强激光与粒子束
2024, 36(4): 043024
中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
在100 kJ级激光装置上针对实验环境设计了高探测效率及低本底的聚变伽马探测器。利用开源粒子输运模拟软件Geant4研究了收光部件及屏蔽体等对收集效率及时间延迟的影响，优化了系统结构及屏蔽设计以提高系统效率并降低测量干扰，进行了测量信号正算仿真及系统性能评估。结果表明，优化后探测器灵敏度达到每个入射伽马光子产生0.21个光子，本征时间响应可达16 ps。在中子产额为1013的内爆实验中，光电倍增管增益为5×103时测量信号幅度约0.7 V，耦合光电倍增管的系统时间响应可达108 ps左右。优化后的伽马切连科夫探测器满足100 kJ装置上内爆物理实验中聚变伽马诊断需求。
探测器 切连科夫光子 伽马探测器 聚变反应宽度 Geant4
对像元尺寸为10 μm的1280×1024碲镉汞（HgCdTe）中波红外焦平面阵列的制备技术和性能进行了研究。通过B+注入制备小尺寸n-on-p平面结；采用高平整度HgCdTe外延材料和高精度的倒焊互连技术，实现高的电学连通率；采用多段温度填胶固化和边缘刻蚀工艺减轻HgCdTe器件和读出集成电路（ROICs）之间的热失配，从而降低焦平面器件失效率。在85 K焦平面工作温度下，研制探测器的光谱响应范围为3.67 μm至4.88 μm，有效像元率高达99.95%，并且探测器组件像元的平均噪声等效温差（NETD）和暗电流密度的平均值分别小于16 mK和2.1×10-8A/cm2。与像元尺寸为15 μm的探测器相比，10 μm的1280×1024中波红外探测器可获取更加精细的图像，具有更远的识别距离。目前，该技术已成功转移到浙江珏芯微电子有限公司（ZJM）的HgCdTe红外探测器产线。
红外探测器 碲镉汞 1K×1K 红外焦平面阵列 n-on-p infrared detector HgCdTe 1K×1K FPA n-on-p
1 广西大学土木建筑工程学院, 南宁 530004
2 工程防灾与结构安全教育部重点实验室, 南宁 530004
3 广西防灾减灾与工程安全重点实验室, 南宁 530004
声发射技术可以评估混凝土的损伤演化过程。为合理描述混凝土的受压损伤演化过程, 开展了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程的声发射试验, 分析了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程声发射特征参数的演化规律, 进而合理遴选了描述混凝土损伤演化过程的声发射特征参数, 揭示了混凝土应力-应变曲线特征点与声发射特征参数特征点之间的对应关系。分析表明: 振铃计数、持续时间、幅值、信号强度和平均频率可以较好地表征轴压与偏压状态下混凝土损伤的演化规律; 混凝土试件受压破坏过程中声发射特征参数特征点与应力-应变曲线特征点之间具有高度的相关性, 其中声发射特征参数特征点中的第一个分界点对应于应力-应变曲线弹性阶段的起点, 第二个分界点对应于应力-应变曲线的峰值应力点, 信号强度的最大突变点对应于应力-应变曲线的开裂点。
混凝土 损伤演化 声发射特征参数 轴压 偏压 应力-应变曲线 concrete damage evolution acoustic emission characteristic parameter uniaxial compression eccentric compression stress-strain curve
1 中国电子科技集团 重庆声光电有限公司, 重庆 400060
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
曲面电极刻蚀技术是半球谐振陀螺的关键技术之一。为满足半球谐振陀螺高精度和高性能的要求, 针对激励罩和读出基座的电极刻蚀工艺, 该文提出了一种新的调整方法——三维平衡调整法。通过X、Y、Z方向的位移传感器检测器件与参考平台的间距, 根据间隙差距的大小进行相应的调整。试验验证表明, 该方法能有效减小半球谐振陀螺电极刻蚀的误差, 满足器件的各项性能参数。该方法原理简单, 具有定位精度高, 工艺易实现的优点, 对半球谐振陀螺电极刻蚀工艺具有较好的工程应用价值。
半球谐振陀螺 电极刻蚀 平衡调整 误差 激光位移传感器 hemispherical resonator gyro(HRG) electrode-etching balancing error laser displacement sensor
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
2 哈尔滨工业大学 精密工程研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
半球谐振子是高精度半球谐振陀螺的核心部件, 特征为熔融石英材料薄壁Ψ型复杂结构件, 其加工方法和制造精度是制约陀螺性能和产量提升的技术瓶颈。为解决石英谐振子异形复杂球面加工难题, 从工程应用出发综合考虑了谐振子加工参数要求, 分析探讨了谐振子球面加工涉及的球面展成、轨迹磨削、磁流变抛光等工艺方法及技术可行性, 提出了采用小直径球形砂轮的全包络轨迹磨削加工方法。研究结果表明, 满足工程使用需求的谐振子加工后, 内外球面圆度小于3 μm, 同心度小于2 μm, 表面粗糙度小于0.2 μm, 品质因数Q＞1×107, 显著提高了半球谐振陀螺随机漂移精度。
熔融石英材料 半球谐振子 球面展成磨削 全包络轨迹磨削 品质因数Q值 fused silica material hemispherical resonator spherical surface forming grinding full envelope path grinding quality factor Q value
1 成都师范学院 物理与工程技术学院，四川 成都 611130
2 四川大学 计算机学院，四川 成都 610065
在介绍蔡氏周期表的基础上，给出已有电路元件(电阻、电容、电感、忆阻、忆容、忆感、分抗和分忆抗元等)在周期表中的位置。近年来，“分数阶忆阻”的概念开始逐渐出现在文献中，但其概念并不统一。本文将已有的分数阶忆阻及电路总结为4种，并确定对应的元件在蔡氏周期表中的位置。分数阶积分是表征有损记忆的有力工具，本文不仅给出电路元件禀赋关系统一表示式，还给出分数阶积分控制式记忆元件——电流分数阶积分控制式忆容(CFMC)、电压分数阶积分控制式忆容(VFMC)、电流分数阶积分控制式忆感(CFMI)、电压分数阶积分控制式忆感(VFMI)、电流分数阶积分控制式分忆抗(CFFM)、电压分数阶积分控制式分忆抗(VFFM)等的定义，并给出部分分数阶积分控制式记忆元件的运算结构图。
分数阶微积分 分抗元 分抗逼近电路 记忆元件 忆阻 分忆抗 fractional calculus fractor fractance approximation circuits memory element memristor fracmemristor 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(3): 541
1 东南大学能源与环境学院, 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室, 江苏 南京 210096
2 中冶华天工程技术有限公司, 安徽 马鞍山 243005
以焦炉上升管内壁结焦炭层为研究对象, 采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究各结焦炭层的微观形貌、 元素组成及键合状态, 分析结焦炭层织构形成及演化规律。 SEM研究表明, 焦炉上升管内壁各结焦炭层形貌呈现较大的差异性, 1#结焦炭层呈现0.1～1.0 μm颗粒化炭颗粒松散堆叠的多孔结构, 2#和3#结焦炭层呈现粒径为 1.0～3.0 μm 的炭颗粒堆积形貌且致密性有所提高, 4#结焦炭层呈现大量花纹状致密结构。 以上现象可说明结焦炭层的形成过程为: 首先由荒煤气中多环芳烃形成0.1～1.0 μm的颗粒状初级炭层, 颗粒状初级炭层在荒煤气粉尘中金属元素(如Fe)的催化作用下相互反应, 形成更为致密的1.0～3.0 μm的中级炭层结构, 中级炭层在高温条件下进一步形成致密的终级炭层结构。 XPS分析表明, 1#—4#结焦炭层含C量分别为91.78%, 91.95%, 92.74%和94.01%, 含O量分别为5.58%, 5.42%, 4.39%和2.86%, C/O比分别为16.45, 16.96, 21.12和32.87, 说明在炭层结构变化的同时, 炭层中含氧基团在高温及粉尘中金属元素(如Fe)作用下发生脱除反应, 使得炭层中宏观C/O比逐渐升高。 在此基础上, 通过对C元素键合状态分峰发现, 1#—4#结焦炭层中C—C/C—H结构含量分别为80.42%, 78.00%, 75.50%和81.29%, C—O/C—N结构含量分别为10.22%, 11.93%, 13.54%和9.35%, CO/CN结构含量分别为9.36%, 10.07%, 10.96%和9.36%。 O元素键合状态分峰发现, 1#—4#结焦炭层中O结构含量分别为20.40%, 22.21%, 19.93%, 18.36%, —O—结构含量分别为24.60%, 27.80%, 31.35%, 37.82%, O2/H2O结构含量分别为55.00%, 49.99%, 48.72%和43.82%。 以上现象说明结焦炭层上发生如下化学变化: 初级炭层中多孔结构会吸附荒煤气中的氧气(O2)和水分子(H2O)在高温条件下对炭层进行氧化。 脱除反应和氧化反应使得炭层中O元素在微观键合状态发生明显改变, 最终使得炭层中O2/H2O和O结构含量降低, —O—结构含量升高。 以上研究揭示了荒煤气上升管结焦炭层织构形成及演化机制, 为解决焦炉荒煤气上升管内壁结焦问题, 提高换热器效能, 降低焦化企业能耗提供了实验基础和理论依据。
光谱学分析 结焦机理 织构 扫描电子显微镜 X射线光电子能谱 分峰拟合 Spectroscopy analysis Coking mechanism Texture Scanning electron microscope X-ray photoelectron spectrometer Peak fitting 光谱学与光谱分析
2019, 39(11): 3333
1 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室, 东南大学能源与环境学院, 江苏 南京 210096
2 中冶华天工程技术有限公司, 安徽 马鞍山 243005
以焦炉上升管内壁结焦炭层块为研究对象, 采用X射线荧光光谱仪(XRF)、 X射线衍射仪(XRD)、 傅里叶红外光谱仪(FTIR)和激光共聚焦拉曼光谱仪(Raman)对结焦炭层的元素组成, 以及各结焦炭层的矿物组成、 组成结构和分子结构进行测试。 分析从结焦炭层块外表面向内表面过渡的各结焦炭层的差异性, 揭示焦炉上升管内壁结焦机理。 结果表明焦炉上升管内粉尘中Fe, S和Cr极易催化荒煤气中蒽、 萘等稠环芳烃化合物成炭, 在焦炉上升管内壁形成炭颗粒沉积, 为焦油凝结挂壁提供载体, 在荒煤气温度降至结焦温度时易结焦积碳。 结焦炭层均含有芳香层结构, 随着结焦炭层从外表面向内表面过渡, 各结焦炭层的面层间距(d002)逐渐降低、 层片直径(La)先降低后增加、 层片堆砌高度(Lc)和芳香层数(N)先稳定后增加。 结焦炭层石墨化过程是由结焦炭层内表面向外表面进行, 主要包括其片层外缘的羧基和部分C—O结构的降解剥离, 从而形成高度规整的共轭结构。 结焦炭层块中C元素是以结晶碳与无定型碳的混合物形式存在。 以上研究为解决焦炉上升管内壁结焦及腐蚀问题, 提高换热器换热效率, 有效回收焦炉荒煤气显热, 降低焦化企业能耗提供实验基础和理论依据。
结焦机理 X射线荧光光谱 X射线衍射光谱 傅里叶变换红外光谱 激光共聚焦拉曼光谱 光谱学分析 Coking mechanism X-ray fluorescence spectrometer X-ray diffractometer Fourier transform infrared spectroscopy Laser confocal Raman spectrometer coke layer Spectroscopy analysis 光谱学与光谱分析
2019, 39(10): 3148
华北电力大学 控制与计算机工程学院, 北京 102206
针对马赫曾德光纤干涉结构的信号解调, 理论分析了偏振衰落对3×3耦合器解调的影响, 发现椭圆拟合估计法解调的关键是准确获取信号李萨如图形的椭圆表达式, 从而提出了基于形态学滤波的偏振处理方法, 即利用腐蚀和膨胀滤除椭圆图形中的噪声点, 然后用边缘检测方法提取椭圆外轮廓, 再用最小二乘数值估计方法求解椭圆参数, 最后利用微分交叉相乘方法完成扰动信号的相位还原.仿真结果和现场实验数据证明该方法切实有效, 与传统偏振处理方法相比, 节省了硬件开支, 有效提高了信号解调的稳定性和精确度.
光纤研究 信号处理 3×3耦合器 偏振衰落 马赫-增德尔干涉仪 Optical fiber research Signal processing 3×3 coupler Polarization fading Mach-Zehnder interferometers
