Investigation of three-pulse photon echo in thick crystal using finite-difference time-domain method

This paper investigates the phenomenon of three-pulse photon echo in thick rare-earth ions doped crystal whose thickness is far larger than 0.002 cm which is adopted in previous works.The influence of thickness on the three-pulse photon echo＇s amplitude and efficiency is analyzed with the Maxwell-Bloch equations solved by finite-difference timedomain method.We demonstrate that the amplitude of three-pulse echo will increase with the increasing of thickness and the optimum thickness to generate three-pulse photon echo is 0.3 cm for Tm^（3＋）：YAG when the attenuation of the input pulse is taken into account.Meanwhile,we find the expression 0.09 exp（α＇L）,which is previously employed to describe the relationship between echo＇s efficiency and thickness,should be modified as 1.3 · 0.09 exp（2.4 ·α＇L） with the propagation of echo considered.

Pulse Wave Analysis in Patients with Coronary Heart Disease Based on Hilbert-Huang Transformation and Time-domain

Objective: To study the characteristics of pulse tracings in CHD, and objectively evaluate the significance of pulse signal in diagnosis and appreciation of therapeutic effect in patients with coronary heart disease(CHD), and accordingly provide with theoretic proofs for developing non-invasive technique of pulse diagnosis. Methods: By using the pulse detection system, pulse graphs in CHD patients, patients without CHD and "health" adults were collected and compared. Then characters of the pulse signal were analyzed with Hilbert-Huang transformation routine (HHT) and time-domain method respectively. Results: There existed characteristic change in pulse graph in CHD. ① h1,h3,h4,h3/h1,t,t5/t4 in time domain parameters of pulse graph increased and w1 was widened. ② 44% of C2 wave in HHT display showed chaotic and disorderly wave and irregularly wave amplitude in CHD. And 72% of C5 Wave exhibited in irregular wave with average wave amplitude over 10 gram-forces. These changes were significantly different from health adults. Conclusion: Characteristic wave of pulse graph extracted with methods of time domain or HHT routine might be considered as proofs for diagnosis and differentiation in CHD. Our researches prognosticate that pulse diagnosis can be used as an ancillary determination in occurrence of CHD for reasons of the advantage of convenient operation and non-invasion.

基于同步压缩变换的电缆缺陷定位研究

由于采集信号为入射波与多反射波的叠加,且多分量信号之间存在耦合不服从线性叠加原理,导致以采用魏格纳分布(Wigner-Ville distribution,WVD)为核函数的传统时频域反射法(time-frequency domain reflection,TFDR)存在严重的交叉项干扰,影响对缺陷的定位和判断。针对这一问题,本文提出一种基于同步压缩变换的电缆缺陷定位方法,该方法采用同步压缩变换(synchrosqueezing transform,SST)替代WVD以消除交叉项干扰,并以高分辨率定位电缆缺陷。同时分析参考信号相关参数,针对不同长度电缆测试,提出参考信号设计原则。该方法的主要步骤包括:通过采用TFDR法获取时域定位信号;然后采用SST求取压缩和重排后的时频谱图,以获取更精确的时频表达并消除交叉项干扰。最后,搭建了10kV交联聚乙烯电缆仿真模型进行研究,并选取了长度为500 m含中间接头的XLPE电力电缆和某地约32km海底电缆对算法进行实验验证。仿真及实验结果表明:SST算法对信号进行重排后能有效消交叉相的干扰,提高了时频域反射法定位精度。

基于SSTDR的光伏系统直流母线电弧故障在线检测与定位

针对光伏系统中直流母线上发生电弧故障危害重大且检测和定位困难的问题,提出一种基于传输线等效分布参数模型的扩展频谱时域反射法,对电弧故障进行在线检测和定位。该文研究直流母线发生故障电弧的原因和类型,对拓展频谱和时域反射进行理论分析,利用Simulink仿真平台建立直流母线电弧故障模型进行仿真,基于FPGA技术搭建实验平台,验证了理论正确性与可行性。实验结果表明,该方法能够实现对光伏系统直流母线电弧故障在线检测和定位,具有定位精度高、实时性好等优点。

TDR波形传输时间的切线法判定与实现

采用变步长切线法来判定脉冲在时域反射仪(简称TDR)探针上的传输时间,并通过程序实现了该方法的自动判定过程,完成介电常数的自动计算。最后将时域反射仪TDR-I系统所采集的数据对该方法进行测试,效果良好。

锗基长波红外圆锥形微结构减反射性能

锗是重要的红外光学材料,为减小锗表面的菲涅耳反射损耗,提高光利用率,研究了锗基底圆锥形微结构的减反射性能。基于时域有限差分法(Finite Difference Time Domain),并采用单因素法研究了微结构的占空比、周期、高度等结构参数与入射角在8~12μm长波红外波段对反射率的影响,确定了微结构在低反射情况下较优的结构参数组合,其在整个波段范围内的平均反射率低于1%,远低于平板锗结构的35.47%,在9~11μm的波段范围内反射率低于0.5%,且光波在40°范围内入射时,圆锥形微结构的平均反射率仍然较低。将优化的圆锥形微结构与平板结构进行了对比,从等效折射率、反射场分布和能量吸收分布3方面进一步证实了圆锥形微结构在整个波段范围内优异的减反射性能。

基于TDR的故障电弧定位技术研究

提出了一种基于TDR(时域反射)的故障电弧定位方法,设计了试验系统,并对设计原理、系统结构进行了说明。系统应用时间间隔测量技术构建了高精度的计时模块,具有较高的定位速度和精度,可以在故障电弧发生后定位出线缆故障点的位置。

TDR和FDR技术在通信线路智能维护中的应用

时域反射测试技术(TDR)与频域反射测试技术(FDR)是目前最为先进并且最具有发展前景的通信线路障碍测试技术,有便利、快捷、准确的优点。为了更好地实现通信线路中智能维护的目的,采用传输线理论和相干检测方法分析TDR和FDR两种技术在通信线路中较易出现的断线故障、短路故障、线路桥接等异常情况的检测和定位。经过实验验证,TDR和FDR技术能很好地满足现场应用的需求,而FDR更适合宽带线路的测试。

基于改进TFDR法的核电站仪控电缆断裂缺陷检测

时频域反射(time-frequency domain reflectometry,TFDR)法具有成熟便捷、分辨率较高的特点,广泛应用于各类电缆的故障测距。为了有效判别和精确定位核电站仪控电缆绝缘屏蔽层断裂缺陷,文中通过介入热应力,提出一种改进TFDR法。对50 m多芯仪控电缆进行不同程度的断裂破损模拟,并使用传统TFDR法和改进TFDR法进行检测实验验证。检测结果显示,改进TFDR法对弱断裂缺陷的定位峰峰值为0.2,是传统TFDR法的2.5倍,且不同程度断裂缺陷下定位误差率均小于2.5%。可得出如下结论:相较于传统TFDR法,改进TFDR法使用热应力浮动方差曲线作为缺陷判别的依据,可显著提高对弱断裂缺陷的判别能力;改进TDFR法通过对原定位距离进行修正,进一步提高了对弱断裂破损的定位精准度,可实现对微弱缺陷的有效识别定位。

融合FDTD与遗传算法的高精度光学薄膜优化

该研究提出一种融合时域有限差分法(FDTD)和遗传算法的优化框架,旨在提高光学薄膜的反射性能。选择三层薄膜结构作为研究对象,通过使用FDTD方法计算薄膜结构的反射率,并将其作为遗传算法中的适应度函数。通过两者结合,在多维设计空间中有效搜索到了优化参数,显著降低了薄膜的反射率。这一方法不仅降低了计算成本,还提供了一种灵活且可扩展的解决方案,对未来高性能光学系统的设计和优化具有重要的实际意义。

基于频率步进原理的TDR研制及在土体含水率测试中的应用

基于时域无载频脉冲原理的时域反射法(TDR)能够快速准确测试土体含水率,在岩土工程领域有广泛用途。但是目前TDR测定仪器均为进口,国外对中国实行技术封锁。介绍了一套基于频率步进原理的TDR,利用该原理信号源输出的频率分量能够精确获知,接收信号中的噪声有效被抑制;研制了探针转换器,避免在常态测试区域出现测试盲点,提高测试范围和精度。最后通过水、空气及土体3种介质中含水率测试对比试验,验证了新型TDR测试设备的有效性。

基于TDR的ADSL线缆断点测试仪设计

介绍一种基于时域脉冲回波(TDR)原理的ADSL线缆断点测试系统。该系统设计以STC单片机为控制核心,以FPGA为测试主体发射接收脉冲,采集脉冲往返线缆时间,实现ADSL线缆断点位置的测量。在分析现有测试产品的基础上,首先阐述设计理论,然后介绍系统总体设计框图、硬件实现、软件测试流程以及系统实际测试结果。实验结果表明该测试仪能够快速准确测试出断点位置,并且只需适当剪切,便可作为内嵌模块应用于其他仪表。

基于有限元模型的TDR探头优化及水合物饱和度测量的数值实验

对垂直于TDR探针方向平面上测试区域内含水合物沉积物的测量响应进行了有限元数值建模和分析,基于数值模型对TDR探头的探针个数、间距和直径等结构参数进行优化设计。利用优化后的探头对多孔介质中水合物饱和度进行了仿真测量,比较了表观介电常数与水合物饱和度的关系模型。结果表明:(1)随着探针个数由3增加至5,探针周围有效极化面积逐步增大;三针式TDR探头对于内外探针之间的水合物探测灵敏度最高。(2)在探针间距一定的条件下,随着探针直径的增大,“集肤效应”减弱,探测范围扩大;但探针直径越大,其对被测样品产生的干扰越大。(3)基于有限元数值模型得到TDR响应与Maxwell-DeLoor模型具有较好的一致性。

基于TDR的ADSL线缆测试仪设计

介绍一种基于时域脉冲反射(TDR)算法以及Xilinx的Spartan3AN系列FPGA芯片的ADSL线缆测试系统。系统通过USB接口与上位机相连,进行系统控制和TDR算法实现。文章首先阐述设计理论,然后介绍系统总体设计框图、数据处理流程以及系统实际测试结果。实验表明该测试仪能够快速准确测试出断点位置,精度可在±1%以内。

基于FDR和时频脉冲转换的长电缆缺陷极性识别研究

为解决采用频域反射技术进行长电缆缺陷检测时,其结果易受低频段数据缺失占比的影响,而难以判断电缆缺陷极性的问题,该文提出一种基于频域反射技术的电缆阻抗失配点时频脉冲转换算法以实现缺陷的定位和极性判别。首先,采用2阶Nuttall自卷积窗的快速傅里叶计算方法对不同类型的电缆阻抗失配点进行定位。其次,提出电缆阻抗失配点时频脉冲转换算法,利用高斯窄带包络信号良好的频段调节能力和时频特性,详细阐述了时频脉冲的参数设计和极性判断方法。之后,运用仿真,对不同类型的阻抗失配点进行时频脉冲转换,验证了该算法的有效性。最后,采用该算法对实验室含接头长1500m的10k V XLPE电缆进行实验验证。仿真和实验结果表明:时频脉冲转换算法可以有效地定位长电缆阻抗失配点并且实现不同类型阻抗失配点的极性识别;同时,不同长度电缆阻抗失配点的时频脉冲转换结果不受低频段数据缺失占比的影响,有效提高了长电缆阻抗失配点的极性识别率。

Modeling bidirectional reflection distribution function of microscale random rough surfaces

The radiative properties of three different materials surfaces with one-dimensional microscale random roughness were obtained with the finite difference time domain method(FDTD) and near-to-far-field transformation.The surface height conforms to the Gaussian probability density function distribution.Various computational modeling issues that affect the accuracy of the predicted properties were discussed.The results show that,for perfect electric conductor(PEC) surfaces,as the surface roughness increases,the magnitude of the spike reduces and eventually the spike disappears,and also as the ratio of root mean square roughness to the surface correlation distance increases,the retroreflection becomes evident.The predicted values of FDTD solutions are in good agreement with the ray tracing and integral equation solutions.The overall trend of bidirectional reflection distribution function(BRDF) of PEC surfaces and silicon surfaces is the same,but the silicon's is much less than the former's.The BRDF difference from two polarization modes for the gold surfaces is little for smaller wavelength,but it is much larger for the longer wavelength and the FDTD simulation results agree well with the measured data.In terms of PEC surfaces,as the incident angle increases,the reflectivity becomes more specular.

Polarization insensitivity electromagnetically induced reflection in graphene metasurface

The electromagnetically induced reflection(EIR)effect of graphene metamaterials has been investigated by finite difference time domain(FDTD)method.In this study,a metamaterial sandwich structure composed of silica(SiO2),gold and graphene on terahertz band is designed.By changing the width of the two ribbons of graphene length and the incident angle of electromagnetic wave,the EIR effect of the structure is discussed,and it can be found that SiO2 is a kind of excellent dielectric material.The simulation results show that graphene metamaterial is not sensitive to polarized incident electromagnetic wave.Therefore,such EIR phenomena as insensitive polarization and large incident angle can be applied to optical communication filters and terahertz devices.

基于THz时域反射成像技术的玉米种子淀粉分布可视化研究

为无损探究种子成分分布与种子活力变化的内在关系,以玉米种子主要成分淀粉为研究对象,将太赫兹时域反射成像技术与移动窗口相关系数法相结合,无损可视化构建不同活力程度的玉米种子淀粉空间分布图。以郑单958玉米品种为例,实验通过人工老化方式(40℃,100%RH)制备老化0、18、36、54、72 h的种子样本,采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件扫描获取不同老化程度的样本和纯玉米淀粉样品的太赫兹光谱图像。以16.35 cm^(-1)下THz图像为基准,采用阈值分割法精确提取种子胚乳、种胚区域,通过对比不同组织区域内THz平均吸光度可得胚乳和种胚光谱明显差异,且胚乳和淀粉纯物质在51.96 cm^(-1)附近存在明显的共同吸收峰。应用移动窗口相关系数法(窗口宽度为20,移动步长为10),逐像素点计算种子太赫兹时域光谱与纯玉米淀粉光谱的-相关系数,并根据相关系数值以及坐标信息绘制伪彩色热力图,可视化构建玉米种子淀粉分布图。实验统计5个老化阶段、6个谱区窗口的淀粉分布图中相关系数>0.8的像素点占比可得:在29.83~67.36 cm^(-1)区间内,种子胚乳和种子区域内的淀粉含量在种子活力下降过程中呈现总体下降趋势,即种子淀粉含量与活力呈现正相关关系。实验结果表明:太赫兹时域光谱反射成像技术结合移动窗口相关系数伪彩色成像分析方法可以初步实现种子活力变化过程中玉米种子淀粉空间分布特性的无损探测,该技术可为深入研究种子化学成分与其自身活力之间的制约关系,无损解析种子生命活动与自身生理生态规律变化提供崭新的视角和方法。

Optimization of Short-Pulse GPR Transmit Antenna

By analyzing the current distribution of Bow-Tie antenna used in short-pulse ground penetrating radar, the methods of antenna load and driving are presented in this paper to reduce strength of reflective wave both at antenna end and excitation point. The numerical simulation results show the strength of reflective wave is smaller than ?55 dB comparing with the driving wave when the methods are adopted. Key words short-pulse GPR - resistive loading - finite difference time domain method CLC number TN 820 Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (49984001)Biography: LI Tai-quan (1961-), male, Ph. D candidate, research direction: antenna model and design

时域反射法(TDR)检测锚杆长度计算方法与工程实践

目前,锚杆长度检测常用声波反射法,得到的锚杆底部反射信号较弱,不易识别,能否准确检测出锚杆长度关系到工程安全。介绍了时域反射法的基本原理,应用时域反射法(TDR)进行锚杆长度测试,总结了介质为空气时锚杆(钢筋出露段)的测试波速的平均值约为230 mm/ns,介质为纯水泥浆体时锚杆(注浆段)的测试波速的平均值约为90 mm/ns,得出了不同龄期和不同脉冲宽度的测试条件对测试结果无明显影响的结论,推导出锚杆长度测试的计算公式,公式中分别考虑了锚杆的钢筋出露段和注浆段的长度和波速,并在工程实践中得到了精确的检测结果。