斜入射法测量蓝宝石基片仿真分析与实验

为获取具有微米量级变化的蓝宝石基片的面形分布,采用斜入射法拓展数字干涉仪测量范围。根据斜入射测量原理,推导了斜入射角、平面面形偏差与系统波像差之间的关系。通过Zemax构建了斜入射测量仿真光路,研究了面形偏差及入射角度对检测结果的影响。通过仿真实验得出最佳斜入射角度等关键参数,并在斐索干涉仪上测量了直径为100 mm的蓝宝石基片,测量结果的PV为5.182μm,RMS为1.251μm。研究了斜入射角对分辨率、灵敏度因子、条纹对比度的影响。研究表明,斜入射角为70°时,适宜测量矢高值≤5μm的蓝宝石基片,引入误差小于0.1μm,测量范围是正入射测量范围的1.46倍,且能获得适宜的条纹对比度。     

胶瘤入射角度对单搭胶接接头拉剪强度和应力分布的影响

通过试验研究了胶瘤入射角度对单搭胶接接头拉剪强度的影响,并建立了相应的有限元模型,分析了胶瘤入射角度对接头中剪切应力和剥离应力分布的影响。结果表明:当胶瘤入射角度为0°时,接头中剪切应力和剥离应力的峰值均很高;随着胶瘤入射角度从30°增加到90°,接头端部剪切应力和剥离应力的峰值先增大后减小;当胶瘤入射角度为30°时,剪切应力和剥离应力均相对较小,而接头的拉剪强度最大;有限元模拟结果与试验结果基本一致。     

激光束照射下大芯径SI-PDF光纤传输特性研究

应用于短距离传输的大芯径SI-PDF光纤,必须考虑漏泄光线对光纤传输功率的贡献。本文应用射线光学分析方法,推导了不同入射角的激光束与大芯径SI-PDF光纤的功率耦合传输公式,对不同入射角激光束照射下不同长度SI-PDF光纤的输出功率特性进行了实验研究。给出了在激光束照射下SI-PDF光纤光耦合功率随入射角度的变化关系曲线,并给出不同入射角度激光束在光纤中的损耗系数。结果表明：对大于12°入射的激光束,输出功率随入射角增加成指数衰减规律;不同角度入射激光束在光纤的单位长度内损耗值随角度增大而增大,在12°时损耗值为26 dB/km,在24°时达到了82 dB/km。     

高温铸锻件内部温度场电磁超声重构方法研究

针对高温严苛条件下铸锻件内部温度场非接触测量困难这一问题,提出了基于弯曲效应和三角形前向展开法的高温铸锻件温度场非接触电磁超声斜入射横波重构方法。结合数值仿真和730℃电磁超声检测实验,对直入射横波的三角形追踪数学模型进行了验证,并研究了声束入射角、温度梯度对斜入射横波的传播路径和渡越时间的影响,比较了不同入射角的斜入射横波的温度灵敏度系数。结果表明:基于三角形前向展开法的高温锻件温度场直入射横波重建误差在3%以内。当采用斜入射横波时,声线传播路径受温度梯度、入射角度的影响较大,且对温度梯度的变化更加敏感,无论使用横波渡越时间还是横波出射点位置偏移量均可重构高温铸锻件的内部温度场。     

基于机器视觉技术的研磨表面粗糙度检测

为了对研磨表面粗糙度进行快速在线检测,基于机器视觉技术提出了一种研磨表面粗糙度检测方法,建立了研磨表面粗糙度评定参数体系。该方法利用CCD提取粗糙度Ra在0.012～0.1um之间的研磨表面图像,运用中值滤波、图像边缘增强和图像二值化等对图像进行预处理,然后通过图像特征参数提取研磨表面粗糙度信息,包括灰度均值D和均方根差Sq。试验结果表明,在入射角一定的情况下,入射光越强,D和Sq对粗糙度的变化越敏感;在入射光强一定的情况下,入射角越大,D和Sq反映粗糙度变化的效果越好;与Sq相比,D对于入射光强和入射角的变化更不敏感,具有更强的稳定性。利用图像参数评估研磨表面粗糙程度的最佳实验条件为:入射角70°、入射光强2.0×104lux以上。     

倾斜入射条件下衬底对金属网栅屏蔽特性的影响

提出了双层膜系分析方法,该方法采用独立网栅等效薄膜模型,将网栅对衬底干涉的影响引入分析,克服了Kohin方法仅考虑衬底干涉的不精确性,并避免了其分析独立网栅的透波率公式在高频和大入射角时存在的不准确性。用紫外光刻在石英衬底上制备了周期为320 μm,线宽为4.5 μm的网栅,测得S波30°入射时12~18 GHz的屏蔽效率大于16 dB,略低于理论值但变化趋势一致,证实了双层膜法的有效性。进而分析衬底影响表明:入射为S波及小于衬底布儒斯特角θ_B的P波时屏蔽效率降低,而入射为大于θ_B的P波时屏蔽效率反常增加;屏蔽效率变化最大值随入射角变化;优化衬底厚度可在不影响网栅透光能力的同时获得最佳屏蔽效果。     

基于两相介质理论天然气水合物超声探测分析

针对海底裸露的块状天然气水合物的超声波识别探测问题,提出基于双相多孔介质理论的天然气水合物声场计算方法。对“海水-天然气水合物”模型进行超声波传播特性的仿真分析,并研究相关参数对天然气水合物吸收特性的影响规律。研究结果表明：当超声波频率设置为20 kHz以上时,天然气水合物的声波吸收系数随着频率的增加而增加;天然气水合物的饱和度越高,固相平均密度越小,吸收系数越高;孔隙度越高,吸收系数也越高;而同一入射频率下,孔隙大小对吸收系数的影响则相对有限;同一入射频率下,入射角度越大,吸收系数越小,当入射角度大于60°时,几乎不能获得含有有效信息的回波信号。     

光学表面冗余粒子在离轴及斜入射高斯波束作用下的辐射力

针对光学表面冗余粒子的清除问题,通过离轴高斯波束的球矢量波束展开方法,研究了介质球对离轴及斜入射高斯波束的散射特性;基于得到的结果结合连带勒让德函数的正交递推关系推导了离轴高斯波束对介质球的横向和轴向辐射力的解析表达式,并重点分析了离轴距离和高斯波束斜入射角度分别对轴向辐射力和横向辐射力的影响。结果表明,离轴入射时,在束腰负半轴2μm处出现一个总力极大值,过束腰零点后5μm处出现一个反向次大值点;高斯波束斜入射时,辐射力在束腰中心前后各出现一个极大值,随着入射角的增大,曲线整体下移减小,辐射力极大值所对应的Z0位置固定。得到的结论可用于无损检测工程中,即通过调节高斯波束束腰位置可提高对冗余粒子驱逐和控制的效率。     

新型单元的频率选择表面

通过对传统的十字单元进行改进,设计了一种新型单元的频率选择表面(FSS).利用模式匹配法,从理论上对比分析了传统十字单元FSS和这种新型单元FSS,研究了TE波入射时角度变化和大角度入射时极化方式变化对中心频率的影响,并采用镀膜和光刻技术制备了新型单元FSS的实验样件.在微波暗窜中进行了测试,得到的实验曲线与理沦仿真曲线基本一致.结果表明,传统十字单元FSS不能实现中心频率的角度稳定性,TE波0°～45°的中心频率漂移为300 MHz,并且45°入射时中心频率的极化稳定性很差,漂移量为800 MHz;而新型单元FSS具有中心频率的角度稳定性,TE波0°～45°的入射中心频率漂移量仅为100 MHz,同时对大的入射角度具有中心频率的极化稳定性.     

边界条件和激励位置对高速列车车窗声振特性影响研究

为研究高速列车车窗的振动声辐射和隔声,基于Hamilton原理和声学Rayleigh积分建立了车窗的有限元-边界元耦合模型.利用矩形薄板在自由、简支和固支等经典边界条件下的模态分析结果、无限大板的隔声验证了模型的正确性.基于验证后的模型,对比了车窗在经典边界条件下的声辐射和隔声,分析了点激励位置对车窗声辐射的影响,研究了车窗的隔声随平面声波入射角度的变化规律.研究结果表明,边界条件对车窗在刚度控制区的声辐射和隔声产生显著影响.点激励位置越靠近边界,车窗在刚度控制区的辐射声功率越小;辐射声功率在质量控制区的峰值由车窗的模态引起,由于激励点位置的影响,峰值出现的频率存在一定的差异.随着平面声波入射角度的增加,车窗的隔声量增加;当声波沿车窗的横向和纵向入射时,车窗的受迫响应关于横向中线和纵向中线对称,当声波沿车窗对角线入射时,车窗的受迫响应表现出很强的非对称性.