1 电子科技大学 资源与环境学院，四川 成都 610054
2 上海空间推进研究所 上海空间发动机工程技术研究中心，上海 201112
目前，电弧激励器的仿真研究仅局限于得到激励器产生的等离子体的电势、压力、温度和速度等工作特性，而其有关的等离子体状态参数仅限于用光谱诊断其电子温度和电子密度等，二者是分立的，本文试图将其二者统一起来。本文设计了电弧射流等离子体激励器，采用有限元法求解非线性多物理场方程，对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟，得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布，并在此基础上计算了电子密度，由激励器工况得到了激励器等离子体状态参数（电子温度和电子密度）的仿真计算模型。然后采用发射光谱诊断方法对射流等离子体进行了光谱诊断，利用分立谱线的强度比例法对等离子体电子密度进行计算。结果表明：电弧等离子体激励器诊断实验得到的最高电子温度为10505.8 K，最大电子密度为5.75×1022 m−3。对于不同工况下的等离子体电子温度和等离子体密度，实验和仿真结果数值均随入口气体流量增大及放电电流的增大而增大。表明对于所设计的小型化、高射流速度的电弧射流激励器等离子体状态参数的仿真计算模型是合理且适用的。说明将激励器工作特性仿真与光谱诊断的电子温度、密度统一考虑是基本成功的，同时还有值得进一步改进的地方。
发射光谱 光谱学 电子密度 电弧激励器 emission spectrum spectroscopy electron density arc actuator
1 电子科技大学 资源与环境学院，成都 611731
2 上海空间推进研究所上海空间发动机工程技术研究中心，上海 201112
为了在高超声速飞行器减阻中达到更好的减阻效果，设计了一种电弧射流等离子体激励器。采用有限元法求解非线性多物理方程，对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟，得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布，综合分析了进气口气体速度、放电电流、激励器管道半径对电势、压力、温度和速度分布的影响。获得了全面的影响规律，通过仿真结果还得到：电弧射流等离子体激励器可产生最高温度为8638 K、最高速度为655 m/s的等离子体射流。当电流20 A，进气速度0.5 m/s，管道半径2.5 mm时，所需功率最小；当电流20 A，入口气体流速5 m/s，管道半径2.5 mm时，出口处平均温度最高；当电流20 A，进口气体速度10 m/s，管道半径2.5 mm时，出口处平均速度最大。并对仿真得到的放电电压进行了实验验证，在等离子体参数相似的情况下，实验结果与仿真结果吻合较好。
减阻激励器 等离子体 电弧放电 数值模拟 等离子体炬 drag reduction actuator plasma arc discharge numerical simulation plasma torch 强激光与粒子束
2022, 34(6): 065003
Author Affiliations
Abstract
1 School of Resources and Environment, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
2 Shanghai Institute of Space Propulsion, Shanghai Engineering Research Center of Space Engine, Shanghai 201112, China
In this paper, a new optical analysis method for plasma characterization is proposed. Plasma characteristics are obtained directly by measuring the plasma luminous color, rather than the complex spectral diagnosis method, which is difficult to obtain at high speed. By using the light transmittance curve of the human cornea, the RGB coordinates are calculated from the measured plasma spectrum data. Plasma characteristics are diagnosed using the Boltzmann plot method and the Stark broadening method. The corresponding relationship of the electron temperature, electron density data points, and luminous color is established and analyzed. Our research results indicate that this optical analysis method is feasible and promising for fast plasma characterization.
optical analysis method plasma characteristics spectral diagnosis high-speed miniaturized actuator Chinese Optics Letters
2022, 20(7): 073001
1 成都理工大学核技术与自动化工程学院, 四川 成都 610059
2 成都理工大学地球科学学院, 四川 成都 610059
X射线管是目前X射线荧光光谱分析中最常采用的激发源, 它所产生的原级谱成为了X荧光光谱中本底成分的主要来源, 在对这种光谱进行进一步的分析处理之前需要对其本底进行扣除, 对本底估计的准确性直接影响后续处理步骤的效果。 对射线管激发X荧光光谱的成分进行了分析, 针对其本底特点构造了一种本底强度的估计方法, 并根据实测谱线构建了理论测试谱线以便对光谱处理算法的效果进行评价。 该方法利用测得X射线荧光光谱中不包含特征峰的谱段对X射线管原级谱造成的本底成分进行估计, 使用只包含连续本底的谱段对整个测量谱段进行插值, 从而避免了谱线特征峰重叠或对半高宽估计不当时所产生的影响。 利用构建的测试光谱对SNIP法、 傅里叶变换法和本文的本底估计方法的使用效果进行了比较, 使用该方法估计的本底与理论本底更加接近。 结果表明使用的方法对X射线管激发的X荧光光谱的本底估计准确, 可以采用这种方法对连续本底进行扣除, 在对实际测得的X射线荧光光谱的本底扣除中取得了较好的应用效果。
X荧光分析 谱线构建 本底扣除 X-ray fluorescence analysis Simulated spectrum Background subtraction 光谱学与光谱分析
2016, 36(4): 1235
西安交通大学 机械工程学院, 陕西 西安 710049
为了快速、准确地获得大尺寸工业产品或带有深槽孔工件的关键点三维坐标, 本文基于工业近景摄影测量理论、立体视觉技术等, 研究并实现了两种工业便携式、接触式光学探针测量系统。研究了测量系统涉及的探针设计、探针标定以及三维点解算等关键技术, 设计了点阵式和手持相机式两种适用于不同工业场合的工业探针。针对点阵式探针的测量, 提出了一种用于解算探针坐标系与世界坐标系相对关系的点云匹配方法。此外, 采用拟合虚拟球的方法准确标定了两种探针的内部参数。最后, 通过对比标准球与三坐标测量机的测量结果, 得到系统的测量精度可达0.1 mm/m。该精度满足一般大、中型工件的三维点测量精度标准。
光学探针 点阵式探针 手持相机式探针 点云匹配 探针标定 optical probe dot-matrix type probe hand-camera type probe point cloud registration probe calibration
西安交通大学 机械工程学院, 陕西 西安 710049
基于近景摄影测量理论和立体视觉技术, 提出并实现了一种针对机身结构件在飞行状态下的轨迹、姿态、位移、变形等多种运动数据的动态视觉测量方法。研究了基于工业近景摄影测量的多相机快速自标定方法; 飞行状态下相机动态定位及抖动消除技术; 刚性结构件的运动轨迹及姿态的快速求取和通过多相机(≥3)协作实现非编码标志点阵列的精确匹配等多项关键技术。在模拟飞行环境下的实验结果表明, 相机标定的重投影误差小于0.03 pixel, 系统的运动轨迹姿态测量精度可达0.01 mm/1 m, 关键点位移变形测量精度可达0.05 mm/1 m, 基本满足飞机测试行业的精度和可靠性测量标准。
相机自标定 相机动态定位 轨迹姿态求取 多相机匹配 立体视觉 camera self-calibration camera dynamic positioning trajectory and attitude acquisition multi-camera matching stereo vision
西安交通大学机械工程学院, 陕西 西安 710049
提出一种针对单相机、斜光轴测量条件下，基于摄影测量校正的二维数字图像相关法(DIC)。变形前，在被测物表面粘贴不少于3个控制点（圆形标志点），通过摄影测量技术得到控制点的三维坐标，利用控制点的三维坐标及其在图像上对应的二维坐标，通过空间后方交会法得到斜光轴相机的三维空间方位，拟合控制点的三维坐标得到控制面。变形过程中，对于数字图像匹配得到的每一个相关图像点，通过其投影射线与控制面相交得到其对应的三维点坐标。该方法不仅可以校正由于相机光轴倾斜引入的测量误差，而且可以直接、准确得到三维空间位移而不是像素级位移。通过与已有的三维DIC对比，该方法的位移测量精度优于0.04 mm，应变测量精度优于0.5%。
光学测量 斜光轴 数字图像相关 摄影测量 空间后方交会 光学学报
2011, 31(11): 1112007
1 西安交通大学 机械工程学院, 陕西 西安 710049
2 东华理工大学 机电工程学院, 江西 南昌 330013
为了克服传统的变形测量方法的局限性, 实现整体变形和测量范围内各点在任一时刻具体位移的全面测量, 以得到完整的变形数据, 本文采用数字相关散斑法(DSCM)对变形进行了精确测量。首先, 通过与传统变形测量方法进行比较, 归纳出DSCM具有非接触、精度高、操作简单灵活、测量全面等优点。然后, 描述了散斑法的基本理论, 建立了相关的数学模型, 并根据相关理论开发了相应的测量分析软件XJTUDIC。利用该软件结合相应的硬件设备, 对具体的拉伸变形过程进行了测量试验, 并将结果与使用引伸计的传统测量方法进行了比较。得到的结果显示两种测量方法的误差在±0.2%之内, 验证了该方法及相应软件和硬件的可靠性及可行性, 为变形的全面精确测量提供了一种有效的工具。
数字散斑相关法 变形测量 Digital Speckle Correlation Method(DSCM) deformation measurement XJTIDIC XJTUDIC
西安交通大学 机械工程学院 , 陕西 西安 710049
针对材料力学实验中的三维变形测量，提出并实现了一种基于双目立体视觉、摄影测量术和数字图像相关法的便携式三维变形测量系统。研究了该系统涉及的双目摄像机标定，图像相关算法，三维重建，以及三维位移、应变计算等关键技术。提出了一种基于摄影测量术的摄像机标定算法，该算法采用10参数镜头畸变模型，不需要高精度标定板即可实现摄像机的高精度标定。利用最小二乘非线性优化算法实现了数字图像的高精度匹配，针对非线性优化初值难求的问题，提出了一种基于种子点的初值计算方法，为非线性优化提供了可靠的初值。最后，介绍了三维重建以及计算三维位移、三维应变的方法。实验结果表明，标定结果的重投影误差为0.03 pixel，图像匹配的误差约为0.02 pixel，静态外形及位移的测量精度为0.05%，应变的测量精度优于0.5%。与传统的测量方法相比，本文提出的系统可以更准确、全面、直观地实现对位移场、应变场的测量。
三维变形测量 立体视觉 数字图像相关 摄像机标定 摄影测量 种子点 three-dimensional deformation measurement stereo vision digital image correlation camera calibration photogrammetry seed point 光学 精密工程
2010, 18(10): 2244
西安交通大学 机械工程学院，陕西 西安 710049
VDI2614/2634是三维光学测量系统精度评价的通用方法。为制订国标《锻压制件及其模具光学三维几何量检测规范》，提出了一种应用于锻压制件的光学测量系统精度评价新方法，并制定了测量方案。以每组为一个子系统，分别计算出每组的极差、平均差和标准差，然后定义平均差和测量平均值的比值为子系统的系统相对误差，定义极差和测量平均值的比值为子系统的偶然相对误差。综合考虑各子系统的相对误差和权重，计算出测量系统的系统精度和偶然精度。为统一评价标准，提出了标准系统精度、标准偶然精度和标准精度的概念和计算方法。利用此方法对自主开发的XJTUOM光学测量系统进行了评价，得出其标准精度为0.89的结论，该方法为锻压制件检测的国标制定提供了参考。
光学测量 精度评价 标准精度 锻压制件 optical measurement precision evaluation standardized precision forgings & stampings 光学 精密工程
2009, 17(10): 2431
