针对激光探测小型化收发系统的设计难点, 提出了一种大视场小型化设计方案。将激光器与驱动电路集成在氮化铝基板上, 达到提高性能和压缩尺寸的目的。经过理论计算和ZEMAX光学仿真, 采用光纤、自由曲面阵列柱透镜及球面柱透镜实现光的整形和会聚, 减小轴向尺寸。设计了带放大电路的小体积接收模块。对小型化系统中脉冲电流带来的电磁干扰问题进行分析, 采用多种措施屏蔽电磁干扰。最后加工制作了原理样机并进行了测试实验, 结果表明: 该系统有效抑制了电磁干扰, 并能有效探测距离为5 m的目标, 验证了小型化技术的可行性。

针对周向探测系统对探测激光光束发散角大小和能量均匀分布的要求, 提出了一种基于非球面柱透镜阵列的分区探测方案。探测系统光源为快轴准直的半导体激光器阵列, 激光慢轴由非球面柱透镜阵列进行配光。提出了平行光线光源近似方法来简化复杂的高斯光束相关计算, 并最终得到非球面曲线方程。应用上述方程确定的非球面柱透镜阵列, 得到发散角可调且功率密度关于弧矢面平面角均匀分布的出射光束, 均匀度可达98.64%。为减小光学系统公差的影响, 设计了波浪型结构透镜阵列。通过误差分析可知：透镜材料的折射率误差只影响发散角的大小而不影响配光的均匀性; 波浪型透镜阵列替代传统柱透镜阵列, 避免了相邻透镜之间的楔形结构, 减小了制造难度和制造误差; 线光源长度与透镜周期对应, 使得装配时透镜偏心和倾斜产生的公差影响减弱。

根据各种传热机理建立了微型直接甲醇燃料电池的热传导模型,借助有限元分析工具,设计模拟了集成在微型直接甲醇燃料电池中3种不同结构的加热器。仿真结果表明,不同的加热器结构在极板表面将引起不同的温度分布,这将对燃料电池产生不同的加热效果,从而对电池的性能造成影响。其中一种比较理想的加热结构仅引起1.4℃的温度偏差,显示了良好的温度均匀性,故在实验中被用来控制工作温度。而另外两种加热结构引起的温度偏差分别是2.1℃和3.0℃。实验结果表明,当电流53.9mA时,微型直接甲醇燃料电池工作温度为58.2℃,产生的最大功率密度为5.55mW/cm².集成后的微型加热器可以通过调整微型直接甲醇燃料电池的工作温度提高其性能,并能在极端环境下工作。

基于三维位移测量手段在工程技术领域的必要性和重要性,开展了基于单摄像机和数字图像相关的三维位移测试方法研究。基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用Savitzky-Golay (SG)微分滤波器分离图像位移子区内的常数项与一次项,可实现物体三维位移分量的有效分离。以针孔摄像机成像模型为基础,开展了相应的数值模拟实验及悬臂梁端部受载的实验,发展了与三维线性变形对应的散斑图模拟方法,验证了基于二阶位移模式的牛顿-拉夫森迭代法的精度和适用性。数值模拟与实验结果均验证了三维位移测试方法用于实现物体三维位移重构的可行性和优越性。

基于三维位移测量在工程技术领域的必要性和重要性,开展了单摄像机和数字图像相关相结合的三维刚体位移测试方法的研究。基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用最小二乘拟合法分离图像位移场的常量项与一次项,据此,可实现物体三维位移分量的有效分离。以针孔摄像机成像模型为基础,开展了数值模拟及硅片平移实验,发展了与三维刚体位移对应的散斑图模拟方法,验证了基于仿射变换的相关迭代法的精度和适用性。数值模拟与实验结果验证了数字图像相关方法用于实现物体三维刚体位移重构的可行性和优越性,最大测量误差为5%。

针对微机械陀螺特征尺寸小、振动频率高,其动态特性难以精确评价的问题,提出了基于高速摄像技术、显微技术与数字图像相关技术的测试方案.并用此方法测量了双线性振动陀螺的固有频率、品质因子、-阶模态振型和杨氏模量.实验数据表明,系统分辨率可达0.01 μm,不同驱动频率下所测振子响应频率误差小于0.023%.