1 山东大学 激光与红外系统集成技术教育部重点实验室，山东 青岛 266237
2 山东大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
3 华东电子测量仪器研究所，山东 青岛 266555
为了满足光电探测设备对不同温度环境下多波段的目标模拟需求，设计了一种便携式红外目标模拟器，选用可切换的黑体光源来进行照明，实现3~5 μm和8~14 μm的中波红外和长波红外的辐射特性。作为准直系统的平行光管口径为110 mm，考虑到中心遮挡问题，采用离轴反射式光学结构。在装调时利用该结构对300 mm口径的参考平面镜进行测量，测试结果PV值为0.356λ（λ=632.8 nm），RMS值为0.047λ。采用MSC. Patran进行建模，利用有限元分析方法完成了系统的光机热分析，在−10~50 ℃工作环境下，由温度变化引起的主次镜面形变化为纳米级别，对中红外波段可实现实时稳定成像，为光电探测设备提供宽波段的多种直接模拟目标。
光学工程 目标模拟器 光学设计 平行光管 optical engineering target simulator optical design collimator 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220554
中国电子科技集团公司第四十一研究所, 山东 青岛 266555
目前, 国际最高光辐射功率基准为低温辐射计, 其可探测光谱范围覆盖真空紫外到太赫兹波段(115 nm~THz), 利用真空低温超导条件下的电替代测量原理, 将光辐射功率参数溯源到可以精确测量的电参数进行高精度测量, 实现超宽光谱范围的光辐射绝对功率测量, 其测量不确定度达到10-5量级, 尤其在****和光辐射计量领域, 光电有效载荷、 定量遥感、 超高光谱成像以及光辐射量值溯源等应用领域具有不可替代的作用。 低温辐射计黑体腔作为光辐射吸收的核心器件, 具有光谱吸收平坦、 0.999以上的超高吸收比, 其吸收率参数是影响低温辐射计高准确测量的主要因素之一。 目前, 针对低温辐射计黑体腔不同结构及涂层参数开展了很多的理论及仿真工作, 但针对不同结构参数黑体腔吸收率的实验测量及比对工作还未见报道。 因此, 为实现低温辐射计宽光谱、 高精度测量要求, 光电子一级站开展了适用于低温辐射计的黑体腔研制及吸收率测量的研究工作。 课题组研制了四种不同结构参数, 以高电导无氧铜(OFHC)为材质, 壁厚0.1 mm, 内壁电镀镍磷黑(NiP)涂层的超高吸收率黑体腔; 采用蒙特卡罗光线追迹算法分别对四种结构黑体腔吸收率进行了光学仿真, 得到不同结构参数之间的吸收率差异; 采用替代法测量吸收率, 搭建了以高稳定光源、 积分球系统组合的黑体腔吸收率测量装置, 通过将标准白板与黑体腔之间切换, 准确测量黑体腔吸收率, 并分析了黑体腔吸收率的影响因素。 实验结果表明: (1)通过比对仿真数据与实验测量结果, 验证测量方法的有效性和测量数据的可靠性; (2)研制的黑体腔实现了(0.999 962±0.000 005)@632.8 nm的超高光谱吸收率, 满足了低温辐射计的高精度测量要求; (3)斜底圆柱腔的吸收性能优于圆锥柱腔; (4)通过设计螺纹结构增加腔内表面积、 设计圆锥口径类比光阑结构形式并没有明显增加黑体体吸收率。
低温辐射计 黑体腔 吸收率 结构 Cryogenic radiometer Cavity Absorption coefficient Black paint
1 哈尔滨理工大学 自动化学院, 哈尔滨 150080
2 中国科学院 自动化研究所 分子影像重点实验室, 北京 100190
为了实现小动物光声断层信号的高速采集和实时高质量图像的重建, 采用了覆盖角度为270°的128阵元弧形聚焦超声换能器、4个32通道的NI公司数据采集模块和可调谐脉冲激光器以及正则化优化的基于模型的光声断层重建算法。结果表明, 系统的空间分辨率可以达到180μm;此系统可以在1ms内完成光声断层数据的采集, 在40s以内获得高质量的重建图像。该系统可以用于开展小动物在体的多光谱光声断层成像实验研究。
生物光学 光声断层成像 多元弧形聚焦换能器 高速多通道 多光谱 biotechnology photoacoustic tomography multi-element arc-shaped focusing transducer high-speed multi-channel multispectral
1 山东大学 控制科学与工程学院, 济南 山东 250061
2 山东大学 威海校区 机电与信息工程学院, 威海 山东 264209
3 泰山医学院 信息工程学院, 泰安 山东 271016
在实验的基础上证实了压电执行器动态蠕变现象的存在。考虑到压电执行器的高频响特点和PID在高实时性要求场合的应用, 构建了复合控制器来抑制动态蠕变。该复合控制器由具有Prandtl Ishlinskii类型的迟滞直接逆作为前馈控制器, 由根据在线测试结果和实时性要求选择的增量式PI作为反馈控制器, 其中增量式PI的参数由模糊逻辑控制器在线调节。 通过实验验证了复合控制器抑制动态蠕变的有效性。结果表明, 当同幅值的0.1 Hz正弦信号在一个周期内被离散化为20台阶, 40台阶, 80台阶时, 相等电压台阶对应的蠕变过程和范围都是不同的。本文构建的复合控制器能够对不同台阶的动态和静态蠕变进行有效抑制, 补偿后蠕变的均方根误差(RMSE)分别降低为补偿前的28.6%, 31.0%和35.4%。
压电执行器 动态蠕变 迟滞补偿 模糊PI控制器 piezoelectric actuator dynamic creep hysteresis compensation fuzzy PI controller
1 山东大学 控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
2 泰山医学院 信息工程学院, 山东 泰安 271016
3 山东大学威海校区 机电与信息工程学院,山东 威海 264209
研究了具有不同离散化台阶的正弦电压对压电陶瓷驱动器蠕变大小以及蠕变起始时间的影响, 采用新的数学模型分析了低频下压电陶瓷驱动器的蠕变特性。首先, 对0.025 Hz/0V～60 V正弦电压输入信号进行了5种倍数关系的离散化, 分析了蠕变与输入电压的关系以及蠕变与输入台阶电压压差的关系。然后, 按照提出的数学模型, 在符合文中所述两种准则前提下, 对蠕变起始时间进行了预测。实验结果表明, 上升段蠕变变化范围最大出现在台阶电压等于47.7 V时, 而下降段蠕变变化范围最大出现在台阶电压等于12.3 V; 相比于20个台阶, 320个台阶对应的上升段最大蠕变增长量下降了899.5%, 而在下降段最大蠕变的这一比值增大到了936.9%。使用所提公式对蠕变起始时间进行预测, 得到当台阶电压为12.3 V时, 20、40、80、160、320个台阶的蠕变起始时间分别在0.959、0.911、0.813、0.664和0.016 ms以后。蠕变与输入电压以及蠕变与输入台阶电压差值都是迟滞关系, 并且台阶蠕变随着台阶数量的增加而减小。不同离散化的电压信号改变了蠕变的起始时间,台阶电压数量越多,蠕变起始时间越早。
压电驱动器 蠕变 台阶电压 起始时间 piezoactuator creep stair voltage initial time
