摘要:

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摘要:传统光学参量放大系统的应用效果长期受驱动源性能限制，针对该问题，设计了一种基于1.5 μm全保偏掺铒光纤主振荡功率放大（Master Oscillator Power-Amplifier， MOPA）系统驱动的高功率中红外光学参量放大器。采用中心波长为3.27 μm的连续波带间级联激光器作为种子源，利用飞秒泵浦脉冲在周期极化铌酸锂晶体中对连续波种子光进行非线性切片与高效放大。实验结果表明：在泵浦功率为4.6 W时，产生了中心波长为3.25 μm、带宽为36.4 nm、最高平均功率达440 mW的中红外飞秒脉冲输出。采用的1.5 μm泵浦方案，有效避免了传统1 μm泵浦系统中存在的寄生可见光吸收及热透镜效应问题，在确保极佳抗热损伤能力与更高量子转化效率的前提下，配合长非线性晶体获得了极高的参量增益。此外，射频频谱测试表明：其基频信噪比优于50 dB，验证了该系统在高功率输出条件下仍具备优异的时频稳定性。该方案为发展高功率、紧凑型中红外飞秒光源提供了一条具有良好扩展潜力的技术路径。

摘要:针对传统飞秒激光诱导等离子体光谱信号强度低、检测灵敏度有限的问题，提出一种高压放电增强飞秒激光诱导等离子体光谱方法。采用放电辅助增强飞秒激光诱导等离子体光谱，以铜元素为研究对象，对比分析不同放电条件下的光谱响应以及整个过程的时间分辨光谱特征。实验结果表明：放电可显著提升光谱信号强度，在7 kV条件下，Cu II 521 nm、Cu I 578 nm和Cu I 793 nm三条谱线的强度相较无放电条件分别增强约22倍、31倍和36倍，不同谱线对电压的响应存在差异。时间分辨光谱表明放电增强信号主要源于等离子体荧光寿命延长。研究成果为发展高灵敏度、高稳定性等离子体光谱分析技术提供重要参考，对推动激光诱导等离子体光谱在材料分析、痕量检测等相关领域的应用具有积极意义。

摘要:针对现有边界层流场速度测量技术难以实现高时空分辨测量的问题，本研究团队提出飞秒激光诱导氰基化学发光测速技术（Femtosecond Laser-Induced Cyano Chemiluminescence Speed Measurement Technique， FLICC），利用飞秒激光在甲烷 / 氮气混合流场中产生光丝，诱导产生高强度、长寿命的氰基自由基CN（B-X）荧光作为示踪标记，提升信号质量并扩展时间追踪窗口，实现边界层内速度场的高精度测量。实验结果表明：FLICC能够有效适应复杂流动环境，成功实现了对边界层区域低流速流场的高时空分辨测量，速度测量下限下探至5 m / s，为流体力学和航空航天研究提供了一种新的高精度流场速度诊断手段。

摘要:针对铷原子光钟直螺线管在有限尺寸约束下磁场均匀性不足的问题，基于COMSOL Multiphysics仿真软件，对置于磁屏蔽筒内的多段式C场线圈结构进行参数化建模研究，优化线圈分段数量、匝数密度等指标，提升中心轴线上目标区域的磁场均匀性。研究结果显示：优化后，五段式线圈［80，120］ mm区域的磁场非均匀度降至0.078%；七段式线圈［80，120］ mm区域的磁场非均匀度降至0.033%。本研究为实现铷原子光钟有限空间内的高均匀性C场提供了重要技术借鉴。

摘要:介绍了力测量技术的发展脉络，论述了机械式、液压式、电阻应变式、压电式等传统测力技术以及光纤测力、电磁测力、量子测力等新兴测力技术的原理、特点与应用情况，阐述了航空航天、高端装备制造等战略新兴产业快速升级背景下，高端测力仪器高精度、极值化、多维度、高动态、智能化、工程化的发展方向。分析了当前高端测力技术的研究进展，探讨了力值溯源体系的发展现状与构建思路，阐述了静态 / 动态力校准、多分量力标定、不确定度评定的技术现状与难点，指出传统测力技术在精度、量程、环境适应性等方面仍需提升。展望了高端测力仪器技术的未来发展前景，提出未来需通过新材料与新工艺创新、跨学科协同攻坚、与物联网 / 大数据 / 人工智能等新兴技术深度融合，推动高端测力仪器技术的产业化落地，为国家制造业高质量发展提供技术支撑。

摘要:针对高可靠MEMS传感器整机寿命验证中存在的加速试验成本高、现有虚拟方法缺乏系统性建模与不确定性量化等问题，提出一种基于失效物理（Physics of Failure， PoF）的虚拟评估框架。通过多尺度数字样机与热-振耦合仿真获取局部应力，并构建模块化PoF模型库以预测关键器件关键失效模式的寿命。为量化制造工艺与服役环境中的不确定性，引入一种物理来源驱动的混合概率分布建模策略。在此基础上，建立“器件内多模式融合”与“器件间首达失效”两级竞争失效模型，以预测整机首达故障时间（Time-to-Failure， TTF）。以MPU9250为例进行验证，自主开展的热-振联合物理试验表明：数字样机精度良好（壳温偏差不超过± 0.2 ℃，模态误差< 5%），预测整机TTF为12 721 h，并准确识别出薄弱环节。该方法能有效减少对物理试验的依赖，提升寿命评估的效率与可信度。

摘要:硅基压阻式压力传感器在复杂环境下存在输出漂移、灵敏度下降等因素导致的可靠性不足与计量寿命缩短问题，本研究旨在系统揭示其稳定性退化的物理机制，并构建高精度寿命预测模型。运用失效物理分析理论，采用变幅循环载荷与加速疲劳试验方法，施加不同幅值的交变压力，对传感器进行加速测试；利用微观观察与性能监测完成对传感器失效退化数据集的建立，突破了膜片开裂、压敏电阻蠕变及封装应力失效等多机制耦合作用的分析难点，最终构建了单一压力载荷下的寿命预测模型。加速寿命试验证明：在施加140%量程的压力载荷条件下，约220万次循环后传感器线性度参数增长超过50%，判定为失效。本研究构建的模型预测寿命与实测数据误差小于15%，实现了有效的传感器失效周期预估，具有重要的理论和工程应用价值，为推动高可靠性硅基压力传感器在设计优化与寿命预测领域的发展提供重要支撑。

摘要:为解决三维压电纳米定位平台在多轴运动过程中轴间交叉耦合严重、定位精度难以满足纳米测量要求的问题，运用前馈解耦控制理论与滑模控制相结合的方法，设计一种复合控制算法。首先，建立耦合误差模型并采用最小二乘法辨识模型参数，设计前馈解耦控制器将耦合系统解耦为多个独立的单轴控制系统；然后，针对压电陶瓷的迟滞非线性、未完全解耦的残余耦合及外部扰动，设计非奇异终端滑模自抗扰控制器，通过扩张状态观测器对总扰动进行实时估计与补偿，采用指数趋近律削弱滑模抖振。通过MATLAB / Simulink仿真验证控制算法的有效性，并搭建基于激光干涉仪的实验平台对三维压电纳米定位平台进行耦合测试。实验结果表明：所提出的滑模解耦控制算法将轴间耦合产生的误差降至0.03 μm以下，栅格扫描轨迹与规划路径基本一致，满足多轴压电平台纳米级定位精度需求。

摘要:针对传统超声信号时延估计（Time Delay Estimation, TDE）中固定步长最小均方（Least Mean Square， LMS）算法难以兼顾收敛速度与稳态精度，以及现有变步长算法依赖瞬时误差和固定函数模型导致在非平稳回波信号下适应性差的问题，提出一种基于模糊变步长LMS的超声测厚信号TDE方法。分析超声回波信号的时变特性，摒弃单一误差反馈机制，提取输出信号与期望信号的局部相关系数误差及其变化量作为模糊控制器的双输入特征；设计零阶Sugeno模糊推理系统，建立输入特征与步长因子之间的非线性映射规则，实现步长因子的自适应动态调节。利用模拟回波信号进行不同信噪比下的仿真测试，结果表明：相较定步长LMS算法、双曲正切函数变步长LMS算法以及基于瞬时误差的模糊变步长LMS算法，所提方法的综合性能更优，在保证快速收敛的同时显著降低了稳态失调误差，具有更高的测量精度和抗噪性能。搭建超声测厚平台进行标准量块测量实验，结果表明：所提方法对不同厚度量块的测量相对误差均小于其他三种LMS算法，最大相对误差为0.710%。模糊变步长LMS时延估计方法为高精度超声飞行时间（Time of Flight， TOF）计算提供了重要技术支撑，有利于促进超声无损检测技术发展，具有一定的工程应用价值。

摘要:为解决传统速度-方位处理（Velocity-Azimuth Processing， VAP）算法在二维风场反演中存在的风速失真问题，引入相对总变分模型对其进行改进。基于风速失真与径向风速的相关性，构建阈值判据识别失真区域，并对该区域进行修正；采用相对总变分模型消除修正过程中引入的不规则纹理，提取二维风场的全局结构分量；进一步结合真实径向风速的纹理信息，恢复二维风场局部纹理特征。研究结果表明：改进后的算法能够有效地修正VAP算法存在的风速失真问题，与VAP算法初步反演结果相比，结合相对总变分模型的VAP算法的风速反演结果均方根误差降低了0.42 m / s，风向反演结果均方根误差降低了4.85°，有效提高了风场反演结果的准确性。

摘要:航空发动机涡轮叶片表面温度场测量领域所使用的传统多光谱算法计算复杂度高，需要对光谱数据进行奇异值分解才能进行温度场数据计算；此外涡轮叶片定位信号精度受模拟转速信号影响，温度数据存在偏差，如果不进行转速偏移修正，计算后的温度数据不能精准反映燃烧温度不均匀性、叶盘及叶片设计缺陷。针对上述问题，本文对复杂热环境下涡轮叶片表面温度场测量数据处理算法进行优化，分析构建多光谱测温模型并进行单色温度辅助计算，“多光谱 + 单色温度辅助修正”方法计算效率相较现有传统多光谱优化算法提升30%，且测温精度无损耗；此外本文提出自适应转速偏移修正算法，动态化自适应调整滤波器参数，相较现有自适应修正算法，该方法的偏移修正误差降低15%。优化后的涡轮叶片表面温度场测量数据处理算法可适配多转速复杂工况，弥补了现有测温算法的工程化应用短板。

摘要:针对环形温度场存在的径向梯度异质性、环向周期性波动、局部温度反转等复杂分布特征，以及传统重建方法难以适配环形结构、重建结果物理合规性不足的问题，提出一种融合自适应径向基函数（Radial Basis Function， RBF）插值、卷积神经网络（Convolutional Neural Network， CNN）-长短时记忆（Long Short-Term Memory， LSTM）混合网络的分层物理约束的环形温度场重建方法。首先采用核参数随径向距离动态自适应的混合核RBF插值算法，完成稀疏测点数据的初步插值，构建初始温度场；再利用CNN-LSTM混合网络提取温度场空间局部特征与环向周期特征，实现初始温度场的残差修正；最后结合热传导物理规律，针对温度场不同区域的分布特性施加差异化分层物理约束，有效提升重建结果的物理合理性与可信度。多工况试验结果表明：本文方法在500、1 000、1 750 K典型工况下的重建误差均满足工程5%的误差阈值要求，温度场空间分辨力可达0.5 mm，优于2 mm的工程设计指标。消融实验验证了LSTM模块可有效保障温度场环向分布连续性，分层物理约束能够显著提升重建结果的物理可信度。该方法可为航空发动机环形温度场高精度重建、设备状态监测与性能优化提供可靠的技术支撑。

摘要:针对传统温度扫描阀校准方法效率低、成本高、需拆卸设备且易造成器件损伤等问题，本文提出一种基于“四层架构”的温度扫描阀全自动原位校准方法。构建温度扫描阀原位全自动校准系统，采用“标准信号层-信号切换层-数据采集层-控制分析层”四层架构设计，通过专用计量航插实现现场校准，避免了传统方法中的设备拆装环节。开展系统化的参数优化实验，针对测量时间、数据采集间隔、两点校准标准值组合及通道切换稳定时间四类关键参数进行对比分析，确定兼顾准确度与效率的最优参数配置。开发全自动化校准流程，实现从设备接入、数据采集到系数计算写入的完整自动化执行，简化操作流程并降低误差。研究结果表明：在测量时间为8 s、数据采集间隔为250 ms、校准标准值（10 mV，40 mV）、通道切换稳定时间为3 750 ms的参数配置下，系统测量重复性（标准差）为0.003 3 mV，等效温度误差0.083 ℃，满足误差不超过± 0.5 ℃的要求。本文提出的校准方法为温度扫描阀的工程化应用提供了可靠的计量保障。

摘要:针对缺乏系统化测量设备虚拟模型构建方法的现状，本研究团队提出一种基于功能-结构-运动复合模型的测量设备数字化建模方法。通过解析测量原理、功能、操作流程，明确设备测量能力，构建功能模型；拆解设备结构组成，根据分层结构关系进行部件装配，构建结构模型；分析机构自由度与运动学约束，建立与功能关联的运动机构，构建运动模型。以三坐标测量机为例进行应用验证，结果表明：该方法能够有效模拟测量设备的可测可达空间、运动轨迹及干涉情况，支撑可测可达性分析与测量路径规划，为模拟测量及未来远程计量应用奠定技术基础。

摘要:冷镜式精密露点仪光电信号对镜面温度变化不敏感，导致难以确定不同露点温度下最佳的电压变化值，影响露点温度测量准确度。针对此问题，本研究团队开展基于镜面凝结物生长规律的镜面图像特征分析试验，对光电信号的电压变化值和不同露点温度之间的关系进行研究。使用电子显微镜，对不同电压变化值的镜面图像进行分析，通过计算凝结物个数和密度值的方法提取图像特征，总结出了相同露点温度、不同电压变化值条件下镜面凝结物的生长规律，明确了不同露点温度最佳电压变化值的选取区间，解决了冷镜式精密露点仪光电信号对镜面温度变化不敏感的问题，提高了冷镜式精密露点仪露点测量的准确度。

摘要:为解决国内往复式活塞流量计在宽量程、高准确度与运转平稳性协同设计方面的技术难题，本文建立基于曲柄滑块机构的四活塞联动运动学模型，系统分析活塞的运动规律与动态特性；利用间隙优化控制技术，研究运动副间隙对活塞阻力与泄漏量的影响机理，突破高准确度工况下间隙匹配与动态密封的关键技术难点，最终实现了四活塞联动式活塞流量计的结构优化设计。试验结果显示：研制样机的流量测量范围达到5 ～ 10 000 mL / min，在200∶1量程比内，误差不超过± 0.54%，能够有效满足工业现场对宽量程、高准确度流量测量的技术要求，具备良好的工程适用性。