低温共烧陶瓷激光测厚系统设计与误差分析

基于提升低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic,LTCC)厚度的检测精度、测量效率和可溯源性的需求,设计一套LTCC激光测厚系统。针对测量精度难以满足需求的问题,对存在误差进行分析,采用厚度测量用调整夹具消除同轴度误差和线性度误差,优化设计结构降低倾角误差,循环传感器标定消除重复度误差,通过数据优化和滤波处理降低机械振动误差,提高了系统测量精度。与实际产品厚度数据对比,最终精度误差≤5μm,符合产品的应用要求,具有广阔的应用市场。

基于风机式激光测风雷达的风机功率特性曲线测试方法

通过风机式激光测风雷达(NML)测试风机功率特性曲线(PPM),对比分析风机式NML和测风塔的结果差异,评估两种方法在发电量计算中的不确定性。结果表明,风机式NML与测风塔的风速测量一致,相关系数可达0.994,拟合的斜率和截距分别为0.979和0.084;风机式NML的测试数据在功率特性曲线的散点分布图中更集中;发电量评估结果表明,NML比测风塔高估发电量1.73%。不同风向扇区的研究结果表明,测风塔在不同风向下处于风机的不同方位,NML随风机机舱的偏航始终测量风机正前方风速,与风向保持一致,因此散点更为集中。风机式NML对PPM测试的不确定度更低,对风机叶轮上平均风速更具有代表性,具有一定的研究意义与实际应用价值。

面向激光测振应用的改进相位生成载波解调算法

为了解决相位生成载波解调方案应用于激光测振技术时,系统中存在的非线性失真问题,提出一种改进相位生成载波解调算法。该算法采用低频、大幅值的相位调制和迭代重加权椭圆特殊拟合对两路含有非线性误差的正交信号进行校正以抑制非线性失真。其中,低频相位调制由三角波信号驱动压电换能器生成,确保小信号情况下椭圆拟合结果的准确性。迭代重加权椭圆特殊拟合可以减小离群数据的影响并避免拟合结果退化为双曲线,具有精度高、鲁棒性好和计算效率高的优点。实验结果表明改进相位生成载波解调算法可以有效抑制激光测振实验系统的非线性失真,在不同相位调制深度(0.8~3.4 rad)下解调信号的信纳比和总谐波失真稳定,对应的标准差分别为0.55 dB和0.03%。系统的响应线性度优于99.99%,动态范围可达103.9 dB@500 Hz,总谐波失真为1%且工作频宽为20~8000 Hz。与传统相位生成载波解调方案相比,该算法不仅显著抑制了非线性失真,还克服了椭圆拟合算法在小信号下无法工作的缺点。

脉冲相干激光测风FFT和fCWT融合算法的研究

在脉冲相干激光雷达测风中,广泛使用的FFT算法运算简便快速,但测风的距离分辨率难以进一步提高,而连续小波变换(CWT)等时频分析方法具有时频精细分析能力,但计算实时性差,提出了一种结合FFT和快速连续小波变换(fCWT)优势的融合算法,算法继承了CWT精细分析能力,而运算速度显著加快。通过对融合算法以及CWT、FFT算法就雷达测风仿真数据及实测数据进行对比,融合算法及CWT和FFT算法绘制的风速曲线趋势一致,但具有更丰富细节,融合算法计算时间相比CWT算法减少了45%以上。此融合算法为提高脉冲相干激光测风雷达测风性能提供了一种新思路。

基于激光测振的聚合物空间电荷积累量评估方法研究

电声脉冲法受接触式压电传感器的工作温度限制,难以实现极端环境温度下聚合物介质内的空间电荷检测,因此有必要探究新的检测方法和技术。该文基于电声脉冲法的电-声转换原理,采用非接触式的激光多普勒测振法代替接触式压电检测,并开展正弦激励下基于激光测振的聚合物电荷积累量评估研究。通过对各物理量间关系的理论推导,提出基于电荷-声波-振动信号转换的理论模型。根据激光多普勒测振仪关键性能参数,搭建正弦激励下基于激光测振的空间电荷试验平台,并对激光多普勒测振仪输出端进行灵敏度实验,确定速度端口作为系统的测量端口。通过接触式压电传感器和激光测振的比对检测,分析直流场下电极表面的声波和振动特性,验证所提声波-振动理论模型的准确性。最后,以聚酰亚胺为检测对象,测量直流场下的空间电荷和电极表面振动,发现平均体电荷密度特征量和速度幅值与极化电场呈近似线性关系,去除界面极化电荷的界面平均体电荷密度特征量和去除界面极化电荷作用的速度幅值,均随极化电场变化呈现三段式分布。这表明非接触式激光测振和传统压电传感器检测具有很好的一致性,均可应用于聚合物空间电荷的评估。

基于激光测振技术的铣床电主轴振动特性研究

采用激光测振技术获取了机床不同转速下的振动信号,并分析研究了其振动特性。使用激光测振仪采集机床电主轴的振动速度信号,避免了传统传感器带来的附加质量问题,提高了测量的准确性。完成电主轴在不同位置测点和不同转速运转状态下的振动信号采集实验,对采集到的原始振动速度信号和原始振动速度信号,经积分得到的振动位移信号,并进行时域分析。结果表明:在所测转速范围内机床电主轴的振动位移平均幅值稳定在1μm范围内;在所测转速范围内,随着转速的增加,电主轴各个测点的振动烈度是先缓慢增加再减小再快速增加的趋势,在14 000 r/min振动烈度局部最小,该结果可指导实际加工过程中的加工参数选择;电主轴上测点轴向方向位置距离主轴端部越近,振动烈度越大,检测主轴振动状况是否异常时应选取靠近主轴端部的测点来代表电主轴的振动状况。

通用质量特性在激光测振仪研制过程中的应用研究

为提升激光测振仪LV-400(Laser Vibrometer,LV)的性能,解决激光测振仪难以适应比较恶劣的使用环境的难题,将通用质量特性应用于激光测振仪的研制中。对通用质量特性标准进行筛选和梳理,利用六性核心条款完成可靠性鉴定、温度、湿度、随机振动、功能冲击等试验,并有针对性地进行仪器设计改进。采用机械结构改进、密封、点胶、涂三防漆等一系列措施,有效克服高温、高湿、振动环境对光学仪器性能的影响;应用六性相关知识,提高光学器件的环境适应能力,拓宽激光测振仪LV-400的使用范围,使该型激光测振仪在较恶劣的使用环境下仍然能够保持稳定的性能。将通用质量特性与激光测振仪LV-400研制任务有机结合,提高了激光测振仪的质量和研发效率,减轻了科研工作者的负担,具有重要借鉴意义。

相干激光测风雷达信号提取研究

激光测风雷达信号提取方法直接影响雷达的精度和测程,为了提高激光测风雷达的精度和测程,设计了一种基于高斯拟合的信号重心提取方法,先对傅里叶变换获得的频率谱进行高斯拟合,然后对拟合之后的频率谱进行信号中心频率计算。使用信号源输出的固定频率正弦信号进行测试,基于高斯拟合的重心法的平均测量误差为0.43 MHz,最大值法的平均测量误差为1.54 MHz,重心法的平均误差为1.18 MHz。使用激光测风雷达实测回波信号进行测试,基于高斯拟合的重心法测程为2850米,重心法测程为2550米,结果表明基于高斯拟合的重心法能够提高激光测风雷达精度,并提高激光测风雷达测程12.5%。

综合观测试验中的激光测风雷达探测性能分析

基于2019年6、7月广州超大城市综合观测试验中的地面资料,激光测风雷达、风廓线雷达资料以及广州S波段双偏振雷达资料,对WindPrint S4000型激光测风雷达和风廓线雷达进行观测对比,并尝试在不同降水强度条件下对激光测风雷达的探测性能进行综合评估分析。结果表明:激光测风雷达与风廓线雷达在非降水时段和非强降水时段观测性能一致性较好,能很好地捕捉到天气系统过境期间边界层低空风场的变化特征,但相比较而言,激光测风雷达成本更低,更加便捷高效,选址选点较为容易,更加符合大城市观测加密布网的需求;激光雷达的探测高度与降水量和降水强度均相关,但与降水强度关系更加密切,即当降水强度增加时,激光雷达的探测高度总体呈下降趋势,且当发生S波段双偏振天气雷达反射率因子达到50 dbz以上强度的降水时,激光测风雷达与风廓线雷达一样无法进行常规观测。

基于激光测振技术的MRI扫描噪声精准量化评价研究

目的:通过非接触式激光测振技术,对MRI扫描噪声进行精准量化评价。方法:在静音和常规序列下,采用MRI设备对头颅、脊柱进行扫描,依据GB/T 16539—1996《声学振速法测定噪声源声功率级用于封闭机器的测量》的振速法,采用激光测振仪对MRI设备检查孔外缘表面振动噪声进行采样,利用专用MRI噪声分析软件对声功率级、声压级、基于3种不同计算方式计算的感觉噪声级指标(L_(PN1)、L_(PN2)、L_(PN3))进行分析。结果:头颅扫描的常规和静音序列峰值声压级分别为81、63 dB(A),静音序列显著降低了噪声水平;脊柱扫描的常规和静音序列峰值声压级分别为79、75 dB(A),噪声降低水平明显低于头颅扫描序列。脊柱序列降噪效果比较平稳,头颅序列各频带降噪效果差异较大。脊柱、头颅扫描下常规和静音序列的基于3种不同计算方式计算的感觉噪声级指标L_(PN1)、L_(PN2)、L_(PN3)均明显高于总声功率级和总声压级。结论:静音序列不是针对全频段的线性降噪,且MRI扫描过程中人耳感受噪声与选择的扫描序列直接相关,单纯选用某一物理指标对MRI设备噪声水平进行评价会存在一定偏差。

基于激光测风雷达及改进NESN的短期风向预测

为了提高短期风向预测的准确性和稳定性,提出一种基于激光雷达测风数据及改进非线性回声状态网络(NESN)模型进行风向预测。首先,通过激光测风雷达获取风机前方100 m的风向数据;其次,采用多元多项式函数构建储备池内部状态的非线性关系,减少权重矩阵的阶数,降低模型计算的复杂度;最后,建立预测模型,分别在不同的激光测风雷达数据集上展开仿真预测。结果表明,与非线性回声状态网络和自适应神经模糊推理系统(ANFIS)相比,改进NESN模型的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、归一化平均绝对误差(NMAE)和归一化均方根误差(NRMSE)明显降低,预测精度和稳定性有所提升;提高了风机对风精度,降低了偏航机械损耗。

基于激光测振的海上风电齿轮箱在线监测系统

海上风力发电机组的运维受潮汐、台风和团雾等海况影响,维护难度大,作业时间短。风电齿轮箱是海上风力发电机组重要的传动机构,其可靠平稳运行对海上风力发电的安全性和经济性起着至关重要的作用。基于激光测振技术,搭建海上风电齿轮箱在线监测系统,结合齿轮箱的结构组成和故障特征研究现场测点分布,阐述振动信号分析方法,为海上风电齿轮箱的运行状态的判断和潜在故障的预警提供了技术支撑。

基于激光测振技术的既有建筑玻璃幕墙安全服役状态评估

以某既有建筑玻璃幕墙为研究对象,利用激光测振仪获取大量玻璃面板一阶自振频率,并以此为评价指标,结合理论分析和数值模拟结果,对该既有建筑玻璃幕墙安全服役状态进行分析评估。提出首先基于概率统计法进行动力特性异常对象筛查,然后对异常对象进行重点考察和安全服役状态确认的评估方法,并通过实际工程验证了激光测振技术评估玻璃幕墙安全服役状态的可靠性和可操作性,体现了激光测振技术非接触和可远程测试等优势。

基于改进经验模态分解的激光测振信号数据处理方法

针对由激光多普勒测振仪测量得到的固体火箭发动机振动信号包含高频噪声的问题,提出一种基于经验模态分解的数据处理方法。通过对传统经验模态分解方法存在的端点效应的抑制,以及对本征模态函数的判定准则的修改,得到一种适用于固体火箭发动机振动信号数据处理的改进经验模态分解方法;同时基于相关系数以及自相关函数的特点对本征模态函数进行筛选,以备后续数据处理。对比显示,基于改进经验模态分解的数据处理方法的运行速度比传统经验模态分解方法提高了5%,去噪效果比传统经验模态分解和小波分解算法分别提高了7%和17%。这说明该数据处理方法高效、稳定,具有较高的工程应用价值。

激光测径仪的屏蔽改造及其应用

激光测径仪作为一种简便、精确的尺寸测量手段,已在工业领域得到广泛应用。由于激光测径仪中的核心部件主要为光学与电子器件,因此其耐受γ射线照射的能力较低。为完成反应堆乏燃料棒的尺寸测量工作,对激光测径仪进行了屏蔽改造,改造后的设备在保留了原有测量精度的前提下,耐辐照能力得到显著提升,可用于高放射性物品的尺寸测量工作。

基于三维激光测振的电动汽车车身模态测试方法

为分析电动汽车车身的动态特性,利用三维扫描式激光测振仪开展模态测试,识别某电动汽车白车身主要模态参数,并将测试结果与采用加速度传感器的传统模态试验结果进行对比,结果表明,三维激光测振方法获得的白车身固有频率最大误差不超过1.3%,且与传统模态试验获得的振型一致性较高,验证了该方法的可行性及准确性。

基于国产三维激光测风雷达的研究

基于脉冲激光相干探测技术的激光多普勒测风雷达,利用了大气气溶胶对激光散射回波的多普勒频移效应,间接测量大气风场结构分布的新型光电遥测设备。该设备用于探测机场上空及飞机起降通道低空风场信息,为气象预报及飞机安全起降提供高精度三维风场信息保障,也为管制人员决策提供空中风场数据支持。本文详细介绍该设备的工作原理、主要性能、设备组成、扫描模式等,为用户日常管理维护和故障排除提供经验和借鉴。

10赫兹漫反射激光测距控制系统的设计与实现

设计和实现了云南天文台1.2 m望远镜10 Hz共光路漫反射激光测距控制系统,包括激光器、信号探测器和测时设备等的控制。并将系统应用于实际观测中,使用结果表明系统运行正常,且已成功实现了部分空间碎片的漫反射激光测距。将测时设备换为事件计时器后,该系统可直接用于激光测月试验。

激光测振仪在火炮后坐位移测试中的应用

后坐位移是火炮设计中的一个重要参数。本文介绍了一种激光测振仪测量火炮后坐位移的测量方法,以某火炮为试验对象,得到水平射击条件下后坐位移的运动曲线,三组试验数据的最大位移分别为-29.9mm、-30.23mm、-29.47mm。结果表明:该方法对于火炮后座位移的测量具较高实用性。

云南天文台卫星激光测距中的测时仪器

详细论述了时间间隔计数器和事件计时器的工作原理,并阐述了云南天文台卫星激光测距系统中现有测时设备的性能,以及进行了信号周期测量实验。结果表明:测量信号边沿较好时,事件计时器OTL100P的标准偏差优于时间间隔计数器SR620。OTL100P具有直接测量事件发生时刻的特点和高测量精度的优势,能满足云南天文台将来多脉冲激光测卫、测月对测时系统的要求。