm,谱线形状基本一致.研究显示,在脉冲光的脉冲宽度远小于其色散展宽时,可以利用光纤的波长色散对脉冲光的光谱进行测量.     

激光多普勒效应非接触井深测量研究

文中对激光多普勒效应应用于油气井井深测量进行了深入研究,提出了非接触式井深测量的思想.详细阐述了一款新型激光多普勒井深测量装置的设计方案及软、硬件设计过程.测量装置中的重要组成部分光学系统采用了双光束-双散射模式进行设计.两束入射光汇聚于运动测井电缆表面并被散射,光电检测器检测到任意两束散射光的"差拍"信号后,送入以TMS320VC5402为中央处理器的外接信号调理电路,再经FFT处理后传送给上位机进行分析处理并实现实时井深监测.该非接触式井深测量装置可有效克服接触式井深测量过程中存在的摩擦与滑动误差,从而达到提高井深测量精度的目的.