中国先进研究堆中子织构谱仪二维位置灵敏探测器数据分析与处理方法

中子织构谱仪在航空航天、交通、核工业等领域关键材料的织构研究中具有独特的优势。为了提升探测效率,中国先进研究堆中子织构谱仪在2020—2021年进行了升级改造,将探测系统从单个3He计数管升级为大尺寸二维位置灵敏探测器。本研究针对中国先进研究堆中子织构谱仪升级后的实验测量数据,提出了从二维位置灵敏探测器获得的衍射中子计数到织构极图转换的数据处理与分析方法,并基于该方法使用Python语言开发了中子织构数据处理和分析软件系统,对实际测量数据的应用验证了该软件系统的可靠性。该系统实现了二维位置灵敏探测器数据到极图数据的转换和极图绘制,满足了中子织构谱仪升级后的功能需求。

基于微通道板的二维位置灵敏探测器的研制

介绍了基于微通道板的二维位置灵敏探测器的基本原理及其关键部分电阻阳极面板和数据读出系统的设计。通过测试，获得令人满意的线性和位置分辨。

中子三轴谱仪二维位置灵敏探测器标定

二维位置灵敏探测器(PSD)参数是中子散射谱仪实验数据分析的必要参数,主要用于角度和谱形修正。为此提出了PSD标定方法,并对冷中子非弹性散射/三轴谱仪所使用的PSD探测器进行了标定,获得了工作偏压、像素大小、空间分辨、探测效率及效率均匀性等数据。实验结果表明,探测器的工作偏压为4.2-4.4 kV、像素大小为0.32 mm(H&V)、探测器的空间分辨为2.15 mm(H)×2.04 mm(V)、探测效率为90.47%、效率均匀性优于10%,达到了谱仪设计要求。所建立的探测器测试方法对探测器研制和实验数据分析具有参考价值。

二维位置灵敏探测器输出图像畸变的修正

高分辨(e,2e)谱仪采用二维位置灵敏探测器同时对能量和角度进行多道测量.二维位置灵敏探测器由级联使用的微通道板和电阻阳极板组成,由于电阻阳极板的边缘效应和制造工艺的缺陷,测量得到的位置图像与实际图像总会有一定的形变,存在一定的非线性.本文针对高分辨(e,2e)谱仪二维位置灵敏探测器输出图像的“桶形”畸变及位置非线性,采用一种简易的冷刻法(用脉冲信号来模拟真实电子束团),检验了二维位置灵敏探测器的Gear型电阻阳极板的线性好坏,并用分割成小三角形的方法找出测量得到的畸变图像与原始真实图像的映射关系,再用此关系对其它测量得到的畸变图像进行修正,并对修正的结果进行了评估.通过修正,由“桶形”畸变所造成的图像扭曲得到明显改善.修正后的x方向非线性由修正前的2.1%变为0.59%.这种检验和修正方法对其它领域类似探测器输出图像的修正也有一定的指导意义.

基于国产厚型气体电子倍增器的低能电子二维位置探测器

为探测0．1～50MeV低能电子脉冲束流的位置分布，研制基于国产厚型气体电子倍增器（Thick Gaseous Electron Multiplier，THGEM）的二维位置探测器，位置分辨要求好于200gm，灵敏面积为50mm×50mm。THGEM的孔径为150gm、孔间距400pm、厚度100gm。用Geant4模拟了薄膜窗厚度、空气层厚度等对电子透过率和横向扩散的影响。根据模拟结果，优化了探测器的结构和设计。并用能量为5．9keV的X射线源55Fe测试不同工作气体的增益，单层最大增益好于1×10^4，双层最大增益好于6×10^4，能量分辨率好于23％。

动态目标的二维位置检测及轨迹绘制系统设计

本文针对动态目标的二维位置检测及轨迹绘制，提出了一个基于AT89S52单片机的动态目标二维位置检测及轨迹绘制的设计方案。系统使用了200对对射式红外激光发射、接收二极管，每对红外发射接收管相隔1cm，在100cm×100cm的正方形区域四周放置两组相互垂直的红外线发射与接收装置，分别对检测区进行扫描检测。动态目标在检测区运动时，停留在不同的位置，相应的红外光被阻挡，相应的红外接收二极管接收不到红外线，输出高电平。单片机以总线方式检测红外接收电路输入信号，通过USB接口将数据实时传输到PC机端并显示动态目标的运动轨迹。系统稳定性高，成本低，具有一定的应用价值。

结合时空掩码和空间二维位置编码的手势识别

目的 在动态手势序列特征提取时,忽略了不同动态手势手指间的相关性,是造成手势识别率不高的重要原因。针对此问题,提出了时空位置编码和掩码的方法进行手势识别,是首次对手部关节点进行空间二维位置编码。方法 首先,根据手部关节序列构造时空图,利用关节点平面坐标生成空间二维编码,并与时间轴的一维编码器融合,生成关节点的时空位置编码,可以有效处理空间上的异常姿态同时避免时间上的乱序问题;然后,将时空图按照人体手部生物结构进行分块,通过空间自注意力和空间掩码,获取手指与手指之间的潜在信息。采用时间维度扩张的策略,通过时间自注意力和时间掩码,捕获长时间手指序列动态演变信息。结果 在DHG-14/28(dynamic hand gesture 14/28)数据集上,该算法比HPEV(hand posture evolution volume)算法平均识别率高出4.47%,比MS-ISTGCN (multi-stream improved spatio-temporal graph convolutional network)算法平均识别率高出2.71%;在SHREC'17 track数据集上,该算法比HPEV算法平均识别率高出0.47%,利用消融实验证明了本文策略的合理性。结论 通过大量实验评估,验证了基于分块和时空位置编码构造出来的模型很好地解决了上述问题,提高了手势识别率。

基于二维混合式位置编码的高精度测角

针对具有精密旋转轴系类的高端制造装备或精密测量仪器,其旋转角度采用传统圆光栅难以消除偏心误差对测量角度精度的影响,提出了一种基于二维混合式位置编码的旋转角度高精度测量方法。该测角系统由一个二维混合式位置编码盘、两个CCD相机和远心镜头组成,二维混合式位置编码盘被固定在精密旋转轴系上以获得其旋转角度。然后,建立了测角模型并从数学上证明了测角精度与安装偏心无关。利用多齿分度台对已提出测角系统精度进行检测,测量角度误差在±1″。最后,利用已提出测量方法对直驱转台的角度定位精度进行测量,角度定位误差在±5″内。与传统圆光栅测角相比,该方法不需要考虑安装偏心误差对测角精度的影响,具有稳定性好、使用简单等特点,可用于角度定位误差的检测。

枕型二维位置敏感探测器的研制

证明了枕型二维位置敏感探测器设计的基本原理———Gear定理,并推导了适用于枕型二维位置敏感探测器的位置计算公式,此外还提出了枕型二维位置敏感探测器的制作工艺和测试结果。采用集成电路工艺所研制的枕型二维位置敏感探测器(光敏面为8 mm×8 mm)表现出良好的光电特性,当反偏为5 V时其暗电流约为15 nA,峰值时的光谱灵敏度超过了0.6 A/W。在所测量的 75%光敏区域内,均方根位置误差约为 0.135 mm,而以均方根位置误差表示的非线性度在1.1%左右,比四边形二维位置敏感探测器的位置线性度提高了近一个数量级。

二维位置灵敏硅探测器的应用研究

对二维位置灵敏硅探测器进行了239Puα源刻度测试,并在弹性散射实验中使用了二维位置灵敏硅探测器.考察了两种定位方法在实验中与测试中的一致性.测量了二维位置灵敏硅探测器的能量分辨率、位置分辨率和位置畸变.对位置畸变进行了定性理论解释.

二维电火花加工放电位置的电位差法在线检测

研究了电火花加工放电位置的电位差法在线检测，推导了长方体电极下表面上任意点放电的电位差表达式，绘制了电位差与放电位置的关系曲线。在ｙ＝０时的一维情况下与现有试验结果进行了对比研究。

基于微通道板的二维成像探测器

本文介绍了基于微通道板的二维成像探测器的基本原理、结构 ,制作了有效面积直径达 70毫米的微通道板延迟线探测器 ,并利用辐射源对研制的探测器位置分辨等性能进行了测试 ,得到的最好位置分辨为0 .1毫米 ;讨论了进一步优化探测器性能的方法。

二维微变形测试器

利用光电位置传感器和二维双光杠杆放大 ,能够测量出二维微小距离的变化。

基于模糊神经网络的二维PSD非线性修正算法

为了减小二维位置敏感探测器(2D-PSD)的非线性误差,研究了一种基于模糊神经网络的2D-PSD非线性修正算法。基于调制光源法采集到2D-PSD光敏面上可靠的光点位置信号后,采用T-S型模糊神经网络近似表示光点位置信号与光点位置坐标之间的映射,将该映射嵌入到ARM处理器中实现2D-PSD的在线修正计算。采用该模糊神经网络非线性修正算法后,2D-PSD的非线性误差从±0.4mm减小到±0.15mm,实验结果表明基于模糊神经网络非线性修正算法对有效性。

针对空间突发闪光目标的二维测角方法

本文基于对光目标单狭缝测角原理的分析,提出了一种针对空间突发闪光目标二维角度的测量方法。介绍了此方法的测角原理,测角装置的系统设计、数据分析处理和算法实现。通过与经纬仪对太阳光测量的对比实验,得出测量精度,验证了方案的可行性。

充气谱仪上位置灵敏探测器的刻度及应用

介绍了充气反冲谱仪上的位置灵敏探测器的工作原理及测试过程,并对已有的能量及位置刻度方法进行了改进,得到各硅条对8.785 MeVα粒子的能量分辨为40～80 keV(FWHM),位置分辨小于1 mm(FWHM)。利用该探测器观察到了24Mg+232Th实验中产生的长寿命反应产物227Th的α衰变链。

两点输入EDM放电位置的仿真研究

推导了圆电极下表面二维EDM放电位置与电位差的关系式，仿真研究了两点输入情况下利用电位差检测放电位置的方法。

低能电子穿越绝缘体微孔膜动力学过程研究

采用二维位置灵敏的微通道板探测器对能量为1500 eV的低能电子束穿过孔径为400 nm、未经照射过的的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)微孔膜后的全角分布以及时间演化进行了测量,同时采用自制的积分式能谱测量装置测量了穿透电子的能量分布。实验结果表明:在充电阶段,当入射电子束束流较弱时,透射电子强度随充电时间逐渐上升;充电过程中,透射电子的角分布宽度由小变大,但是角分布中心基本不随膜的倾角移动。对出射电子达到平衡态时的电子能谱的测量表明,穿透电子的能量保持着入射时的能量。对于理解电子在绝缘体微孔中的传输给出了新的实验证据,给出了可能形成“导向效应”的微孔内部电场的条件。

基于全光纤相干层析系统快速扫描探头的研制

提出并实现了应用于光学相干层析系统(OCT)的快速扫描探头结构。该探头利用带有自聚焦透镜的光纤悬臂的共振特性,通过对压电双晶片施加共振频率下的方波电压,实现光纤悬臂的一维线性扫描。利用二维位置敏感探测器,同步记录扫描轨迹。通过软件对光纤延迟线的非线性进行校正。并将扫描探头应用于OCT系统中的玻片实验,获得清晰玻片的二维图像。该探头具有结构简单、易于控制、成本较低、精度较高、速度较快等优点。

基于PSD的轴系对中测试系统非线性校正方法研究

针对轴系对中测试系统的核心器件—位置敏感探测器(PSD)存在较大非线性误差、PSD输出坐标不能正确反映入射光点实际位置的问题,为提高对中的测试精度,设计了基于PI微位移平台的在线校定装置,提出了基于BP神经网络的非线性校正算法,进行了数据采集和非线性校正实验,并对采集数据和校正后数据分别进行了Matlab仿真分析。研究结果表明,基于BP神经网络的算法实用高效,采用该算法校正后的PSD线性度误差均低于3.9μm,极大地减少了非线性的影响,使得B区的线性度和数据置信度得到了大幅改善,在不增加成本和设备复杂度的前提下,有效提高了整个对中系统的精度。