南昌航空大学 航空制造工程学院, 江西 南昌330063
压电振子的工作频带宽度是影响压电振动能量收集器发电效率的关键指标。该文旨在分析一种锯齿型阵列式压电振动能量收集器结构模态频率, 为压电振子的动力学设计提供参考。首先, 基于弹性梁振动理论, 推导了锯齿型压电梁的动力学方程, 并分析了影响压电梁模态频率的因素。然后, 通过COMSOL建立锯齿形压电梁的有限元模型, 分析了其频响特性、功率与负载阻抗匹配特性及加速度依赖性。最后, 通过实验研究测试了锯齿型压电梁的电压幅频特性曲线, 验证了理论分析与仿真模拟结果的合理性。结果表明, 锯齿型阵列式压电振动能量收集器能够有效地拓宽工作频带, 进而提高发电效率。
压电 能量收集 锯齿型 阵列式 宽频带 piezoelectric energy harvesting sawtooth array broadband
强激光与粒子束
2022, 34(9): 099001
上海交通大学 轻合金精密成型国家工程研究中心,上海 200240
匹配层材料及结构对于提高阵列式换能器的带宽、灵敏度及轴向分辨率有重要作用。为了探究不同匹配层材料对阵列式换能器性能的影响，该文通过有限元法模拟了包括高分子材料、0-3复合材料及镁合金等多种匹配层材料的阵列式换能器，综合比较了各自的频域特性及时域特性。仿真结果表明，使用AZ31B镁合金作为第一匹配层、Epo-Tek 301环氧树脂作为第二匹配层的阵列式换能器模型具有最佳的综合性能，从而为高性能阵列式压电超声换能器的开发、研究提供了新的匹配层设计参考方案。
阵列式换能器 有限元法(FEM) 频域分析 时域分析 声阻抗匹配层 镁合金 array transducer finite element method(FEM) frequency domain analysis time domain analysis acoustic impedance matching layer magnesium alloy
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 空间机器人工程中心 空间机器人系统创新研究室，吉林长春30033
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京100049
为了测量大质量设备的多维扰振力，设计了一种基于传感器阵列式分布的多维扰振测量平台。该平台基于压电传感器采用了冗余式阵列的振动测量策略，解决了大负载及高刚度的测量要求，避免了结构耦合引入的测量精度损失。同时，为了克服阵列式测量引入的冗余测量误差，本文基于广义逆求解法进行测量精度优化，针对不同的被测振源选取不同位置的传感器作为测量单元，并在此基础上采用全回归法的线性解耦算法得到更精确的三维力求解表达式，避免了冗余测量引入系统误差，也降低了不同力学特性的振源对平台测量结果的影响。最后，搭建了该阵列式多维扰振力测量平台的原理样机，通过实验验证了测量平台的可行性。实验结果表明，该系统保证了高承载能力和刚度（样机基频为1 174 Hz，承载能力达416 kN），对8~800 Hz频率范围内的三维广义力的动态相对误差小于5%，满足了精度高、载荷大、刚度强等测量要求。
微振动 重载测量 阵列式传感器 线性解耦算法 测量策略 micro vibration heavy load measurement array sensor linear decoupling algorithm measuring strategy
1 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
2 北京理工大学 光电学院，北京 100081
利用阵列式网络具有探测覆盖面积大、可靠性高、环境适应性强等技术优点，在组网内各侦察设备获得目标连续随时间变化的方位角、俯仰角等信息基础上，提出了基于阵列光电系统观测数据的坐标转换和数据融合方法。系统侦察站采用m×n阵列布站组网，目标进入侦察覆盖区域后各侦察站全方位观察，获得目标的角位置信息与时间数据，实时发送至中心站进行坐标转换与数据融合处理，实现对空间目标的快速探测及坐标定位。同时设计了相关算法软件并进行了外场实验，在1×3侦察阵列下完成了对空域目标的侦察观测，根据中心站数据处理结果实时建立了被测目标的三维航迹。实验结果表明：提出的坐标转换与数据融合处理方法，能够有效提升阵列光电系统的实际应用能力。
阵列式 观测系统 坐标转换 数据融合 array type observation system coordinate conversion data fusion
1 江西科技师范大学光电子与通信重点实验室, 江西 南昌 330038
2 广东工业大学精密电子制造技术与装备国家重点实验室, 广东 广州 510006
光声层析成像(PAT)作为一种新兴的成像技术,以独特的免标记、高分辨率、高对比度的多尺度成像能力,在生物医学成像中备受关注,正迅速向临床试验转化。得益于超声探测技术和激光技术的快速发展,PAT系统正逐步实现实时、大视场、高分辨率、高穿透深度的组织结构和功能成像。主要综述了环形阵列式PAT系统在生物医学成像中的研究进展及其在预临床和临床实践中面对的问题。
光声层析成像 环形阵列式超声传感器 生物医学成像 激光与光电子学进展
2020, 57(12): 120004
中国计量科学研究院光学与激光计量研究所, 北京 100029
应对气候变化预测与灾害天气防范等科学难题, 空间观测领域提出高精度的光谱辐射度定标需求。 阵列式光谱辐射计存在内部结构缺陷和光学元器件不理想等问题, 导致杂散辐射, 严重影响光谱辐射度测量结果的准确性。 测量多种典型阵列式光谱辐射计的杂散辐射特性, 考虑外场目标光源与实验室定标光源不一致对杂散辐射修正的影响, 分别基于带通滤光片和可调谐激光器研究紫外杂散辐射修正方法。 首先, 利用不同光谱透过率的带通滤光片, 测量可见及红外光谱辐射引起的紫外杂散信号。 针对杂散辐射分布特点, 建立数学修正模型, 实现高效快捷的杂散辐射修正。 地基验证场的光谱辐射亮度测量结果修正后, 紫外杂散辐射信号显著降低。 对于连续分布的宽谱段光源, 带通滤光片修正法具有实验简便易行、 测试过程高效等优点。 然而, 实现非连续分布或窄带光源的高精度杂散辐射修正存在困难。 为此, 建立基于可调谐激光器的杂散辐射测量系统, 解决了各个像素点杂散辐射线扩展函数的测量难题。 改变可调谐激光器的输出波长, 精细化测量各个像素点的杂散辐射线扩展函数, 再推导出杂散辐射信号分布函数, 通过MATLAB软件将矩阵反演运算, 得到各像素点的杂散辐射修正结果, 实现杂散辐射的高精度修正。 利用不同类型的阵列式光谱辐射计验证了该修正方法, 对于非连续分布的窄带光源, 测量结果修正后杂散辐射信号降低了一个数量级, 并且谱线两边的杂散宽峰显著消除, 大幅降低了紫外波段的测量偏差。 针对不同光谱分布的光源, 建立了两种优势互补的杂散辐射修正方法, 有效改善了阵列式光谱辐射计的紫外测量结果偏差, 进一步确保我国地球观测数据的准确性和国际等效互认。
阵列式光谱辐射计 带通滤光片 可调谐激光器 杂散辐射修正 Array spectroradiometer Bandpass filter Tunable laser Stray light correction
针对单台光电侦察设备存在侦察范围小和跟踪目标单一等不足, 使用阵列式光电侦察技术组成整体系统, 提出布站组网方案, 采用5×6阵列方阵布站并组网, 前伸了警戒线, 扩大了侦察区域, 从前沿地带到中心保卫目标通过有序、接力探测, 形成复合跟踪。研究了布站间距的方案设计, 得出了最合理的布站区间。由综合光电组网覆盖区域内各单元的航迹可得到目标完整、连续的航迹, 采用信息融合技术可获得精确的目标状态和属性估计, 提高了目标的检测概率。最后完成了覆盖密度分析和目标发现概率的计算, 计算结果显示, 在单个光电侦察设备发现目标概率为90%的情况下, 通过合理布站可使整个系统网络覆盖区域内目标综合发现概率提升至97472%。实验结果表明: 提出的光电组网技术能够大幅度增强目标的探测和跟踪能力。
光电侦察 阵列式方阵 组网技术 发现概率 photoelectric reconnaissance array type networking technology detection probability
湖北工业大学 湖北省现代制造质量工程重点实验室, 武汉 430068
声纳系统是水下**装备的重要组成部分, 其发展趋向隐蔽性、小型化。文章提出了一种基于小型化三元阵列式微机电系统(MEMS)水听器的被动定位系统。首先, 设计了一种三元阵列式MEMS水听器, 即在同一芯片上集成三个不同角度偏差的MEMS矢量敏感单元; 其次, 在充分分析水听器工作原理的基础上建立了阵列式水听器的定位模型, 并通过仿真验证了其设计的合理性; 最后, 以STM32单片机为控制核心设计了阵列式MEMS水听器的信号处理与目标定位系统。这种三元阵列式MEMS水听器在仿真定位中展现了良好的定位精度, 充分证明了本系统设计的正确性及实用性。
集成阵列式 MEMS水听器 被动定位系统 integrated array MEMS hydrophone passive positioning system
1 西安邮电大学 电子工程学院, 陕西 西安 710121
2 中国船舶重工集团第705研究所 水下信息与控制重点实验室, 陕西 西安 710121
针对水下无线激光通信系统中对准困难的问题, 提出了一种分集阵列式光学接收天线, 在光学设计软件Zemax中分别设计出了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的光学结构, 分析了复合光学接收天线和分集阵列式光学接收天线的视场角、聚光效率以及光源移动范围, 并且通过实验和Matlab仿真给出两种光学接收天线的聚光效率随光源径向移动范围和光源入射角的关系, 结果表明: 当光源尺寸10 mm时, 复合光学接收天线的聚光效率是0.06%, 接收视场角是±6°, 光源径向移动范围是±6 mm; 分集阵列式光学接收天线的聚光效率是0.06%, 接收视场角是±16°, 光源径向移动范围是±22 mm。因此分集阵列式光学接收天线更适用于水下激光通信系统。
水下无线激光通信 分集阵列式光学接收天线 视场角 聚光效率 underwater wireless laser communication diversity array optical receiving antenna field of view angle light gathering efficiency 红外与激光工程
2018, 47(9): 0903005
