光声/光热光谱技术已经广泛应用于痕量危险化学品和爆炸物的探测，并显示出高效的探测能力。然而，该技术通常需要在光声池中进行分析，并使用高灵敏度麦克风或压电传感器记录振动信号，因此不适用于在安全距离外的开放环境中探测泄漏的危险物质或爆炸物。为此，利用强度调制的量子级联激光器（QCL）激发微量固体（聚四氟乙烯）和气体（丙酮）的光声效应，借助自主研发的远距离激光多普勒测振仪（LDV）对QCL产生的光振动信号进行检测。通过扫描QCL的波长，测量振动信号的幅值并获取光声光谱，其结果与傅里叶变换红外光谱的结果高度一致。实验结果表明，自制的远距离LDV可以在距离达200 m的开放环境下有效地检测痕量固态和气态化学品的光声信号。

针对冷原子惯性测量设备对低频振动较为敏感的特性, 对环境振动特性进行分析, 针对低频环境振动特性的提取分析需求, 提出了一种新的调节频域变换后各个频点附近数据的分辨率频谱变换方法, 克服了传统分析方法低频段数据分辨率不足的问题, 同时, 该方法不仅能有效地处理频谱混叠问题, 还能有效减小不合理加权变换对模拟信号频谱分析造成的影响。采用该频谱变换方法对实际测量数据进行了分析, 确定该方法的有效性。Improved Digital Time Series

提出并实现了一套基于瞳面干涉和小波变换的零差激光测振系统，提高了多普勒信号的质量和信号处理精度。该系统将瞳面干涉技术引入到激光多普勒测振中，克服了像面干涉测振光路中复杂振动引起的探测光斑相对探测器偏移的现象，抑制了漂移引起的多普勒信号被调制的现象。在振动信息提取环节，采用小波脊提取算法提取信号瞬时频率，进而解算得到振动速度。将标准振动台作为振动源，磁电式速度传感器作为测量参考，通过测速与测振实验对系统性能进行验证。实验表明，所设计的系统对振动物体速度的测量与磁电式速度传感器具有一致性，对不同简谐振动参数的测量相对误差均在1.5%以内。

压电陶瓷已广泛应用于检测、通讯等各个领域。该文采用外差式激光干涉测量法, 开展了压电陶瓷振动特性研究。首先给出了激光外差干涉测振仪测试压电陶瓷振动特性的测量方法, 并通过实验测得了压电陶瓷片单点振动的频率响应曲线, 同时测量了径向直线上若干点的振动频响曲线, 进而进行了整个压电陶瓷圆环表面在其谐振频率点的振动测量。实验结果表明, 实测压电陶瓷片的谐振频率为30 710 Hz, 与其产品标定值30 000 Hz存在710 Hz偏差。其圆环表面振动的振型具有不对称性, 这对压电陶瓷的应用设计提供了指导意义。

镱原子光钟是当前稳定度最好的光钟, 其稳定度已经进入10-19的量级。依托于高精度的镱原子光钟, 可以开展广义相对论的检验以及测地学等领域的科学和应用研究。镱原子光钟研制过程中需要用到多种频率的光, 所以针对这些激光的频率控制是镱原子光钟研制的一项关键技术问题。本文针对钟激光以外其他四种激光的频率控制要求, 以一个四通道超稳光学腔设计作为其频率锁定方案。利用有限元分析方法, 得到了超稳光学腔处于最佳支撑位置处的振动敏感度和温度敏感度。分析结果表明: 在最佳支撑位置处, 光学腔超稳在竖直方向上的振动敏感度为4.010-9/ g, 热时间常数为53 h。对周期为24 h的典型实验环境温度293.15±1 ? K 的条件下, 计算获得的温度敏感度为1.310-4。该四通道超稳光学腔能够同时满足镱原子光钟系统中除钟激光外其他激光的频率稳定度要求。这种简化的四通道超稳腔稳频设计方案, 为今后镱原子光钟的小型化、集成化设计提供一种新技术尝试。

将设备定频正弦加随机振动谱线等效转化成有限元分析软件可接收的边界条件, 以有限元模态分析结果为基础, 完成设备的等效随机振动分析, 得到设备在振动环境下的位移和应力响应, 利用安全系数法对设备结构强度进行校核。利用该方法进行设备振动仿真分析, 分析结果表明, 该设备强度满足使用要求。最后通过试验, 验证了该振动谱线等效转化方法的正确性。

设计了一种精密电动反射镜架的机械结构,通过微驱动装置的设计调试以及并联驱动机构的解耦运算,使设计的电动反射镜架达到±7.5 mrad的运动行程、0.3 μrad的单步分辨率。对反射镜架进行了有限元模态分析,得到了其固有频率及所对应的模态振型;在此基础上,对电动反射镜架的动态特性进行了实验测试,根据模态分析与动态特性测试的结果,对反射镜架进行了随机振动分析,验证了反射镜架在地脉振动影响下的稳定性指标优于0.5 μrad。

针对封闭式旋转机械转速测量的需求, 提出了一种通过振动分析的转速测试方法。由于机械转子质量分布不均匀, 转子在转动过程中必然会产生简谐振动。并且振动的频率与转子转动的频率相等, 从而就将转子转速的测量转化到转子振动的频率测量上来。利用振动测试传感器将机械振动信号拾取出来, 并通过信号调理电路, 将振动信号转变成具有一定强度的电压信号, 用AD数据采集模块将这个电压信号采集并传送给计算机进行处理。应用Visual Basic6.0软件平台根据最小条件系统识别理论编写转速测试系统, 对采集来的振动数据进行处理, 从而计算出封闭式旋转机械的转速。附有转速测试系统的软件设计流程图, 进行了现场测试实验, 分析测试系统的可行性和误差。

近些年,分布式布里渊光纤传感因具有分布式应变和温度的测量能力, 以及在结构健康监测领域的重要应用而受到广泛的研究。在多种传感方案中, 布里渊光时域分析(BOTDA)技术具有信噪比好、空间分辨率高、传感距离远等优点, 受到广泛关注。传统的BOTDA系统平均和扫频过程比较费时, 只适宜进行静态或缓慢的应变测量。通过分析BOTDA系统的分布式传感原理, 总结了限制其快速分布式传感测量的主要因素。针对这些限制因素, 综述了近期快速BOTDA系统取得的一系列的进展, 主要包括基于偏振补偿技术的快速BOTDA系统、基于光学捷变频技术的快速BOTDA系统、基于斜坡法的快速BOTDA系统、基于光学啁啾链的快速BOTDA系统、基于光学频率梳技术的快速BOTDA系统, 指出通过单一或者多个新技术组合而成的快速BOTDA系统具有更好的性能和更广阔的应用前景。

随着MOEMS扫描镜的发展, 其较高的谐振频率及IC兼容的低成本等优点在激光3D图像传感器中应用前景广阔, 研究外参数激励MOEMS扫描镜动力学特性与控制问题具有重要的理论和应用价值。从欧拉方程出发, 建立静电驱动MOEMS扭转动力学模型, 利用四阶Runge-Kutta算法仿真表明: 在外参数指令信号激励下, MOEMS扫描镜扭转状态经历阻尼运动、周期、倍周期和混沌等动力学过程, 其中周期运动存在着一个较大的参数控制范围。根据 Lyapunov稳定性理论, 设计了一种连续混沌系统追踪控制器, 使受控的MOEMS扫描镜扭转状态收敛于任意期望的指令信号。实验表明, 李萨如图指令信号适用于激光3D图像传感器; 几何矢量指令信号适用于激光3D打印系统, 理论分析与实验相一致。