提出了一种应用于CMOS图像传感器数字双采样模数转换器(ADC)的可编程增益放大器(PGA)电路。通过增加失调采样电容, 采集PGA运放和电容失配引入的失调电压, 在PGA复位阶段和放大阶段进行相关双采样和放大处理, 通过数字双采样ADC将两个阶段存储电压量化, 并在数字域做差, 降低了PGA电路引入的固定模式噪声。采用0.18μm CMOS图像传感器专用工艺进行仿真, 结果表明:在输入失调电压-30~30mV变化区间, 提出的PGA的输出失调电压可以降低到1mV以下, 相比传统PGA输出失调电压随输入失调电压单倍线性关系而言大大降低了列固定模式噪声。

为了更准确地预测磁悬浮控制力矩陀螺中高速电机工作时的温升, 需要计算电机绕组涡流损耗和对陀螺进行热分析。本文以最大角动量200 N·m·s, 额定转速12 000 r/min的磁悬浮控制力矩陀螺为研究对象, 首先分析了电机绕组涡流产生原理, 采用了一种解析法和有限元法结合的方法, 推导并计算了高速电机绕组涡流损耗。然后, 建立了陀螺三维有限元模型, 在已知陀螺各部件损耗的基础上进行了热分析, 得到了温度仿真分布。最后, 设计了陀螺样机温升实验进行验证。仿真分析得知高速电机定子温度最高, 定子绕组温度为40.3 ℃。温升实验测得电机定子温度为41.6 ℃, 与理论值误差为3.1%。这相比未考虑绕组涡流损耗时的热分析, 精度提高了3.7%。考虑了绕组涡流损耗的热分析预测温升更加准确, 这对于优化磁悬浮控制力矩陀螺的热设计有重要意义。

利用毛细管X光透镜搭建了三维共聚焦微束X射线荧光谱仪, 处在激发道的多毛细管X射线会聚透镜和处在探测道的多毛细管X射线平行束透镜处于共聚焦状态, 该共聚焦结构降低了X射线荧光光谱的背底, 从而有利于降低的X射线荧光分析技术的探测极限。 在上述共聚焦结构中, 多毛细管X射线会聚透镜和多毛细管X射线平行束透镜的焦斑重合形成共聚焦微元, 探测器只能探测到来自该共聚焦微元内的X射线荧光信号, 当该共聚焦微元在样品移动时, 就可利用该共聚焦技术原位无损得到样品内部的三维X射线荧光信息。 该共聚焦技术使用的多毛细管X射线会聚透镜具有103量级的功率放大倍数, 从而降低了该共聚焦技术对高功率X射线源的依赖程度, 即利用低功率普通X射线源就可以设计毛细管X光透镜共聚焦X射线荧光技术。 利用上述共聚焦微束X射线荧光谱仪对两种岩矿样品进行三维无损分析, 在其中一种岩石中发现: Fe浓度大的区域Cu的浓度也大, 这在一定程度上反映了岩矿自然生长的机理。 实验结果证明: 该共聚焦X射线荧光技术可以在不破坏样品情况下分析岩矿样品中元素成分组成和元素三维分布情况。 该共聚焦三维微束X射线荧光技术在矿石勘察、 玉器选材和鉴别、 石质食用器皿、 “赌石”和家用石质地板检测等领域具有潜在的应用。

为了对胶囊类药品进行无损分析鉴别，利用两个多毛细管X光透镜搭建了共聚焦微束X射线荧光谱仪，两个处在共聚焦状态的透镜形成共聚焦微元，探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号，这有利于分别对胶囊壳和其内部药物进行原位无损元素分析，从而辨别它们的种类。分析了4种胶囊类药品对应的X射线荧光谱特征，从荧光谱图上可以看出不同胶囊类药品有不同的X射线荧光谱，对应不同的元素组成，所以可以利用胶囊内部药物对应的X射线荧光谱鉴别胶囊类药品的种类。实验证明，利用共聚焦微束X射线荧光技术可以在不破坏胶囊壳的情况下对胶囊类样品进行无损原位分析，该技术在胶囊类药品种类和真伪鉴别中具有潜在应用价值。

全反射X射线光学器件在X射线显微技术中具有重要的应用，有关其焦斑极限的研究对该器件的设计者和使用者具有指导意义。利用海森堡不确定性原理研究了全反射X射线光学器件的焦斑极限。理论结果表明：全反射X射线光学器件的焦斑极限与器件的材料有关；利用镍金属、铅玻璃和硼硅酸盐玻璃制成的全反射X射线光学器件的焦斑极限分别为3.2、4.2和6.6 nm。

头发中的元素与人的饮食和健康状况有关, 对头发中元素的分析, 不仅可用于刑事物证鉴别, 还可为疾病的预防和治疗提供依据, 因此, 如何检测头发中元素分布等信息倍受人们关注。 本文利用基于毛细管X光透镜和实验室普通X射线光源的共聚焦微束X射线荧光技术对单根头进行了无损扫描分析, 分析了单根头发中元素的空间分布。 在该毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术中, 毛细管X光会聚透镜的出口焦斑和毛细管X光平行束透镜的入口焦斑处在共聚焦状态, 从而形成共聚焦微元, 探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号, 降低了背底信号对X射线荧光谱的影响, 从而有利于提高该共聚焦X射线荧光技术的分析精度。 该共聚焦技术中采用了具有高功率密度增益的毛细管X光会聚透镜, 降低了该共聚焦X射线荧光技术对X射线光源功率的要求, 从而保证了该共聚焦技术可以采用实验室普通X射线光源, 降低了实验成本。 实验表明, 毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术在单根头发元素分布检测中具有应用价值。

月面巡视探测器导航相机获取的立体影像用于恢复月面地形的空间构型, 可以直接服务于巡视器的导航定位工作。影像匹配算法直接关系到地形恢复的精度和可靠性 , 改进动态规划影像匹配方法兼顾行列双向约束机制增强了视差空间的完备性, 并通过动态设立种子点进行分段规划获得整体最优解。实验采用嫦娥二期工程地表试验影像进行论证, 通过三角测量重构得到地面点云数据, 与其他匹配方法的恢复结果和实地激光扫描地形数据进行了比对, 证明了该匹配算法的匹配效率高于传统方法且恢复的点云数据精度可靠, 满足于探月工程中巡视器定位导航的需求。

为了实现对薄膜和镀层材料厚度的微区无损分析, 利用多毛细管X光会聚透镜和多毛细管X光平行束透镜设计并搭建了普通实验室X射线光源的共聚焦微束X射线荧光测厚仪, 对该共聚焦测厚仪的性能进行了系统表征。 利用该测厚仪测定了厚度约为25 μm的Ni独立薄膜样品和压于硅基表面厚度约为15 μm的Ni薄膜样品厚度, 对应它们的相对测量误差分别为3.7%和6.7%。 另外, 还对厚度约为10 μm Ni薄膜样品的厚度均匀性进行了测量。 该共聚焦测厚仪可以对样品进行微区深度分析, 并且具有元素分辨能力, 从而使得该谱仪可以测量多层膜样品不同层的膜厚, 在薄膜和镀层厚度表征领域具有潜在的应用。