1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 信息工程学院, 武汉 430070
3 武汉理工大学 理学院,武汉 430070
为了实时监测石化反应器内部高温、高压环境下压力和温度变化, 严格控制原料的反应过程, 采用法布里-珀罗(F-P)多腔干涉理论, 设计并制备了一种光纤F-P温度、压力复合传感器。该传感器由石英玻璃和蓝宝石玻璃构成, 石英与蓝宝石之间的空气腔为压力腔, 温度腔则为蓝宝石本身。通过理论计算和仿真验证, 分析了压力腔和温度腔不同参数对传感器性能的影响, 从而取得了最佳的传感器结构参数数据。结果表明,该传感器制作工艺简单且性能可靠, 能够实现0MPa~5MPa和-20℃~300℃范围内压力和温度的同时测量; 该传感器在压力0.1MPa~5MPa和温度20℃~180℃环境下有良好压力温度线性响应关系, 压力灵敏度为796nm/MPa, 温度灵敏度为3.864nm/℃。该传感器适用于石化反应器内部高温高压环境下压力和温度的同时监测。
传感器技术 光纤F-P复合传感器 高温高压 温度腔 压力腔 sensor technique fiber Fabry-Perot composite sensor high temperature and high pressure temperature cavity pressure cavity
1 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学 信息工程学院, 武汉 430070
3 武汉理工大学 机电工程学院, 武汉 430070
4 日照武汉理工大生物医药暨新材料研究院, 日照 276800
复合材料在服役过程中易受到外部的低能量冲击, 造成不可见损伤, 为了监测复合材料健康状况, 将光纤布喇格光栅(FBG)传感网络粘贴布置于碳纤维复合材料表面, 采用基于反向传播（BP）神经网络系统的智能复合材料冲击定位识别技术, 获取FBG传感的时域信号响应值, 从而进行了复合材料冲击位置的预判。结果表明, BP神经网络算法具有非线性逼近能力强、容错率高和自适应能力强等优点, 可以实现复合材料层合板的参数化识别定位, 且预测结果与待测复合材料层合板总长度比值小于0.1。该FBG传感系统可为智能化复合材料冲击损伤自调整和自修复能力提供更准确的信息。
传感器技术 光纤布喇格光栅传感 冲击定位 反向传播神经网络 复合材料 sensor technique fiber Bragg grating sensing impact location back propagation neural network composite material
1 北京应用物理与计算数学研究所，北京 100094
2 北京大学 应用物理与技术研究中心 高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室工学院，北京 100871
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
4 中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所，上海 201800
5 中国矿业大学（北京），北京 100083
6 中国海洋大学 数学科学学院，山东 青岛 266100
7 安徽大学 物理与材料科学学院，合肥 230039
激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题，因而受到国际社会的普遍重视，一直是国际研究的前沿热点。目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍（属于内禀困难）是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制，对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科，同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件。作为新兴研究课题，高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索。此外，流体力学不稳定性及其引起的湍流混合，还是天体物理现象（如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸）中的重要过程，涉及天体物理的一些核心研究内容。本文首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展，梳理了其中的挑战和机遇。然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性，在大量分解和综合物理研究基础上，凝练出了目前制约美国国家点火装置（NIF）内爆性能的主要流体不稳定性问题。接下来，总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况。最后，展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展。该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制，以及聚变靶物理研究与设计，注重理论探索和实验研究相结合，近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果，有力地推动了该研究方向在国内的发展。
激光聚变 惯性约束聚变 流体力学不稳定性 高能量密度物理 非线性流动 辐射流体力学 内爆物理 laser fusion inertial confinement fusion hydrodynamic instability high-energy-density physics nonlinear flow radiation hydrodynamics implosion physics 强激光与粒子束
2021, 33(1): 012001
为了分析雾天多次散射引起的激光透射仪能见度测量误差，结合激光大气透射仪的系统参量，基于平流雾和辐射雾分布模型，采用蒙特卡洛法对激光在雾中的传输特性进行了理论分析和数值模拟，获得了雾天透过率数据，并计算得到了多次散射引起的能见度误差。结果表明，在雾天气下随着空气中含水量的增多，多次散射越明显，透过率测量误差越大，辐射雾的透过率相对误差高达116.76%；同等条件下，当接收机直径为100cm时，辐射雾多次散射引起的能见度测量误差为19.30%；同时选取较小的接收机直径可以减小多次散射引起的能见度测量误差。因此,在雾天应用激光透射仪进行能见度测量时，需考虑多次散射的影响。此研究结果对实际雾天气下激光大气透射仪能见度的测量具有重要的指导意义。
散射 能见度测量 蒙特卡洛法 平流雾 辐射雾 scattering visibility measurement Monte-Carlo method advection fog radiation fog
电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南洛阳 471003
介绍了一种基于阶梯波频率调制的假目标干扰方法，分析了分段移频调制对线性调频(LFM)信号的调制原理以及干扰信号的匹配滤波处理结果。基于 LFM信号的时频耦合特性，理论分析表明，对 LFM信号进行分段并附加不同的多普勒频率调制，可以产生多个假目标。通过仿真实验验证了所提方法的有效性和正确性，并验证了均匀调制、非均匀调制时的干扰效果。实验结果表明该方法可以灵活实现不同幅度、不同间隔的多假目标干扰效果，是一种行之有效的有源干扰方法。
阶梯波 移频调制 干扰信号 线性调频 step-wave frequency -shift modulation jamming Linear Frequency Modulation(LFM) 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(5): 871
云南师范大学 物理与电子信息学院, 云南 昆明 650500
研究了基于选择最优滤光片多光谱成像系统优化问题,采用了优化的滤光片组合,组建了一个六通道的多光谱成像系统。利用提出的基向量和多项式组合的方式重构光谱数据,成功重建出博物馆、美术馆等展览馆常用的两种典型光源模拟器D65和A光源下油画的光谱反射率,并以光谱均方误差和色差综合误差评价成像质量。对两种光源下重建结果分析可得,最优滤光片的选取与光照环境密切相关。根据光照环境不同采用选取出的最优滤光片可得到最好光谱成像图,并且能在光谱和色度上都达到较高精度。
多光谱成像 最优滤光片 基向量法 多项式模型 数码相机 multi-spectral imaging the optimal filters basic vector polynomial model digital camera
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
利用数值模拟的方法研究了辐射驱动中心点火靶丸辐射脉冲的整形方法。根据文献对于燃料低熵压缩冲击波匹配要求的描述，设计了一个四台阶型的驱动脉冲。发现在冲击波汇聚后，燃料内的强稀疏使得烧蚀面产生额外的强冲击波，导致靶丸的熵增较大，不能满足要求。设计了三台阶加两折线形式的脉冲曲线，利用第4个冲击波的时间及强度变化抑制了稀疏波，避免额外的强冲击波产生，很好地抑制了熵增。还描述了为了避免烧蚀层烧穿而过早关闭辐射源，导致燃料压缩密度下降的问题。三台阶加两折线形式的脉冲通过控制峰值温度的时间，解决了此问题，使燃料达到很好的压缩效果。
惯性约束聚变 辐射驱动 中心点火 低熵压缩 脉冲整形 inertial confinement fusion radiation drive central ignition low-entropy compression pulse shaping
北京应用物理与计算数学研究所， 北京 100094
激光聚变内爆实验中，在燃料中掺杂少量比例的中高Z材料，用X光光谱和X光成像测量掺杂元素的发射信息，诊断燃料的温度、密度和压缩形状。用辐射流体力学数值计算和X光成像后处理程序综合分析方法，给出了内爆靶丸优化设计，并讨论示踪材料在X光诊断中的作用。结果表明:在靶丸燃料D2中掺原子分数约1.0％的氩，内爆压缩中子产额下降约15％。由于氩线发射使整个燃料区X光发射强度提高约50倍，X光成像区域增大约30％，有利于实验诊断测量燃料芯部。为了测量燃料区的边界，在CH内壳层涂厚度0.05 μm的硫，分析表明硫Ly-α单能成像大小与流体力学计算的燃料区大小一致，可用于诊断燃料最终压缩界面。数值分析结果得到了神光Ⅱ间接驱动内爆物理相关实验的验证。
激光聚变 内爆 示踪元素 燃料界面 X光诊断 laser fusion implosion tracer fuel boundary X-ray diagnostics
基于定态局域热动平衡辐射输运方程求解和光线追踪方法,编制了X光成像后处理程序,能够数值再现ICF内爆压缩X光成像过程.将该程序用于神光Ⅱ装置间接驱动内爆物理的理论设计和实验数据分析.模拟结果表明:燃料区压缩后的尺寸、燃料区掺Ar和内壳层涂S两元素特征谱线发光时序及发光持续时间等过程,后处理方法结果与诊断测量数据基本符合.
内爆压缩 X光成像 后处理 光线追踪方法 强激光与粒子束
2007, 19(11): 1858
1 北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
利用1维多群非平衡辐射输运RDMG程序,对不同能谱分布的辐射场驱动的靶丸的辐射烧蚀过程及中子产额进行了模拟计算,并与实验测量结果进行了初步比较.结果发现,辐射驱动源的能谱平衡性,特别是高能金M带成分对内爆靶丸产生预热效应,降低核燃料区压缩度,电子及离子温度,从而显著降低了中子产额.计算结果表明:中子产额随CH壳厚增加而下降,该变化规律与实验结果基本符合.
非平衡辐射源 辐射烧蚀 M能带 中子产额 Non-LTE radiation source Radiative ablation M energy band Neutron yield
