利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和衰减全反射(ATR)技术,建立了一种葡萄糖-6-磷酸(G6P)和果糖-6-磷酸(F6P)同时定量测量的方法.作为磷酸己糖异构酶(PGI)反应系的模拟,G6P-F6P-Tris混合溶液被作为定量对象,并通过采集组分浓度已知的G6P-F6P-Tris混合溶液的光谱来建立定标方法.分别用吸光度光谱或二阶导数光谱,并分别用G6P,F6P,Tris的主要吸收峰(1 086 cm-1、1 082 cm-1、1 065 cm-1、1 036 cm-1和978 cm-1)的数据或指纹领域(1 200～900 cm-1)全段数据,共进行了4种模式的多元线性回归分析,比较各种模式下浓度的预测值与实测值的相关系数、平均相对误差和交叉检验均方误差(RMSECV值).结果表明,采用二阶导数光谱比采用吸光度光谱所得到的预测值具有更高的精度,而采用指纹领域全段数据比采用G6P,F6P,Tris主要吸收峰的数据所得到预测值具有更高的精度.

面弹簧是干涉式大气垂直探测仪中的精密部件,系统要求其在工作过程中具有较大刚度比和足够的轴向行程.利用有限元分析方法对面弹簧进行了优化设计.通过对比不同缝形面弹簧在轴向拉伸过程中的轴向刚度、径向刚度、刚度比,确定了螺旋缝形是相对最优缝形.进一步对螺旋缝形面弹簧做了系统分析,得到了螺旋缝形面弹簧中的基圆半径、螺距、旋转角度、指数、直径、开缝数、簧片厚度、材料的杨氏模量等参数在面弹簧轴向拉伸过程中,对其轴向刚度、径向刚度、刚度比的影响规律.根据有限元分析结果最终确定一组最优参数值 r0=20 mm,a=20/π2 mm/rad,θ1=πrad,b=2,φ=200 mm,n=3,t=0.2 mm,E=1.3 e11 Pa,并据此加工成实物.对实物的实测结果表明,螺旋缝形面弹簧具有的轴向行程和较大的刚度比达到了设计目标,验证了有限元分析结果的准确性和合理性.

根据凸轮升程误差的设计要求与测量要求,提出了在三坐标测量机上用搜索点法实现的凸轮升程误差的测量方法,介绍了方法的原理、实现步骤,并对测量方法进行了误差分析.理论分析与测量实践表明,本文提出的凸轮升程误差测量方法的测量极限误差为±1.8 μm,比传统的凸轮升程误差测量方法如桃尖点法、敏感点法的测量极限误差小40%左右.

提出了基于有限元方法对静电陀螺仪空心球转子离心变形、温度变形、压力变形和综合变形的分析方案,并给出了减少变形的措施.分析结果表明:转子的变形主要是由温度引起的,压力和离心产生的变形相对比较小;离心变形对转子的球形度影响较大,但变形值要比温度引起的变形值约小2个数量级;温度变化对转子的半径变化产生较大影响,但主要影响转子与电极之间的间隙,对转子的球形度几乎没有影响;同样,压力变形对球形度影响较小,对半径影响也较小.因此,在结构设计时将转子半径变化考虑进去,并加以补偿,则对转子半径的影响就可以忽略.可以通过在四个标准大气压和五个标准大气压下将空心球转子研磨成球形,来消除离心变形对转子球形度的影响.结果还表明该方案对空心转子静电陀螺仪转子的研制具有重要的应用价值.

简述了全息变间距光栅的几何理论,研究了不同记录参数情况下的刻线弯曲程度.给出了用于评价光栅刻线弯曲程度的表达式,并推导出了它的积分形式,使计算效率提高了2～3倍.结果表明:球面波与非球面波干涉得到的光栅线条并不一定比球面波干涉得到的线条要平直.

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%.

介绍了单轴飞轮储能及姿态控制一体化系统的总体构成和工作原理,研究并推导了系统的数学模型,分析了系统误差产生的原因,建立了转台角度位置误差与转子安装不同轴误差、转子偏心误差、飞轮速度测量与控制误差之间的误差关系式,并进行了误差合成.结合实际实验系统算出了各项误差,并对比和分析了各项误差.结果表明:影响系统位置精度的主要因素有飞轮安装不同轴误差、转动惯量误差和飞轮速度测量与控制误差等,其中飞轮转动惯量误差和飞轮安装不同轴误差是不可控量;而飞轮的转速测量与控制误差是可控量.最后提出了提高飞轮储能与姿态控制系统精度的主要方法,可以通过提高位置测量传感器和速度测量传感器的分辨率,采用先进的控制算法来降低飞轮的转速测量与控制误差.

研究了光学自由曲面轮廓误差评定中被测曲面和设计曲面的匹配方法.在曲面中心重合和近似法矢重合的基础上,提出了五点预定位法,即先定义曲面中心,然后利用搜索的方法得到相互间距离最大的4个角点,通过这5个点的匹配实现曲面的预定位.在精调整中,提出了二次优化方法,即综合运用最小二乘法和最小条件原则进行曲面的高精度匹配,并进行了仿真实验.实验结果表明,匹配精度可达纳米级.最后通过一个非球面实测实验,证明了算法的有效性.

将模糊神经网络理论和算法应用于负性光刻胶(SU-8)加工高分辨率和高深宽比微结构的工艺研究,在正交试验的基础上对网络进行训练,建立了光刻图形质量与前烘时间、前烘温度、曝光量、后烘时间之间的预测模型.该模型采用五层前向模糊神经网络,学习算法为梯度下降法.进行了实验,实验结果表明,前烘温度与前烘时间对光刻质量影响最大.对120～340 μm厚的光刻胶,前烘温度取95℃,前烘时间100 min时,图形的相对线宽差最小;超声搅拌能缩短显影时间,显著改善图形质量,试验结果与计算结果十分吻合.将模糊神经网络应用于UV-LIGA工艺中,能实现光刻加工微结构的工艺参数优化.

研究了深空光通信中的光束精确瞄准技术.从航天器和天体的运动规律出发,建立了一种基于航天器和地球星历表的深空光通信的瞄准理论,导出了瞄准矢量在航天器星上坐标系中角度,角速度,角加速度的变化规律,对两终端的相对运动进行分析,导出提前瞄准角和接收光波长多普勒频移的变化规律,进行了计算机仿真.结果表明,瞄准角度、角速度、角加速度、提前瞄准角呈现出周期性变化,在当前的技术水平下,在深空距离下能实现光束的精确对准.接收光波长的多普勒频移也呈现周期性变化,其大小在0.07 nm以内,决定了深空光通信中窄带滤光片的带宽应在0.7 nm以上,也表明在深空光通信中,采用相干探测方法将面临严重挑战.

根据四频差动激光陀螺对法拉第旋光片的两个通光面都必须是超光滑表面且有一定夹角的使用要求,针对传统工艺必须采用光胶上盘法所带来的不利因素,提出了一种新的工艺.通过将数百个法拉第旋光片毛坯作为一个整体粘胶上盘并进行加工的方法,不仅使法拉第旋光片两通光面之间的夹角得到了很好的保证,而且还避免了光胶上盘对通光表面可能造成的损伤,最后使旋光片的两个通光面的表面质量同时得到了保证,从而使产品合格率大大提高(一盘数百个零件,两个通光表面的表面粗糙度同时优于0.08 nm(rms值)的合格率有时可达80%以上),解决了四频激光陀螺批量化生产中的一大制约因素.

介绍一种由九个子镜构成的复合三子镜稀疏孔径系统及其结构形式.将复合三子镜和同样由九个子镜构成的典型GOLAY 9稀疏孔径系统进行比较来研究两种稀疏孔径系统的成像情况.通过比较它们的结构特点与调制传递函数,并计算两种稀疏孔径系统的等效直径和实际等效直径,对不同填充因子的两种稀疏孔径模拟成像和维纳滤波,用图像的标准差和对比度指标对两种系统的成像像质进行评价.结果表明:在调制传递函数(MTF)的最大值方向,除归一化频率在0.55～0.65以外的空间频率处复合三子镜I 型的MTF明显高于GOLAY 9的MTF.当填充因子≥20%时,复合三子镜I 型和GOLAY 9的等效直径和实际等效直径基本接近.在空间频率24～45 lp/mm处,图像对比度复合三子镜I 型优于GOLAY 9,复合三子镜整体性能与GOLAY 9相近,且复合三子镜在结构排列上具有对称易装调的优点.

设计了一套由4个反射镜组成的非共轴掠入射X射线显微镜,分析了该系统的像差和成像质量.为了研制出高质量的设备,需要制定合理的加工和装配公差.研究了由于元件和结构参数(反射镜的半径,物距,掠入射角等)的误差而引起的高斯参数和像差的变化.首次用点列图和调制传递函数来定量评价图像质量降低的程度,并在此基础上制定了合理的加工和装配公差.在这些公差的约束下,研制成一套非共轴掠入射X射线显微镜,在激光引爆的惯性约束聚变的诊断实验中,用该系统获得了高质量的图像.

二维精瞄偏转镜是自由空间光通信中捕获、跟踪和瞄准(ATP)系统的关键组成部分,对偏转镜进行了机构设计和有限元模态分析,偏转镜采用压电陶瓷驱动器驱动,采用柔性铰链传动.研制了集驱动、检测、主控模块为一体的数字式精密定位控制器,在实验室构建了两套测试系统,对偏转镜的频率和静态性能进行了测试,并着重介绍了频率的两种测量方法及其优缺点分析.仿真和测试结果表明,偏转镜的频率约为1.5 kHz,转角范围约为±2 mrad,精度约为1 μrad,分辨率约为0.1 μrad.

从理论上计算了空间遥感相机常用的四种镜体材料-ULE、Zerodur、铍(Be)和碳化硅(SiC)的结构参数.根据计算结果比较了这几种材料的性能,最后比较了两种轻型反射镜结构-对称夹心结构和底面开口结构.理论计算表明:SiC是较优异的空间用反射镜材料,对称夹心结构是较理想的镜体结构.根据理论计算所得结构参数并结合实际制作了直径为500 mm的对称夹心结构碳化硅质轻型镜体.

外延膜层厚度的精确性对垂直腔面发射激光器(VCSEL)是十分重要的.应用传输矩阵方法分析了厚度偏差对半导体布拉格反射镜(DBR)反射谱的影响,并利用这种影响提出了一种金属有机化合物汽相淀积(MOCVD)制备布拉格反射镜精确确定外延厚度的方法.据此,应用MOCVD生长了980 nmVCSEL外延片,其反射谱中心波长为982 nm.结果表明,应用这种方法能够实现材料厚度、MOCVD系统生长参数的定标以及为VCSEL的材料生长提供可靠的依据.

基于径向基函数神经网络(RBFN)建立了茶多酚总儿茶素含量的近红外光谱分析模型.茶多酚光谱采用小波压缩、标准化处理后,进行主成分分解,以主成分光谱作为RBFN的隐层输入函数,并通过改变主成分数对模型进行优化.当主成分数为7时得到了RBFN优化模型,该模型对定标样品集、全样品集和预测样品集的预测值与实际值回归系数R分别为0.999,0.999和0.992,预测均方误RMSEP分别为1.08%,2.06%和3.68%.

研究了原子束的传输特性、激光冷却的效果及应用刀口技术实现μK量级冷却温度的测量,得出如下结论:原子从原子炉的出射口发射出以后,不论是否经过激光冷却,原子运动的距离越长,分布的均匀性越差.激光冷却可使原子炉出射原子的横向速度降低几个数量级,使原子束经传输后的横向分布均匀度大大提高.刀口技术可用来测量激光冷却后的温度,测量精度主要由测量荧光的CCD的像元尺寸决定.这些结论对深入开展激光冷却实验具有重要的意义.

提出了基于多尺度Retinex(MSR)方法的医学数字X光图像增强处理方法,论述了该算法的原理及实现方法.在3种标准偏差下,求得高斯滤波系数;然后使用3种不同的高斯滤波系数对X光图像进行卷积操作,将3种标准偏差尺度下得到的结果进行加权平均;最后将输出灰度值进行增益映射,得到可用于显示的结果.试验结果表明:MSR算法既可实现低对比的数字X光图像增强,又能实现图像的动态范围压缩,可显著提高暗区数字X光图像的信息.将该方法与几种常用图像增强方法进行了分析比较,表明MSR算法使得X光图像具有更好的灰度分布,能够显著提高暗区图像的信息量,其增强后的信息熵是常规增强方法的2倍,表现出了优良的性能.该方法克服了目前常规的数字X光图像增强方法的不足,能够满足医生临床诊断的要求.

提出了一种新型的硅基M-Z干涉型光电集成加速度地震检波器.对硅基微光电机械加速度地震检波器的M-Z光波导干涉仪系统进行了系统研究和优化设计,采用K9玻璃作为基底层和包层材料,Bak7玻璃作为波导层材料,波导的宽度为4 μm,厚度为0.4 μm.M-Z光波导干涉仪的Y分支设计中采用上升反正弦S型弯曲,为适用于该干涉仪的信号臂和参考臂大跨距的特殊结构,应用波导转向镜实现了大角度光路转折,反射转向镜的内介质采用镀制金属铝膜得以实现,并利用BPM进行了仿真.为了防止TE模偏振光的偏振态经铝膜全反射后发生变化,加了4个长度为1 mm的TE模偏振器以保持其偏振态.实验结果与理论相符.

利用InGaAs/InGaAsP应变量子阱外延层材料制作出高功率半导体激光列阵模块.激光芯片宽1 cm,腔长1 200 μm,条宽200 μm,填充密度为50%,前后腔面光学膜分别为单层Al2O3和Al2O3/5(HfO2/SiO2)/HfO2,室温连续输出功率达到68.5 W,器件光谱中心波长为1 059 nm,光谱宽度(FWHM)为9 nm.

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布.分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的其气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm.磁场分析结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用.对计算结果做了理论分析,并将计算结果和实验结果进行了比较,计算值和实测值基本一致.

对等步距多工位工作的纳米工作台,采用灰色模型能够同时对定位误差中的系统误差和随机误差进行动态补偿.讨论了提高灰色模型精度的方法,建立了改进背景值的等维新息GM(1,1)灰色预测模型.用5 μm步距定位误差进行了一步预测分析,结果表明该模型具有较高的预测精度;5 μm和3 μm步距的定位误差预测补偿实验表明,工作台的定位误差可以控制在40 nm以内.实验证明了灰色预测模型用于纳米定位系统动态补偿的有效性,且需要的建模数据很少、计算量小,适用于具有时变特征的精密定位系统.

研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台,该微定位平台具有高刚度、高响应速度和高分辨率等优点.为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出.考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型.通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验结果表明微定位平台的分辨率为5 nm,固有频率分别为143 Hz和180 Hz.该微定位平台可应用于纳米级的微定位.