超快四分幅CMOS电路设计与仿真

用于惯性约束聚变诊断的传统微通道板(microchannel plate,MCP)选通分幅相机存在体积大、非单视线成像等问题,可用时间分辨率为百皮秒的CMOS芯片代替MCP变像管,将分幅相机芯片化并实现单视线成像。提出了具有8×8×4像素阵列的单视线四分幅超快成像CMOS电路,并对其性能进行了模拟仿真。基于0.18μm标准CMOS工艺、5晶体管(5T)像素单元结构,设计了四分幅像素单元电路、电压控制延迟器、时钟树以及行列选通电路等。对CMOS电路像素信号进行选通输出并分析,仿真结果表明该CMOS电路可实现单次四分幅成像,每幅图像的时间分辨率为100 ps,相邻两幅图像之间的时间间隔为300 ps,四幅图像像素信号均匀性优于90%。

磁聚焦分幅变像管空间分辨特性

针对磁聚焦分幅变像管短磁透镜个数与微通道板(MCP)面曲率、成像范围、旋转角度之间的关系,采用蒙特卡罗方法、有限差分法和有限元法,分别对单磁透镜、双磁透镜和三磁透镜3种磁聚焦分幅变像管的空间分辨特性进行理论和实验研究。仿真结果表明,磁聚焦分幅变像管的短磁透镜个数越多,成像面曲率越小,像面越接近平面;随着短磁透镜个数的增加,成像范围也逐渐增大;同时,在MCP面落点位置处电子的旋转角度随着短磁透镜个数的增加而减小。采用3个磁透镜时,在阴极面直径36 mm内,磁聚焦分幅变像管空间分辨力为10 lp/mm。

同步触发和级联滤波的分幅相机皮秒高压脉冲研究

脉冲展宽分幅相机是脉冲展宽技术与微通道板(microchannel plate,MCP)分幅相机的结合体,其时间分辨率与皮秒高压脉冲呈非线性波动关系.采用同步触发模式和级联结构LC高通滤波器产生皮秒高压脉冲,将其与影响时间分辨率的阴极电压和漂移距离结合,应用于脉冲展宽分幅相机的时间分辨率研究中.结果表明,同步触发式多级Marx电路能产生半高宽优于1 ns的高压脉冲,随着级联LC高通滤波器从1阶增至7阶,产生皮秒高压脉冲的半高宽从558 ps降至409 ps,幅值从-3.6 kV降至-1.4 kV,上升沿斜率的非线性波动为5.03~10.25 V/ps;将其加载于MCP通道内的光电子倍增模型,获得的MCP分幅相机时间分辨率由206 ps提高至149 ps;而将其应用于脉冲展宽分幅相机,随着阴极电压和漂移距离增加,时间分辨率的非线性波动为3.8~39.4 ps.通过数据统计和对比发现,当同步触发Marx电路与3阶LC高通滤波电路相结合时,脉冲展宽分幅相机的时间分辨率能达到最优.

整幅与分幅高架设计方案研究

高架是城市快速路建设中的常用形式,根据用地、周边建筑及上位规划等控制因素,高架分为整幅与分幅形式,以济宁市西外环快速建设为背景,高架采取整幅、分幅高架形式。从交通组织、老路利用、景观效果等方面进行方案设计和对比分析,确定较为合理的快速路断面形式,为其他快速路建设提供一定参考。

内外分幅的整体复合式高速公路交通指路标志布设方法

整体复合式高速公路具有特殊的道路结构和交通组织模式,所需传递的信息量较大。为提升指路标志引导效率,避免信息过载,改善整体复合式高速公路交通运行的安全性,针对该场景指路标志的布设展开研究。以广深高速公路为例,通过分析内外分幅交通组织模式下整体复合式高速公路特征,明确了指路标志的布设原则并据此提出了基于内外幅功能和基于车道功能的信息指引方法以及适用于复合式高速公路的指路信息分级方式。借助驾驶模拟技术,进行了指路标志的信息阈值和版面设计试验。先后测得不同信息数量指路标志驾驶人目标搜寻时间和被试人员驶出互通出口过程中横向偏移量、速度、加速度以及标志注视时间。信息阈值试验中,使用稳健估计理论处理目标信息搜寻时间,对比可供信息搜寻时间表,认为整体复合式高速公路指路标志信息阈值为8条。版面设计试验中,依据提出的2种信息指引方法和信息分级方式绘制的互通出口指路标志均能正确引导车辆到达目的地,但基于内外幅功能的指引方法信息传递效率更高,使得内外幅换道提前约250 m,驾驶速度提高5.88%,加速度标准差减小45.77%,并且缩短了驾驶人注视标志的时间。研究表明:在内外分幅的整体复合式高速公路中,使用基于内外幅功能的信息指引方法能提高指路标志视认性,有效引导交通运行,推荐整体复合式高速公路采用基于内外幅功能的信息指引方法布设指路标志。

静电聚焦提升脉冲展宽分幅相机空间均匀性

为提升脉冲展宽分幅相机的空间分辨均匀性,利用静电聚焦等位面均匀和像面漂移小的特性,采用静电透镜设计成像系统,构建脉冲展宽分幅相机电场分布和成像特性的关系,利用空间调制传递函数评估空间分辨率,并通过将空间分辨率的数值波动转换为梯度变化百分比的形式,对区域内的空间分辨率不均匀度进行定量描述.研究结果表明,等径双静电透镜成像系统能够增大探测区域,并降低空间分辨率不均匀度,满足脉冲展宽分幅相机向大面积探测的发展需求.在漂移区长度为400 mm,透镜孔径、轴向宽度和间距分别为200 mm、60 mm和210 mm的情况下,为避免电极电压过高引起的等位面均匀性变差和电子能量弥散增加,当第1和第2透镜电极分别加载-4.5 kV和10.0 kV电压时,脉冲展宽分幅相机的有效探测区域半径可达21 mm,离轴空间分辨率的波动范围为321.4~340.3μm,探测区域内的空间分辨率不均匀度为(1.11×10^(-4))%,均优于3磁透镜成像系统40.08~482.29μm的波动范围和0.027%的不均匀度.研究结论可为静电聚焦成像系统在脉冲展宽分幅相机中的应用提供理论基础,有助于量化并提升空间分辨率的均匀性.

受限条件下超大跨明挖隧道横向分幅实施方案设计研究

城市核心区明挖隧道的建设受地下管线迁改等因素的制约日趋严重,合理的分幅、分区设计对工程的可行性及进度等具有重要意义。以上海某明挖隧道工程为例,采用沿长条形基坑横向分幅施工的方法,避让了现状110kV电力排管。通过在超大跨度段反弯点附近设置纵向施工缝,实现隧道主体结构两阶段浇筑,并采用临时隔墙、临时肋板、临时牛腿及传力带等一系列措施,实现两阶段施工结构体系的转换,确保了深基坑的安全。通过结构受力分析,验证了纵向施工缝位置选取的合理性,可为今后类似工程的实施提供参考。

铁路干线交叉渡线分幅插铺技术分析

随着我国社会经济的不断发展,铁路运输量也不断增多。为了适应当前发展的需要,各类铁路干线升级改造工程也不断增多。特别是在各铁路干线交叉处,如何确定列车的安全、高效通过成为了急需解决的问题。交叉渡线分幅插铺技术作为一种铁路干线交叉的有效解决方案,备受人民的关注。因此本文针对铁路干线交叉渡线分幅插铺技术进行深入的分析与研究,首先阐述交叉渡线的定义、特点及作用,其次明确交叉渡线的分幅插铺技术现状与发展趋势,最后深入分析铁路干线交叉渡线的分幅插铺关键技术,为铁路干线交叉渡线分幅插铺技术的合理运用与发展提供参考。

基于Python的遥感影像批量分幅应用研究

为了节省遥感影像分幅工作的人力、物力,减少机械性、重复性工作,提高工作效率,本文采用Python语言对ArcGIS软件进行二次开发,利用矢量数据的已有属性字段,将大比例尺地形图分幅的方格网矢量数据自动生成标准分幅图框,并利用标准分幅图框名称列表批量生成分幅图。该方法能高效解决遥感影像批量分幅过程中存在的数据量庞大、操作工序复杂等问题,最终实现遥感影像自动、批量分幅。

电子束时间展宽皮秒分幅相机

研制了基于电子束时间展宽技术和微通道板(microchannel plate,MCP)选通技术的时间展宽分幅相机。相机有三条厚度80 nm、宽度8 mm的微带阴极,阴极上加载斜率为2.1 V/ps的高压斜坡脉冲,使得先发射的电子较后面的电子速度快,经过50 cm的漂移区后,电子束产生时间展宽,从而提高相机时间分辨率。阴极和MCP均加载了脉冲电压,因此,需要精确同步光脉冲、阴极脉冲和MCP选通脉冲,分析了完整的同步过程。当阴极仅加直流电压,无电子束时间展宽时,获得相机的时间分辨率为78 ps。当阴极加载高压斜坡脉冲时,电子束时间展宽技术将系统的时间分辨率提高至12 ps。改变延时,将光脉冲分别同步在斜坡脉冲不同位置,获得了时间分辨率与同步位置的关系。

神龙一号参数测量用高速两分幅相机

采用长焦距镜头的后工作空间全口径分光原理,利用门控型像增强器、CCD相机、基于大规模可编程集成电路的高速快门控制触发系统等部件,研制了具有较高时间分辨能力和高灵敏度的两分幅高速相机,并在此基础上建立了束参数的高速测量系统。两分幅相机的最高快门速度约3ns,幅间间隔时间则具有以0.5ns的步进进行调节的能力;快门时间及幅间间隔时间可以分别独立调节,最大可到1s;同时具有较好的线性度和空间响应的均匀性,等效背景噪声低到约5electrons.pixel-1.s-1,并且分幅相机灵敏度调节范围大。该系统一次可以拍摄两幅图像,图像阵列可达到1 024×1 024,满足神龙一号的各种测量要求。

用于电子束参数测量的高速分幅相机

具有时间分辨能力的高能强流电子束束流参数测量需要高速的分幅相机,其幅间间隔时间要求达到10ns的水平,每幅曝光时间不大于5ns。针对这种难度较大的应用要求,结合快速电子技术、图像增强技术、光学分光技术等多门学科的成果,成功研制了一台可用于高能强流电子束束流参数的时间分辨测量的高速分幅相机,图像幅间间隔时间最快到达10ns,最小的曝光时间为3ns,一次可以拍摄8幅图像,图像分辨率为1376×1035,标准幅面可以达到Φ80mm,完全满足了目前的测量要求。

X射线分幅相机真空弧放电损害研究

基于神光Ⅱ物理实验,研究了X射线分幅相机中真空弧放电对荧光屏和微通道板的损害。通过观测放电点在荧光屏上的位置和输出强度,发现X射线分幅相机存在的3种弧放电形式:散弧、强弧和定弧,由弧点位置和强度的时空变化比较了3种放电形式对器件的损害程度和对相机工作状态的影响。散弧在一定真空度条件下具有很好的稳定性,并且微放电不影响XFC正常性能;强弧的屏输出强饱和,MCP和荧光屏被一次性损害,相机无法正常工作;定弧对相机的正常工作没有影响,放电在两种屏压加载下都表现出稳定的趋向。由场致电子发射理论解释了放电机理,分析了弧放电损坏的稳定性,由实验结果推导了定弧的场增强因子。

微通道板选通X射线皮秒分幅相机曝光时间的均匀设计

将均匀设计法应用于微通道板选通X射线皮秒分幅相机(MCP-XPFC)曝光时间的研究工作中,目的是找到一个简单高效的试验预估方法来指导分幅相机的研制和试验工作.基于分幅相机皮秒动态选通理论模型,建立了采用0.5mm厚、长径比40的MCP的皮秒分幅相机选通脉冲参量与曝光时间之间的快速预估模型.利用这一模型得出了相机的曝光时间随选通脉冲脉宽和幅值分别呈抛物线变化,且脉宽和幅值对曝光时间具有交互影响作用.在试验参量范围内,此预估模型能够精确地代替相机理论模型和高效地指导实验.通过实验验证了预估模型,并分析了影响结果的因素.

四通道X射线MCP行波选通分幅相机

简述了MCP行波选通分幅相机的工作原理及技术指标，报道了最新研制的四通道行波选通分幅相机的研制结果及使用情况，相机可接连拍摄12幅图象，每幅象的曝光时间为60至100ps、空间分辨率15lp／mm时调制度10％，观测时间在几百皮秒至几纳秒内可调．在星光装置上的使用表明相机的实用性强、抗干扰能力高，并在国内首次较全面地测量了各种靶型的时间分辨分幅结果．

微通道板行波选通X射线皮秒分幅相机动态空间分辨率的优化

通过微通道板皮秒脉冲选通动态模型结合近贴聚焦系统的空间调制传递函数理论模型,研究了微通道板X射线分幅相机系统的动态空间分辨能力与屏压,近贴距离,皮秒选通脉冲的幅值与宽度等参数的关系.计算了常用参数下的微通道板行波选通X射线皮秒分幅相机的系统动态空间分辨率,讨论了提高相机动态空间分辨率的措施,提出了优化相机结构参数的方法.

超高速高性能门控型三分幅相机

针对～10^8帧/秒或更高速度上的超高速分幅摄影，采用一种成像质量较好的基于会聚光中分光的全口径分光原理，利用具有高速快门控制功能的像增强器、冷却型科学CCD相机、基于大规模可编程集成电路的高速控制器等部件，研制成功了一种高性能的超高速三分幅相机．该分幅相机具有三幅图像的超快拍摄能力，快门速度最高可达3ns，摄影速度则达到3．3×10。帧／秒，并且在较大范围内具有单独调节的能力；图像幅间间隔同时具有任意调节的能力，从0ns到秒级；有效像面面积达到025mm，图像阵列为1024×1024；空间分辨率达到30lp／mm，同时具有较好的线性度和空间响应的均匀性，满足了超高速、大幅面的分幅摄影要求．

炸药柱面内爆磁通量压缩超高速同时分幅/扫描摄影技术

叙述了超高速同时分幅/扫描摄影技术在柱面内爆磁能量压缩实验中的研究应用,用自研的国内首台同时分幅/扫描超高速光电摄影系统,拍摄到柱面内爆强磁场压缩过程同一时基、同一空基且具有超高时空分辨的一维和二维清晰图像。成功观察到柱面套筒内爆整个压缩过程,获得了该过程直径随时间变化曲线及压缩速度。实验结果表明,柱面套筒内爆强磁场压缩过程中存在界面不稳定性和不对称性现象,整个过程压缩时间8-10μs,压缩速度3.8-4.5km/s。

Z-pinch X射线时间分辨多幅图像诊断系统

介绍了为"强光一号"设计的ns级时间分辨软X射线多幅图像诊断系统,分析了系统的主要性能指标,给出并分析了利用该系统诊断"强光一号"高功率脉冲Z pinch等离子体辐射源的最新的实验结果。

多通道门选通纳秒分幅相机

采用光学分幅技术和多通道门选通法研制了纳秒分幅相机。首次应用八棱锥将图像分为8幅,每幅图像有相等的光学能量并包含与原图像相同的光学信息,每个通道使用独立的带门选通的像增强器和CCD相机,自行开发的近贴门选通像增强器用于增强弱光图像。相机系统可一次获得8幅图像,分幅速率达到1×108frame/s,最短曝光时间和时间间隔为3ns和10ns并分别可调,可记录持续时间为百纳秒到几十微秒的发光现象,动态空间分辨率达到15lp/mm。该相机已成功应用于电脉冲、等离子发光等现象的试验并获得了有意义的数据,可满足高速摄影机等设备具有高分幅速率,短曝光时间和适当间隔以及在曝光时间内固定时刻记录超快现象过程的要求。