可调谐半导体激光吸收光谱测温谱线选择

可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)作为非接触光学测量手段,在燃烧诊断、推进系统研发中应用广泛,而吸收谱线对的选择是采用TDLAS技术进行燃气温度测量的基础和关键一步。在扫描波长-直接吸收法测量H_2O温度的实验中,首先系统地研究了谱线选择的基本原则和实现步骤,对选择原则中各指标的量化进行了重点分析;然后对中心频率在7000～7500 cm~(-1)范围内的水分子吸收谱线进行研究和筛选;最后结合数值模拟进行分析,选择了7022. 7091,7444. 3707 cm~(-1)和7185. 5962,7444. 3707cm~(-1)两对谱线,为TDLAS温度测量系统设计提供依据。     

基于振动传递率函数与统计假设检验的海洋平台结构损伤识别研究

由于受激励未知、测量噪声及建模误差等因素影响,基于振动的结构损伤识别结果存在明显不确定性。 为此,利用振动传递率函数和统计假设检验进行结构损伤识别研究。用结构损伤前后加速度响应计算振动传递率函数; 用主成分分析（ＰｒｉｎｃｉｐａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ,ＰＣＡ）提取结构损伤前后振动传递率函数的第一阶主成分作为正态总体样 本;用多元统计分析中Ｆ检验法进行假设检验分析以达损伤识别目的。该方法无需激励信息,具有一定抗噪声能力,适合 处理激励未知、测量噪声等因素引起的不确定性问题。通过海洋平台结构数值模拟及振动台模型试验验证该方法的可 行性。     

基于TDLAS技术的空间真空环境下温度测量技术研究

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术可用于气体温度的高精度快速测量,但目前TDLAS技术研究一般集中在正压范围内,真空环境下该技术的应用研究较少.空间真空环境由于压力极低,传统的接触式温度测量技术存在众多不确定性因素.本文从热力学温度定义出发,提出并分析了TDLAS技术测量空间真空环境下痕量气体分子振-转温度的可能性和精度.同时以C2H2分子1535.393nm和1535.432nm两条吸收谱线为例,分析了TDLAS技术测量气体分子振-转温度的方法和精度.分析结果表明即使压力达到1.0× 10-3 Pa,如果在实验中选取吸收强度大的谱线对,同时增加有效吸收光程,可以得到比较理想的吸收信号,实现气体分子振-转温度的测量.     

基于抽象工厂模式的机载总线数据通用化处理方法研究

为解决目前TDLAS波长扫描直接吸收法测温领域存在的干扰吸收峰影响温度测量准确性的问题,提出了一种基于吸收光谱线型对称的积分吸光度计算方法,利用中心频率至无干扰吸收峰一侧频率范围的吸光度,根据对称性得到全频域的积分吸光度,以此来排除干扰吸收峰的影响,提高温度测量准确性。选取7185.6 cm^-1和7444.4 cm^-1两条H₂O吸收谱线,利用吸收光谱仿真数据在400~2600 K温度范围内选择8个温度点进行温度仿真计算,同时在实验室环境下搭建一套TDLAS测量系统,在573~1173 K温度范围内进行了管炉测温实验,并将吸收光谱线型对称积分吸光度计算法的测量结果与忽略干扰峰影响的单峰法的测量结果进行对比,结果显示：二者仿真计算温度的平均相对误差分别为1.11%和5.66%,实验测量温度的平均相对误差分别为1.02%和9%,验证了存在干扰吸收峰时根据线型对称性获取积分吸光度进行温度测量的可行性与准确性,为推动TDLAS温度测量技术发展提供了重要借鉴。     

TDLAS火焰燃烧温度测量方法改进

基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)双线温度测量原理,设计了7153.748-7154.354 cm~(-1)谱线对单激光器TDLAS燃烧温度测量系统,对平面预混火焰燃烧温度进行测量,发现由于吸收较弱、信噪比较低等造成测量结果与热电偶测量结果相对偏差较大。针对这一问题,提出了采用(7185.597-(7444.352+7444.371))cm~(-1)双激光器TDLAS系统,并结合增加光程方法来改进原有的温度测量精度。结果表明:采用双激光器可放宽谱线对的选择范围,选择吸收更强的谱线对可以有效提高信噪比,并且结合增加光程,可实现TDLAS温度测量结果与热电偶测量偏差由10%降低到5%。     

水厂经济性综合评价中的主成分分析法

主成分分析(PCA)法是从观测数据中获取主要信息的一种多变量统计方法。它用很少的新变量代替原有观测量,以寻找原观测量之间的相互关系,且不损失原始数据的主要信息,并且客观地确定权数,避免了主观随意性,尤其是对于大样本、多参量的情况,该方法简捷而有效。目前,主成分分析法被广泛应用于诸多分析研究领域中。介绍主成分分析法的原理和它在水厂运行经济性综合评价中的应用,提出水厂运行经济性的综合评价函数,为水厂机组的运行、管理、状态监测与诊断,提供有效的特征指标。     

基于奇异谱分解的微机械加速度计振动噪声抑制方法

微机械（MEMS）惯性传感器成本低的同时噪声较大,易受振动信号的干扰。为了利用微机械惯性传感器构成低成本姿态估计系统,提出了一种基于奇异谱分解（SSA）的振动噪声预处理方法。SSA方法的实质是利用延迟扩维矩阵进行主成分分析,其延迟相关的算法能够有效地分离出加速度计测量值中的趋势项与周期项,趋势项中包含有需要的姿态变化信号,周期项即为低频振动噪声,根据过零点检测方法提取出趋势项,将该趋势项作为加速度计的测量值,即可实现对振动噪声信号的抑制,有效地提高姿态估计精度。实际的跑车实验验证了本方法的可行性和有效性。     

基于互信息的主成分分析用于声场景分类

主成分分析是声场景分类中常用的特征选择方法。针对主成分分析的局限性,提出一种基于互信息的主成分分析方法。这一方法引入类别信息,用不同声场景条件下特征之间的互信息矩阵之和替代传统主成分分析中的协方差矩阵,计算其特征向量与特征值,特征向量表示由原始特征空间向新的主成分空间的转换系数,特征值则用于计算主成分的累计贡献率并判断主成分维数。声场景分类实验结果表明,该方法较之传统主成分分析方法降维效果更好,辅以神经网络分类器,计算得到的分类正确率更高。     

基于L_(1)范数振动传递率的梁构件损伤识别研究EI北大核心CSCD

基于传递率函数在频域给定结构各测点输出响应间的函数关系而无需测量结构输入荷载信息的特点,提出了L_(1)范数归一化传递率函数结构损伤识别方法。首先,对加速度响应数据频域分析构建传递率函数矩阵,通过主成分分析法实现传递率频域特征的降维,提取与梁结构损伤特征高度相关的特征,以不同状态下的主成分有无发生偏离为依据来判断结构是否发生了损伤;其次,结构如果发生损伤,其损伤前后的传递率函数会发生变化;最后,将传递率函数进行L_(1)范数归一化,构建L_(1)范数归一化传递率函数损伤指标。数值仿真和试验结果表明,该方法可有效识别结构不同的损伤位置及程度,识别精度高,具有一定的噪声鲁棒性。     

基于左矩阵分式模型的短记录数据模态参数识别

在测量数据有限情况下,由于难以获得频响函数(FRF)的准确估计,使用FRF 作为原始数据的传统模态参数识别方法将不再适用。针对该问题,提出一种基于频响函数左矩阵分式模型的模态参数识别方法。该方法直接使用输入输出数据FFT 谱(IO 谱)作为原始数据,避免了频响函数估计。通过最小二乘估计在Z 域内求解模态参数,改善了矩阵的求解性态。针对左矩阵分式模型的特点,给出了一种通过主分量分析(PCA)建立稳定图的方法。最后采用GARTEUR 飞机模型建立仿真算例对所提出的方法进行了验证。     

红外高光谱大气探测仪星载固定点黑体辐射源的研制

介绍了中国计量科学研究院为风云三号05星红外高光谱大气探测仪研制的微型镓固定点星载黑体辐射源。设计了黑体辐射源空腔,其有效发射率优于0.997。针对星载固定点黑体辐射源的结构设计和性能测试展开了研究:星载固定点黑体辐射源17 ℃的温度均匀性仿真结果优于0.01℃;黑体辐射源在真空下均匀性优于0.02 ℃,稳定性优于0.002 ℃(90 min内);在通过满足航天应用的力学冲击等实验后,镓固定点的复现性优于0.03 ℃;微型固定点相变温坪复现实验加热功率与拐点值之间存在较好的线性关系。     

SiCP/Al功能梯度装甲板抗侵彻性能的试验与数值模拟

采用粉末冶金方法制备碳化硅陶瓷颗粒(SiC_P)增强金属铝基复合材料板(MMCs), 并采用热压扩散法制备功能梯度装甲板(FGM)。利用高速冲击空气炮系统, 对纯铝靶板和两种不同铺层结构的功能梯度装甲靶板进行侵彻试验, 并利用LS-DYNA软件对侵彻试验过程进行数值模拟分析, 同时考察等厚、 等面密度下SiC颗粒分布对抗侵彻性能的影响。研究结果表明, 功能梯度板的抗侵彻性能比纯铝板好, 而两种不同铺层结构功能梯度板的抗侵彻性能相差不大。数值计算结果与现有试验结果取得了较好的一致, 说明了数值模拟的有效性。从数值计算结果可以看出, 层状功能梯度板比等厚、 等面密度均质复合材料靶板的抗侵彻能力好, 并可近似地认为等厚、 等面密度下多层功能梯度板的抗侵彻性能对颗粒分布不敏感。     

中温区真空标准黑体辐射源研制

介绍了中国计量科学研究院研制的中温区真空标准黑体辐射源的结构设计,工作原理,测试结果和不确定度评定。黑体辐射源工作温度范围为320～500K,黑体空腔开口直径为50mm,空腔深度为260mm,表面喷涂了耐高温漆,空腔发射率优于0.999。真空环境下测试了黑体在335～500K温度范围内的轴向温度均匀性,温度稳定性及黑体辐射源亮度温度等性能指标,结果显示黑体温度均匀性优于0.15K,40min内温度稳定性优于0.03K。分析了黑体辐射源的不确定度来源,黑体辐射源的合成标准不确定度优于0.04K。     

同步辐射单能X射线空气质量衰减系数的测量

介绍了3种X射线空气质量衰减系数的测量方法:移动距离法、抽真空法、EGSnrc蒙特卡罗模拟计算法。给出了抽真空法中真空管内空气质量厚度改变量的计算公式,并模拟分析了真空管Be窗对实验的影响。移动距离法与抽真空法得到的结果较接近,验证了抽真空法实验的合理性。当X射线能量为6 keV、20 keV时,EGSnrc蒙特卡罗模拟计算结果与NIST标准数据库数值偏差分别为0.01%、0.26%。     

Crookes辐射计内最佳真空度的实验和仿真研究

应用实验和蒙特卡罗(DSMC)方法,研究了Crookes 辐射计工作的最佳真空条件.在辐射计内转子可以自由转动的条件下,测量了辐射计转子的转速与腔内真空度的关系,实验表明,转子的转速与腔内的真空度、转子叶片的边长有关.在叶片边长分别为20 mm和10 mm的情况下,最大转速分别出现在0.1 Pa和3 Pa.应用DSMC方法,仿真得到了在不同真空度条件下,作用在转子叶片两边的压力差分布,结果表明,在叶片边长分别为20 mm和10 mm的情况下,最大压力差分别出现在0.1～0.5 Pa和2～5 Pa.文中给出了腔内稀薄气体的速度矢量图.     

A method for determination of spatial distribution of gas concentration in supersonic jets outflowing into vacuum

An experimental method for determination of the spatial distribution of gas concentration in millimeter-sized supersonic jets outflowing into vacuum is proposed. This method is based on jet visualization by its illumination with a laser–plasma radiation source and processing of the obtained intensity distribution of the jet glow. The spatial distribution of the jet glow intensity for the visualized jet is measured. The gas concentration distribution in the jet is determined, and the results of experiment are compared with the calculated data obtained by numerical hydrodynamic simulation.     

微机械面型微加热器的热学分析

针对微机械面型微加热器,采用解析方法对加热器在真空和大气下的温度分布,以及均热器对加热器温度分布的影响进行了深入分析。分析结果表明,真空下环形加热电阻可以达到较好的大面积均温效果,而大气下的加热电阻应尽可能小同时尽可能分布在整个加热区内,分析的结果经ANSYS有限元模拟和样品制作测试,与实际情况吻合较好。     

ANSYS有限元法在测长绝热真空腔二维热分析中的应用

针对测长绝热真空腔内温度场测量困难的特点,提出应用ANSYS有限元仿真与实验研究相结合的方法进行二维热分析。详细介绍了真空腔的ANSYS有限元建模、参数确定、网格划分、施加载荷和求解过程。仿真结果表明外界环境温度变化1℃,绝热真空腔内温度将变化0.085℃。对仿真结果进行了实验验证,实验结果证明利用该仿真技术可准确、可靠地分析绝热真空腔内的温度场,并且提高实验效率的同时降低了实验成本。     

Evaluation of Residual Stresses Using Laser-Generated SAWs on Surface of Laser-Welding Plates

In this paper, residual stresses in laser-welding plates are studied by both numerical simulation and experiment based on laser ultrasonics. First, a three-dimensional finite-element model is developed to predict temperature distributions and thermo-structure response during the laser-welding process of an aluminum alloy plate, and the residual stresses around the joint are described from structure analysis. After that, experiments based on surface acoustic waves generated by a pulsed laser are carried out to determine the velocity distribution of SAWs around the joint, from which the distribution of main residual stresses are calculated according to acoustoelastic theory. By comparing the thermal-structure model results with the measurements, it is found that the numerical simulation results are in good agreement with the experimental data.     

混凝土箱梁支座位移实验及有效温度计算

为计算非线性温度分布下桥梁的支座位移,基于单位荷载法基本原理,建立了连续梁支座位移的计算方法和截面有效温度的计算公式。在此基础上,提出了有效温度的5种简化计算方法。为检验计算方法的精度和合理性,以西安沣河大桥这座单箱三室7跨变截面的连续箱梁桥为研究对象,现场实测了箱梁截面的温度和支座位移。实验研究和数值计算结果表明,截面的有效温度与截面的温度分布和截面的形状有关,对于变截面箱梁而言,即使具有相同的温度分布,不同截面的有效温度也是不同的。考虑混凝土的热传导效应,假定混凝土板内温度变化为指数衰减模式计算截面有效温度的加权平均值,所得支座位移误差较小,且偏安全。随后,有限元方法的计算结果进一步表明这种算法的合理性。