高速空间相干光平衡探测器结构优化

分析了高速空间相干光平衡探测器的电路结构和噪声性能,明确了平衡探测器的关键技术参数与电路结构之间的关系。采用电阻取样型和双跨阻放大器(TIA)合成型结构设计了两种高速空间平衡光电探测器,并对其性能参数进行了实验验证。实验显示:两种高速空间相干光电探测器均可用于高速空间相干探测,且双TIA型电压合成型平衡探测器比电阻取样型平衡探测器具有更高的探测灵敏度和更好的抗噪声性能。在通信速率为5Gbps,误码率10~(-8)条件下电阻取样型平衡探测器实测最优探测灵敏度为-33.51dBm,双TIA型电压合成型平衡探测器实测最优灵敏度为-43.4dBm。对比Discovery公司通信速率为5Gbps的平衡探测器产品,双TIA型电压合成型探测灵敏度提高了近8dB。结果表明高速空间相干光电探测器的结构研究为创建高灵敏的高速空间相干光通信系统提供了理论基础。     

激光器线宽对空间相干光通信系统性能的影响

空间相干光通信系统的信噪比受激光器线宽的影响很大。对比分析了两光束到达平衡探测器光敏面的时间差τ_d和探测器特性参数不同时,激光器线宽对外差探测输出信噪比的影响。理论分析和实验结果表明,激光器线宽展宽引起差频信号带宽增大与τ_d无关。当差频信号带宽增大2.673倍时,输出信噪比减小0.369 2倍,约等于1/2.673。增大探测器的内增益、响应度和响应带宽,可以减缓信噪比随激光器线宽增大而减小的速度,但内增益和响应带宽过大,相应的噪声信号也越强,反而不利于信噪比的提高。     

高速平衡零拍探测器的设计与实现

平衡零拍探测器存在共模抑制比小、响应带宽低等问题。针对以上问题,尝试从两方面进行改进：一方面,通过测试探测器中光电检测器（PIN光电二极管）的响应特性,选择性能相近的器件进行平衡探测,以提升共模抑制比;另一方面,采用跨阻放大与比例运放级联的方式对光电流信号进行提取,解决一级采样放大器增益带宽积局限的问题,在保障灵敏度的同时提升探测器的响应带宽。由此实现了300 MHz的平衡零拍探测,共模抑制比高达66 dB,并有效检测了光信号中的量子散粒噪声,为高速灵敏探测提供了一种有效技术方案。     

基于特征灵敏度技术的船用齿轮箱抗振优化设计

舰船传动齿轮箱的设计要求一定的抗振性能和低噪声水平。在对船用齿轮箱模态分析的基础上,从运行环境分析其抗振要求,采用特征灵敏度技术衡量各部件对振动特性的影响权重,然后对低阶固有频率影响程度较大的上盖进行了多目标形貌优化和尺寸优化以获得其加强筋的分布方案,由此得到的结构修改方案显著地提高了齿轮箱的抗振性能。归纳了船用齿轮箱抗振结论和优化设计方法,对同类齿轮箱的抗振设计具有参照意义。     

光量子噪声对激光干涉仪引力波探测器灵敏度的影响

激光干涉仪在引力波发现中起着关键作用,光量子噪声是干涉仪灵敏度进一步提高的主要障碍。详细分析了光量子噪声中霰弹噪声和辐射压力噪声产生的机制和主要特点,讨论了标准量子极限,扼要介绍了信号循环、压缩光场等标准量子极限突破技术。     

功率提取对启动机功率选取的影响

为研究航空发动机功率提取对启动机功率选取的影响,基于型号研制经验和转子扭矩平衡方程,提出了启动机功率选取的扭矩平衡法并搭建了数学模型。以某型涡扇发动机和空气涡轮启动机为计算平台,利用扭矩平衡法,对不同功率提取量值和功率提取初始转速下的转速上升率和启动机功率需求进行了计算。计算结果表明,随着功率提取量增加,启动过程转速上升率下降,启动时间变长,反之也成立;随着功率提取初始转速的降低,转速上升率下降,启动时间变长,反之也成立。在功率提取量增加或功率提取初始转速降低时,为维持启动过程转速上升率,应提高启动机最大输出功率。     

特气室温红外探测器的噪声分析

由MEMS技术制备的特气室温红外探测器的噪声主要包括温度噪声、机械热噪声和背景噪声。从理论上建立了器件的基本热模型,推导得到器件的等效热熔和等效热导分别为8.1 μJ/K和1.0×10^-3 W/K,温度噪声约为1.73×10^-10 W/Hz^1/2;通过器件的工作机理和能量均分原理,推导得到热机械噪声的等效噪声功率约为9.96×10^-9 W/Hz^1/2,器件的背景噪声约为3.22×10^-11 W/Hz^1/2,从而得出器件的归一化探测率约为9.03×10⁶ cm·Hz^1/2/W。实验表明,器件的噪声中热机械噪声为主要噪声源,大小主要由浓硼硅薄膜的机械性能和器件结构决定,可以通过增大薄膜厚度,减小薄膜面积,从而增加薄膜的特征频率的方法来减小器件受外界振动的影响,但以降低器件的灵敏度为代价。另外环境振动噪声也对器件的影响很大。为了减小外界气压和温度变化的影响,提出了一种新型的双腔结构来减小和平衡外界环境变化引入的噪声。     

基于灵敏度分析的汽车动力传动系扭振特性优化

利用偏导数法分析得出汽车动力传动系无阻尼自由扭振固有频率和振型对转动惯量和扭转刚度的灵敏度。以某车型动力传动系扭振特性为例,通过分析固有频率和振型对转动惯量和扭转刚度的灵敏度,找出对固有频率和振型影响最灵敏的结构参数,对其进行动力学修改,实现传动系固有频率和振型的优化,从而减轻扭振的程度。研究成果可为汽车传动系的动态特性优化提供依据。     

基于导纳功率流方法的动力吸振系统研究

建立了动力吸振器对单自由度隔振系统吸振的导纳功率流理论模型,以主振系在整个吸振频带消耗的净功率为控制目标,通过数值仿真对动力吸振器结构参数变化对单层隔振系统隔振效果的影响进行了研究。研究结果表明:动力吸振器的加入对隔振系统共振区的振动有显著抑制作用,在动力吸振器各结构参数中阻尼比、调谐比对隔振系统的影响最为明显。     

单探测器偏振相干层析信号的傅里叶变换分析

研究了生物组织的双折射率、质地密度及层次结构等不同特性对单探测器偏振相干层析(PS-OCT)信号傅里叶频谱的影响。探讨了单探测器PS-OCT的成像理论,建立了多层组织模型。以该模型为样品模拟了它的单探测器偏振OCT信号,并分析了不同模型参数对信号傅立叶频谱的影响。以牛软骨、新鲜及干牛腱为样品,利用单探测器PS-OCT系统对它们进行A型扫描,并对获得的数据进行傅里叶变换。获得的傅里叶频谱显示,随着样品双折射率、背散射率、结构层次等特性的改变,频谱中的谱峰形状及所对应的频率也发生变化,结果证实了单探测器PS-OCT系统检测多种生物组织特性的能力。     

空间光混频器分光性能的分析与优化

为了进一步提高零差相干光通信系统的接收灵敏度,对空间光混频器的信号光分光比进行了优化。根据零差相干通信系统数学模型,推导了信号光分光比和环路相位误差、通信误码率的数学表达式,经过计算分析可知当光混频器Q支路的信号光满足锁相环要求时,可通过提高I支路信号光分光比来降低误码率和提高接收灵敏度。在分光比优化后光混频效率提高了53.5%,通信探测灵敏度提高了3dB。利用VPI软件进行建模仿真,得到不同分光比下系统的眼图和相位噪声功率。仿真结果显示,探测灵敏度提高了2.83dB。最后,搭建了零差相干光通信桌面实验系统,研究了空间光混频器分光比和系统误码率、锁相环工作的影响规律,当分光比由0.5减小至0.2时,系统误码率由3.53×10~(-9)下降至4.25×10~(-10),当分光比为0.1时,锁相环失锁,误码率为1。实验结果基本符合理论和仿真结果,所得分光比的影响规律和优化结果将为空间零差相干通信系统的研制提供技术参考。     

基于混沌振子微弱信号检测的改进与比较

为实现强噪声背景下微弱信号的检测,利用混沌系统非平衡相变对系统参数的扰动和对噪声具有免疫力的特点,根据Holmes型的Duffing振子检测系统的检测原理以及Melnikov方法,对Duffing方程的非线性项进行了改进,非线性项取（-x^4＋x^5）。改进后的系统相对原来的检测系统具有更低的信噪比门限,由原来的-92．5dB降到了-111．5dB。数值计算与仿真结果证明了该方法的有效性。     

局部热源对电力变压器内部温度分布的影响分析

油浸式电力变压器是电力系统的主要电气设备,其运行可靠性对电力系统的安全运行有重要的影响,在生产、安装及运行等过程中可能会破坏其绝缘结构,导致变压器内部产生局部放电现象甚至击穿。本文以S9-M-100/10型号的油浸式配电变压器为研究对象,仿真分析变压器正常运行、匝间短路及层间短路三种状态下变压器内部电磁场及温度场的分布规律。仿真结果表明,正常状态下变压器铁芯、高低压绕组之间的油隙撑条帘处及高压绕组中间位置的温度较高;存在匝间及层间短路故障时,变压器故障部位的电磁损耗加剧,温度骤升;两种故障对变压器内部温度场的影响不同,且匝间短路故障对其附近温度的影响较明显。分析结果可为解释变压器热性故障及故障分类提供参考。