多余物引起航天、航空产品发生故障的案例有很多。红外探测器多余物的动态位移，会导致瞬时闪现的圆形影像故障，干扰红外弱小目标检测识别与跟踪；或者碰撞焦平面阵列产生无效像元，影响热成像系统的最小可分辨温差和作用距离。通过分步拆卸查找故障器件内的可排除宏观微粒，运用扫描电镜检测识别多余物，梳理制造过程和使用过程中出现多余物的来源和产生过程，提出必须从生产源头预防和控制多余物的途径和方法。力学和光学分析计算表明，宏观微粒破坏成像光束在焦平面上的光强分布，它位移掠过视场的时间小于 50 ms，线度小于 1 mm衍射现象显著，圆形影像大多发生在夫琅禾费衍射区域，线度 10.m大小的多余物靠近焦平面阵列产生菲涅耳衍射斑。
质量控制 过程方法 多余物 红外探测器 杜瓦瓶 quality control, process method, redundant object,
1 重庆大学材料科学与工程学院, 重庆 400045
2 招商局重庆交通科研设计院有限公司, 重庆 400067
采用化学发泡方法, 以双氧水作为发泡剂, 水玻璃作为激发剂, 研究了激发剂初始温度、催化剂掺量、稳泡剂种类、孔结构对碱矿渣发泡混凝土基本力学性能的影响。结果表明, 通过调控激发剂初始温度和催化剂掺量可以使气体的产生速率和浆体的凝结硬化达到一个较好的平衡, 配合加入合适的稳泡剂能成功制备出密度约为250 kg/m3且内部结构良好的碱矿渣发泡混凝土。对比不同稳泡剂制备的同一密度等级下碱矿渣发泡混凝土的抗压强度, 发现植物蛋白作稳泡剂制备碱矿渣发泡混凝土的性能最好。
碱矿渣发泡混凝土 化学发泡 低密度 产气速率 孔结构 力学性能 alkali activated slag foamed concrete chemical foaming low density gas production rate pore structure mechanical property
1 湖北水总水利水电建设股份有限公司, 武汉 430056
2 武汉大学 水利水电学院, 武汉 430072
水利工程中小断面特坚硬岩隧洞的开挖往往存在着施工难度大、开挖效率低的问题。基于丰店-彭店水库连通应急引水工程, 研究了小断面特坚硬岩隧洞开挖钻孔爆破方案, 开展了不同掏槽爆破方案的现场试验, 提出了联合使用多空孔直孔掏槽爆破与空气间隔装药光面爆破技术方案, 并确定了具体的钻孔爆破参数。现场应用效果表明：采用多空孔直孔掏槽技术及空气间隔装药光面爆破技术相结合的方案, 隧洞开挖成型效果良好, 开挖轮廓面较为平整, 基本无欠挖, 最大超挖约20 cm, 实现了该小断面特坚硬岩引水隧洞的安全高效开挖。
引水工程 小断面隧洞 爆破 直孔掏槽 空气间隔装药 diversion works tunnel with small cross section blasting burn cut air interval charge
1 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
2 空军装备部驻昆明地区军事代表室，云南 昆明 650223
红外探测器的环境耐受能力取决于设计和制造中完整有效的环境耐受措施，环境试验与评价验证了其在极端环境作用下能正常工作的能力。研制、生产和使用各阶段的试验目的不同，试验施加应力的大小不同，必须进行环境自然条件和诱发条件测量、温度响应特性调查和试验环境分析，选择正确、合理和必要的设计与试验环境条件，以尽可能产生最适合的试验数据，保证顾客所需的质量水平和有价格竞争力的可用性。运用288×4红外焦平面杜瓦组件温度响应试验实测数据和时间常数方法，计算分析它的温度稳定时间，指出空气介质温度循环筛选或温度冲击试验，不能在红外探测器的功能部件上施加大于10 ℃/min的温度急剧变化应力，高温工作状态的温度变化速率大于50 ℃/min对冷头部分的缺陷筛选效果更好。试验结果表明，真空完好性恒定高温试验应力量值大于+90 ℃、2160 h。能够通过高温+71 ℃、低温−54 ℃无故障环境试验考核的产品具有全世界贮存、运输和使用的潜力。
环境适应性 可靠性 环境应力筛选 红外焦平面 杜瓦 environmental worthiness reliability environmental stress screening IRFPA Dewar 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210337
1 南京信息职业技术学院 人工智能学院，江苏 南京 210023
2 南京理工大学 自动化学院，江苏 南京 210094
3 南京信息职业技术学院 网络与通信学院，江苏 南京 210023
非侵入式眼睛跟踪在许多基于视觉的人机交互应用中扮演十分重要的角色，但由于眼睛运动的强非线性，如何确保眼睛跟踪过程中对外界干扰的鲁棒性以及跟踪精确度是其应用的关键问题。为提高眼睛跟踪的鲁棒性和精确度，提出强跟踪五阶容积卡尔曼滤波算法(ST-5thCKF)，将强跟踪滤波(STF)次优渐消因子引入具有接近最少容积采样点且保持五阶滤波精确度的五阶容积卡尔曼滤波(5thCKF)，获取5thCKF对强非线性良好滤波精确度同时具备STF对外界干扰的鲁棒性。真实条件下的实验结果验证了所提算法在眼睛跟踪中的有效性。
眼睛跟踪 强跟踪滤波 五阶容积卡尔曼滤波 强跟踪五阶容积卡尔曼滤波 eye tracking Strong Tracking Filter(STF) fifth-degree Cubature Kalman Filter(5thCKF) Strong Tracking fifth-degree Cubature Kalman Filte 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(6): 1008
1 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
2 空军装备部驻昆明地区军事代表室，云南 昆明 650223
中波或长波红外焦平面阵列有效像元率递减的变化趋势，必然是由制造工艺缺陷、特定的工作应力或环境应力引起的某种机理造成。根据红外探测器输出信号电压的数学模型，通过信号传输分析、性能评价测试数据统计分析，运用统计图形、响应曲线及输出信号电压灰度图等可视化手段，直观地呈现无效像元的类型、数量、位置、分布，以及像元信号电压、噪声电压和响应电压等无效像元特性。统计分析显示，像元中心距15 μm的中波320×256探测器杜瓦制冷机组件，在使用过程中平均表观有效像元率相对于初始有效像元率减小1.07个百分点，平均有86.45%的表观无效像元为不稳定的闪元和漂移像元，设计和制造缺陷导致使用无效像元的响应直线呈水平状、响应电压趋于0，热适配引起的应力是造成线状分布使用无效像元簇的原因。提出用不同黑体温度条件下像元信号电压超出平均值±(6%~7.5%)的判别准则筛选识别无效像元的方法。
故障物理 失效分析 红外焦平面阵列 盲元 可靠性 physics of failure failure analysis IRFPA blind pixel reliability 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200202
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学技术研究室, 西安 710119
2 西北大学 光子学与光子技术研究所, 西安 710069
为提高星敏感器探测极限星等的能力，采用改进型卡塞格林系统、光阑校正球面透镜组和视场校正球面透镜组相结合的结构，设计了一种光谱范围为450~950 nm、半视场为1.4°、入瞳直径为250 mm、焦距为425 mm，且能够矫正像散、场曲和畸变的大口径折反式星敏感器光学系统.基于像差理论的系统初始结构参数计算和Zemax软件光线追迹的优化设计，光学系统的次镜遮拦比为0.43，成像点80%的能量集中在30 μm内，最大畸变为0.081%，光学传递函数在奈奎斯特频率34 lp/mm处大于0.75，最大倍率色差为1.138 μm，满足星敏感器对成像的要求.对光学系统进行公差分析，在20次蒙特卡罗分析结果中，第13个结构的绩效函数最好，为4.975 16 μm，第20个结构的绩效函数最差，达到7.799 57 μm.通过对20次蒙特卡罗结构的绩效函数分析，所选定的公差值能够很好地满足光学系统性能基本要求，为加工和安装过程中的误差提供依据.
星敏感器 光学设计 大口径 折反式 Star sensor Optical design Large aperture Catadioptric Zemax Zemax
1 西北大学 光子学与光子技术研究所，陕西 西安 710069
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学应用研究室，陕西 西安 710069
激光射孔是油井完井工程领域一项具有前瞻性的技术，对提高石油资源采收率具有重要的应用价值。为提高油井激光射孔所使用的激光功率和激光传输的安全性，利用19台光纤传输972 nm半导体激光器实现了10 kW级激光空间非相干合束。通过分析参与合束的准直激光束的半径、间距与合束激光的光斑重叠率之间的变化规律以及模拟合束激光横截面能量分布，完成激光空间非相干合束器的结构设计。在300 mm的合束长度内实现了具有单一光束形态且最大合束功率达到10.441 kW、焦斑直径21 mm、线宽2.46 nm的空间非相干合束激光输出，合束效率达到98.2%。利用10 kW空间非相干合束激光完成了针对砂岩和钢板的地面激光射孔实验，射孔深度分别达到570 mm和70 mm。
空间非相干合束 972 nm半导体激光器 光纤传输 10 kW合束激光 激光射孔 space incoherent beam combining 972 nm semiconductor laser fiber transmission 10 kW combined laser laser perforation 红外与激光工程
2019, 48(10): 1005013
高可靠性长寿命碲镉汞焦平面阵列像元性能参数慢慢变差退化失效，确定它的储存寿命要用试验缩短试验时间。有效加速寿命试验ALT或加速退化试验ADT的恒定热应力，应大于高温＋90 ℃、2 160 h。定量加速试验前，应进行高加速应力筛选试验HASS迫使缺陷发展，以暴露可能存在的早期故障。根据碲镉汞红外焦平面探测器杜瓦组件高温储存试验性能退化测试数据，用统计模型对在恒定高温应力水平下获得的失效时间或退化特征性能参数进行转换，得到在＋25 ℃额定应力水平下的储存寿命大于50年。超过3 000 h高温储存试验结果表明，残余工艺应力释放导致试验前1 500 h像元性能有向好的趋势，在高温＋80 ℃的真空环境下烘烤20天不会造成明显的像元性能恶化。
红外探测器 碲镉汞 加速退化试验 储存寿命 可靠性 infrared detectors HgCdTe accelerated degradation test storage life reliability 红外与激光工程
2019, 48(10): 1004003
1 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
2 中国科学院大学, 北京 100049
实漏、虚漏、出气和渗透等气体源引起封离真空杜瓦腔体压力升高, 活性气体H2、H2O、CO占的份额较大, H2的份额可达80%以上, NEG抽出活性气体获得和维持红外焦平面探测器杜瓦组件工作真空度。封离真空杜瓦寿命周期内产生的气体量与设计制造技术水平和真空获得工艺能力有关, 不正确使用St 172将导致NEG不能发挥最大效能。根据文献和工程实践经验, 分析探讨在特定使用工况下NEG的抽气性能参数和激活与再激活条件对真空维持性能的影响, 指出大多数用户不允许电再激活NEG修理、必须正确使用无颗粒St 172/NP和注意相关的问题。
非蒸散型吸气剂 红外焦平面探测器 封离真空杜瓦瓶 激活 可靠性 non-evaporable getter IRFPA sealed vacuum Dewar activation reliability 红外与激光工程
2018, 47(10): 1004001
