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2019年  31卷  第09期

推荐文章
一种消除弯晶面形扭曲的轴角装置
杨佼汪, 刘旭, 曹刚, 蔡泉, 盛伟繁
2019, 31: 091003. doi: 10.11884/HPLPB201931.190046
本期封面及目录
《强》刊2019年第09期目录
《强》刊编辑部
2019, 31: 090000.
高功率激光与光学
考虑结合部特征的ϕ150 mm口径反射镜模型修正
崔鼎, 邓兆祥, 叶长春, 鲜玉强
2019, 31: 091001. doi: 10.11884/HPLPB201931.190012
摘要:
针对150 mm口径反射镜受结合部的非线性因素影响导致结构分析模型精度较差的问题,提出了线性的动力学等效建模与参数修正方法。首先,在实际装配和约束环境下测试并获得了反射镜结构的试验模态参数。然后,根据界面结合部的动力学特征,对反射镜结构按照镜框固定连接模型、镜面螺钉夹持模型以及间隙等效模型进行了等效建模。最后,以试验模态参数为修正目标,采用优化方法对反射镜结构的动力学等效模型进行了参数修正,并采用模型分层和分步修正的思路,依据结合部特征将修正模型细分为两部分,提高模型参数的修正效率。结果表明,参数修正后的固有频率平均误差为1.5%,模态置信度均大于0.8,提升了反射镜结构的动力学模型精度,验证了线性化等效建模方法的正确性。
基于近焦点非球面透镜的LED均匀照明设计
梁孙根, 胡淼, 张春洋, 胡晓粉, 毕洲洋, 李齐良, 卢旸, 毕美华, 杨国伟, 周雪芳
2019, 31: 091002. doi: 10.11884/HPLPB201931.190019
摘要:
依据几何光学和非成像光学理论,提出了一种基于大尺寸近焦点非球面透镜的大功率LED均匀光源设计方法。在该方法中,首先根据选定参数的LED通过几何光学理论初步设计非球面透镜参数,然后在ZEMAX软件中对非球面透镜参数进行基于评价函数的优化,得到焦距76.79 mm、直径为200 mm的非球面透镜。将非球面透镜导入TRACEPRO软件建模并进行光线追迹仿真,根据仿真结果获得最优透镜参数进行加工和下一步实验。实验结果表明:均匀照明系统可以在60 cm处实现发散角8.53的均匀照明,光斑均匀性达到95.82%。
一种消除弯晶面形扭曲的轴角装置
杨佼汪, 刘旭, 曹刚, 蔡泉, 盛伟繁
2019, 31: 091003. doi: 10.11884/HPLPB201931.190046
摘要:
Laue晶体单色器常用于单色化高能X射线(>50 keV),通过对其晶片压弯可以实现高能光束聚焦。晶片压弯过程中会不可避免地产生扭曲,从而影响单色器的工作效率。利用波动光学仿真的方法,分析弯晶面形扭曲对Laue晶体单色器性能的影响,并提出一种角位移微调轴角装置,用来消除这种扭曲。该装置基于直梁型柔性铰链,利用叠加原理和对称结构。利用有限元方法分析了该装置的力学性能。分析结果表明,轴角装置的转角范围为2时,其转动中心最大偏移为20 m,实现了角位移分辨率好于1,动态范围达到104,达到设计目标。
不同脉冲宽度355 nm波长激光诱导DKDP晶体损伤特性
徐子媛, 王岳亮, 赵元安, 邵建达
2019, 31: 091004. doi: 10.11884/HPLPB201931.190164
摘要:
研究了用于三倍混频的Ⅱ类DKDP晶体在35 ps,850 ps和7.6 ns三种不同脉宽355 nm波长激光作用下的损伤特性。实验对比分析了损伤阈值、概率和损伤针点形貌、尺寸和密度,并根据损伤阈值及概率得到前驱体阈值及密度。结果表明,前驱体的激光能量吸收量与脉宽线性相关。35 ps激光作用下DKDP有一种前驱体吸收激光能量形成熔融状损伤针点。850 ps激光作用下有两种前驱体吸收激光能量并产生力学破坏形成中心熔融四周断裂的损伤针点。7.6 ns激光作用下只有一种前驱体吸收激光能量,并且形成的损伤针点与850 ps对应的损伤针点有相同特征。
基于单端探测温度和折射率的MZI光纤传感器
余俊良, 冯国英, 周寿桓
2019, 31: 091005. doi: 10.11884/HPLPB201931.190042
摘要:
提出并演示了一种基于单端探测的光纤传感器,可同时测量温度和折射率。微结构光纤探头由两个玻璃光纤微球拼接在一起,并在该探头的末端利用真空电子束蒸镀一层铝膜以增加反射,从而形成微球结构的马赫-曾德尔型光纤传感头。实验结果表明,该器件的温度灵敏度和折射率可分别达到50.77 pm/℃和-21.94 nm/RIU。这项工作提出了一种低成本、高分辨率的基于光纤方法实现的多功能传感应用。单端探测的马赫曾德尔型光纤传感器小尺寸的优势可应用到小体积气体的测量,而它的全二氧化硅设计提供了高温或化学严酷环境的兼容性。
基于等离子体紫外辐射的强激光自动寻焦系统
王馨梅, 郑泽彬, 范樱宝, 赖明玮, 魏锦禹, 吴新宇
2019, 31: 091006. doi: 10.11884/HPLPB201931.190252
摘要:
精准定位激光束焦点位置是提高激光雕刻、切割、焊接等加工精度的重要基础,而传统测量方法不适用于自动寻找强激光焦点。基于激光烧蚀金属后等离子发光含大量紫外谱线的原理,以日盲的氮化镓肖特基光电二极管为传感器,设计了以304不锈钢靶材为耗材的红外强激光束自动寻焦方法及其装置。该方法与共聚焦显微镜检测平均烧蚀坑深的方法相比,当以脉冲宽度100 ns、重复工作频率20kHz、平均功率10 W的1064 nm 光纤激光雕刻机为实验对象时,二者定焦位置相差24 m。
高功率微波
X波段高功率宽频带双螺旋反射阵列天线的设计
孔歌星, 李相强, 张健穹, 王庆峰
2019, 31: 093001. doi: 10.11884/HPLPB201931.190084
摘要:
为了提升高功率微波辐射天线的带宽,提出并设计了一种X波段高功率圆极化反射阵列天线,该天线采用喇叭天线作为馈源,阵列天线单元由可旋转金属双螺旋线构成,通过旋转螺旋线可以实现360的相位补偿,同时反射损耗极小。设计了1515矩形栅格螺旋反射阵列天线,全波仿真结果表明:该口径为315 mm的阵列天线在中心频点9.3 GHz下,增益为28 dB,轴比为0.53 dB,口径效率为52.6%;在8.5~10.9 GHz的频带范围内增益大于26.8 dB,轴比小于1.14 dB,1 dB增益带宽和40%以上口径效率带宽均大于21%;在真空中所能承受的最大功率约为207 MW。
直线型端口类盒型拓扑结构微带滤波器设计
刘庆, 吕大龙, 孙久会, 周东方, 张德伟
2019, 31: 093002. doi: 10.11884/HPLPB201931.190077
摘要:
针对微波带通滤波器小型化、高性能的应用需求,研究了基于双模方形环谐振器的直线型端口的两阶带通滤波器响应特性,进一步提出使用单模谐振器和双模谐振器相结合设计直线型端口的高阶微带带通滤波器。提出的直线型端口双模方形环微带滤波器具有类盒型拓扑结构,能够实现灵活的频率响应特性,而且传输零点的位置可调,能够满足不同的应用需求。由于存在寄生的对角交叉耦合路径,提出的类盒型拓扑结构微带滤波器可以实现一个额外的传输零点。为了验证结构和设计方法的可行性,设计了两款中心频率为5.2 GHz的三阶和五阶带通滤波器,最后进行加工和测试。耦合矩阵响应、仿真和测试结果一致性较好,表明了该结构实现高性能滤波器的可行性。
复杂电磁环境
一种FPGA芯片在射频干扰下的失效机理
刘健, 陈弟虎, 粟涛
2019, 31: 093201. doi: 10.11884/HPLPB201931.190161
摘要:
研究了一种Xilinx 公司FPGA芯片XC7A200T-2FBG676在射频干扰下的失效机理。通过对该FPGA内核供电引脚注入射频干扰发现,某些频率下,随着干扰强度的增大,FPGA会依次出现三种不同类型的失效,分别为该FPGA的内核失效、I/O失效和配置失效。测试分析和HSPICE仿真表明,内核失效是由于BRAM的逻辑层抗扰性差所致,I/O失效是由于射频干扰下输入/输出信号的同时失真所致,配置失效则是由于配置系统读取错误的配置使能信号所致。研究可为该FPGA芯片或者系统电磁兼容设计以及该FPGA抗扰性检测方案的制定提供指导。
基于卷积特征选择的红外目标跟踪
钱琨, 杨俊彦, 余跃, 赵东, 荣生辉
2019, 31: 093202. doi: 10.11884/HPLPB201931.190133
摘要:
对红外图像中的目标跟踪时,复杂的背景信息以及目标像素数较少等因素增加了红外目标跟踪难度,目标区域的图像块缺乏特征信息使得普通跟踪算法较易产生跟踪偏移问题。为解决此问题,提出了一种基于粒子滤波框架下的卷积特征选择的红外目标跟踪算法。首先,在初始目标块上提取少量图像块作为滤波器,进而获得表征能力更强的卷积特征。然后,采用在线提升算法对该特征进行选择,增加跟踪算法的精度和执行效率。最后,将贝叶斯分类器的响应作为粒子权值估计出目标状态。实验结果验证了所提算法的跟踪性能优于其他几种传统算法。
基于卷积神经网络的雷达目标航迹识别研究
樊玉琦, 温鹏飞, 许雄, 郭丹, 刘瑜岚
2019, 31: 093203. doi: 10.11884/HPLPB201931.180388
摘要:
现代战争中雷达信号日趋复杂,如何快速准确地从种类繁多、数据量庞大的雷达检测数据中,获取目标航迹的类别信息,为战场指挥提供准确有效的信息是当前急需解决的难题。传统基于人的经验认知的雷达目标航迹识别方法已经无法有效应对瞬息万变的战场和海量数据。根据实际雷达数据特点,提出了使用对数的雷达航迹预处理方法,并构建了基于卷积神经网络的深度学习模型,实现了对雷达对抗中的目标航迹的识别与检测。基于模拟生成的雷达目标航迹数据对提出的数据预处理方法和构建的模型进行测试;实验表明,所提出的方法能很好地实现对目标航迹的检测与识别。
面向雷达对抗的电磁态势认知问题研究
沈飞, 李争, 许雄, 李林, 樊玉琦, 周红平, 郭凯, 郭忠义
2019, 31: 093204. doi: 10.11884/HPLPB201931.190052
摘要:
针对目前电磁态势认知没有形成统一认识的问题,以电磁态势中的雷达对抗态势为研究对象,提出了态势分层认知的概念,研究了雷达对抗态势知识的获取与分析,随后针对雷达对抗态势知识表示问题,建立了雷达对抗态势知识表示模型,为后续的电磁态势要素计算以及态势表征研究提供了基础。最后梳理了雷达对抗态势与电磁态势的相互关系,为下一步将雷达对抗态势融入电磁态势提供支撑。
短波接收天线系统核电磁脉冲注入试验
吴刚, 乐波, 杨雨枫, 王海洋, 崔志同, 彭磊, 吴伟, 陈伟
2019, 31: 093205. doi: 10.11884/HPLPB201931.190159
摘要:
为评估高空核电磁脉冲(HEMP)对某型短波接收天线系统的威胁,对包含浪涌保护器在内的天线前端设备进行HEMP传导注入试验。采用纳秒级快前沿方波源和双指数波电流源,分别测试不同浪涌保护措施的快脉冲响应。结果表明,主要由于天线末端的气体放电管在高过压比下很快动作(1 ns量级)、信号浪涌保护器内瞬态电压抑制器(TVS)限幅、信号传输设备内放大器饱和限幅等多重作用,注入幅度约3.5 kV的快前沿方波、电流峰值1.8 kA的双指数波(20/500 ns)脉冲都能及时泄放,只在传输设备输出端产生一个幅度饱和(3 V)、持续s量级的干扰信号。对这一类低工作电压天线系统,利用基于市售浪涌保护器的多重防雷措施能够同时实现对核电磁脉冲传导环境的防护。
折叠半模基片集成波导在滤波器和均衡器中的应用
王显, 张德伟, 王树兴, 吕大龙, 张毅
2019, 31: 093206. doi: 10.11884/HPLPB201931.190134
摘要:
提出了一种数学建模方法用来分析折叠半模基片集成波导(FHMSIW)结构的场分布。基于多线理论首次计算了FHMSIW结构的衰减常数和相位常数,验证其与传统波导和基片集成波导的等效性。提出了FHMSIW结构具有高通特性和带阻特性,同时该结构的上下层具有近似奇对称的性质。通过在FHMSIW结构的中间金属层蚀刻缝隙或者添加金属过孔,就可以实现器件由带通到带阻的性能转换,给出了FHMSIW结构带阻、带通特性的产生和变换机理。利用其独特的性质,分别设计了等效HMSIW四分之一谐振枝节加载的FHMSIW均衡器和FHMSIW带通滤波器,设计的FHMSIW均衡器无需附加额外的馈电机制。测量结果显示出器件具有良好的性能,与仿真结果具有很好的一致性。相比于其他的平面电路,该设计的结构具有小型化、低损耗以及高Q值等优势。
脉冲功率技术
MHz高压脉冲电源设计
姜松, 吴彤, 李孜, 饶俊峰
2019, 31: 095001. doi: 10.11884/HPLPB201931.190152
摘要:
设计了一款基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关的高压高频脉冲发生器,采用多个以光纤信号隔离触发的串联MOSFET作为高压开关,并由FPGA提供控制信号。该发生器由相同的MOSFET管部分组成,并联并按顺序触发,与参考信号同步。所述电路和工作模式克服了MOSFET管发生器的功耗限制,使脉冲重复率显著提高。详细介绍了该MHz高压脉冲发生器的工作原理和制作过程,然后进行了初步试验,验证了该发生器的性能。该电路在1 MHz的高重复率下,输出上升时间为十几ns、脉宽为百ns、电压幅值大于1 kV的平顶脉冲。
加速器技术
高能光源BPMS独立支架系统设计
王之琢, 曹建社, 王梓豪, 麻惠洲, 何俊, 随艳峰, 岳军会
2019, 31: 095101. doi: 10.11884/HPLPB201931.190072
摘要:
高能光源(HEPS)要求束流轨道稳定性达到0.1 m。束流位置探测器系统(BPM)作为储存环的重要系统,其测量数据在监测和实现束流轨道稳定中具有重要作用,需要具有长期稳定性。为抑制由于机械振动、环境温度变化导致的机械形变等对BPM探头机械稳定性的影响,需为BPM探头设计独立稳定的支撑系统,使其具有较高的固有频率、较小的振动放大比和较小的温度形变。本文首先考虑温度形变,选取具有良好温度稳定性的Invar36合金作为支架的主体结构材料;为加工及安装方便,杆板结构选作支架模型,通过仿真测试寻找最优结构;利用ANSYS软件中拓扑优化寻找限制空间内实现最大固有频率的模型结构,为支架设计做指导;加工支架实物,并在实验室测量。支架实验室测量结果与仿真结果进行比较,进而优化安装方式。在四种安装方式下对支架进行测试,为支架在光源实地安装提供参考。
核科学与工程
CMRR堆内高温高压辐照考验回路典型事故分析
胡泊, 郭斯茂, 王冠博, 钱达志, 郭玉川, 余恒
2019, 31: 096001. doi: 10.11884/HPLPB201931.190023
摘要:
基于中国绵阳研究堆(CMRR)高温高压辐照考验回路初步设计方案,就回路失水事故(LOCA)及失流事故(LOFA)两类典型事故进行分析。结果表明:回路在冷管段及热管段失水事故下包壳热点温度最高为880.6 ℃及367.6 ℃,均远低于1204 ℃;全部失流事故下最小偏离泡核沸腾比(MDNBR)大于1.5,不会发生偏离泡核沸腾;卡轴事故中包壳最高温度为734.1 ℃,低于1482 ℃。上述结果均满足验收准则,符合安全法规要求。
CSNS多功能反射谱仪3He管探测器数据获取系统设计
赵东旭, 章红宇, 孙志嘉, 王修库, 肖亮
2019, 31: 096002. doi: 10.11884/HPLPB201931.190080
摘要:
作为中国散裂中子源(CSNS)工程中多功能反射(RM)谱仪一部分的3He管探测器数据获取系统不仅要具有基本的读取和处理数据的功能,还需要协调配合谱仪的整体运行,稳定可靠地与其它异构系统进行交互。通过规划数据获取的整体框架,采取有效的方式优化关键部分,另外挑选合适的三方软件包整合到数据获取系统中,达到了该系统操作方便灵活、功能完善、运行稳定可靠并且高效率,满足谱仪实验需求的目的。包括数据获取系统在内的多功能反射谱仪顺利通过了国家验收,目前这套数据获取系统已经成功应用在多功能反射谱仪的束流实验中。
托卡马克脉冲电源实时控制系统设计
李维斌, 王雅丽, 任青华, 姚列英, 宣伟民, 王英翘
2019, 31: 096003. doi: 10.11884/HPLPB201931.190016
摘要:
为提高托卡马克装置磁场电源的控制性能,实现对等离子体的先进控制,设计了基于LabVIEW RT和FPGA的磁场电源实时控制系统。根据等离子体控制对电源控制系统实时控制的要求,使用反射内存卡实现实时数据传输,应用实时操作系统来保证系统的确定性应用和系统的可靠性,采用NI 7813R系列数据采集卡实现对晶闸管变流器的控制。实验结果表明,该系统满足等离子体放电对电源控制系统实时性的要求,并具备较高的可靠性和稳定性。