利用冷原子温度低、里德堡电磁感应透明(EIT)谱峰窄、原子量子态明确的优势,在冷铷原子样品中基于里德堡EIT和Autler-Townes(AT)分裂效应直接通过光谱频率间隔测量了微波电场的极化.结果表明,里德堡EIT-AT分裂间隔随微波电场极化方向的改变呈现单调变化,并与微波电场极化在探测光偏振方向上的投影成正比,实现了微波电场极化分辨率3.2 °.相比于传统的热原子蒸汽池中利用EIT共振处探测光透过率变化的方法而言,基于冷原子的EIT-AT分裂间距测量微波极化的方法具有更为直接、准确和分析简单等优点.该工作对微波极化的绝对测量和电场强度的校准都具有重要的意义.
概述了量子力学的历史,介绍了薛定谔方程及其波函数的解释、泡利不相容原理、海森堡测不准原理,对海森堡测不准原理使用样本数值计算来说明.简要讨论了量子效应在计量学中的应用、介绍和比较了传统标准和量子标准的精度和分辨率的限制,并论述了量子效应在新国际单位制中的作用.虽然量子效应的应用范围广泛,但因为其理论性较强,难于被大众所理解,体现在2018 版SI中存在诸多的缺点和不足.最后,展望了量子计量学广阔的发展前景.
全自主导航可在不与外界进行信息交换前提下实现全天候、高抗干扰、高隐蔽性定位、导航和授时.冷原子干涉仪由于其物质波和能够提供绝对测量的特性,具有超高的灵敏度和稳定度潜力,有望打造出惯性导航及重力与重力梯度地图匹配辅助导航一体化的全自主高精度导航系统并应用于长时航程载体.从原子干涉仪的构型出发,综述了近十几年国际上的冷原子传感器相关研究,并对各类技术方案进行分析,为适用于一体化全自主导航的方案选择提供参考.
为解决低温条件下零件微形变直接测量难题,提出了基于高精度工业 CT(Industrial Computerized Tomography,ICT)的零件低温微形变测量方法.基于工业CT搭建低温微形变测试平台,依照构建的电压电流参数组合表对样品在低温和常温环境下分别扫描测量.首先介绍了工业CT的成像原理,然后阐述了低温条件下零件微形变测量过程中的关键技术,最后详细描述了试验结果并进行了分析.结果表明,所提出的测量方法重复性好,解决了零件低温微形变无法直接测量的难题.对于材质线膨胀系数未精确测算的样品,可以使用工业CT测量样品微形变以替代使用借鉴的线膨胀系数估算微形变的方法.
论述了对SI基本单位——千克的定义演变历程,阐明了驱使质量单位快速实现量子化的具体成因,以及实现量子化后对质量计量和电学计量所产生的影响.讨论了基于阿伏伽德罗常数和基于普朗克常数这两种实现质量单位量子化途径的内在逻辑,重点关注了利用功率天平来建立宏观质量与普朗克常数之间联系的具体原理与工作过程.介绍了NPL、NIST、NIM等六个计量技术研究机构关于功率天平的研制工作与测量结果.数据表明,我国在质量量子计量基准研究领域已迈入国际先进水平.
量子精密测量技术是根据量子力学基本原理,利用光、原子和磁之间的相互作用对待测物理量进行测量.通过阐述量子精密测量概念及量子精密测量中的技术原理为切入点,开展量子精密测量技术在测量领域中的典型应用调研总结,分析了飞秒光频梳技术、原子系综精密测量技术及量子态光场光学精密测量技术的原理、应用及发展现状,可为我国量子计量技术发展提供借鉴.
量子真空测量是未来真空计量技术的重要发展方向,其基于物质的本征物理性质开展,具有无需校准、对真空环境扰动小、精度高等特点.目前,实验室规模的冷原子量子真空测量设备已经表现出了优秀的性能,科学家们正在努力推进量子传感器的实际应用,这意味着冷原子量子真空测量设备必须从实验室规模的大型平台转变为紧凑的小型化量子传感器.这要求小型化冷原子量子传感器同时具有很小的体积,以及在极端动态条件下优秀的工作性能.在本文中,介绍了冷原子量子传感器小型化的最新进展,重点关注了原子冷却所需的关键元件,包括激光系统、原子源、磁光阱和线圈等.讨论了各元件的小型化方案以及对传感器性能的影响,并对冷原子量子真空传感器的发展进行了展望.
压电冲击传感器大多采用电荷型输出,内置变换电路压电冲击传感器较少.造成压电冲击传感器采用电荷输出的原因是内置变换电路对冲击信号适应性差,受到传感器内部结构限制,内置变换电路很难达到冲击信号测量要求.为了设计能够满足冲击传感器内置使用的变换电路,从冲击信号特点分析开始,对于压电传感器两种内置变换电路特性进行了分析,并通过分析电荷变换与电压变换电路特点,得出了电压变换电路适合作为传感器内置变换电路的结论,并对内置电压变换电路传感器进行了测试验证.
量子精密测量技术以其突破标准量子极限(SQL)的优势,在众多领域中表现出了广阔的应用前景.介绍了基于压缩光与纠缠光的量子干涉测量的基本原理,主要包括基于Hong-Ou-Mandel(HOM)干涉测量以及Mach-Zehnder(MZ)干涉测量的原理.综述了目前量子干涉测量技术的主要应用方向,包括在微小位移与角度多参数同时测量、引力波测量、气体浓度检测以及量子成像等方面的应用,展望了量子精密测量技术的未来发展与应用前景,并对目前存在的问题及其未来的发展趋势进行了分析.
光学频率梳由一系列等间距分布的相干激光组成,作为高精度频率标准可以实现气体吸收光谱的超精细扫描,在光谱分析、燃烧诊断等领域有重要应用.基于克尔效应的微环谐振腔,具备尺寸小、重量轻、功耗低等优点,有望成为新一代集成光源.开展了片上孤子光学频率梳集成与测试研究,实现了孤子光学频率梳的集成封装,试验观测到了孤子的演化过程,实现了宽带孤子光频梳波长范围大于100 nm,重复频率大于49 GHz.同时,基于双微环谐振腔构建了双梳系统,重频差14.69 MHz,实现了C2 H2 吸收光谱的精细扫描.
双光梳光谱作为一项新兴技术,具备响应快、分辨率高、灵敏度高、光谱范围宽等优点,在分子精密光谱分析领域中有独特的优势和广阔的发展前景.提出了一种基于双光梳光谱的高温气体测量方案,利用两个存在微小重频差的光梳通过异步采样实现高温气体吸收光谱的高精度测量,并利用光谱-温度反演算法得到气体温度值.试验中采用了重复频率约为 205.315 MHz和 205.365 MHZ的双光梳系统,实现了 1 057K 温度下 CO2 气体在4.2 μm波长附近吸收光谱的高精度测量.结果表明,该技术作为一种主动式测温技术,具备高温气体的准确测量能力,在国防军工装备高温计量测试领域有重要的应用前景.
为解决露点变送器测量准确度受环境温度变化的影响,分析了环境温度变化对露点测量准确度影响的机理,结合现用基于双谐振湿敏元件的露点变送器,提出了基于自适应分区拟合曲线的温度补偿方法,开展了测试验证.测试结果表明该方法可有效提高露点变送器温度环境适应性.
针对叶型孔四轴影像测量系统中的成像视场局限问题,提出了一种基于精确坐标控制的背向照明图像拼接方法,以用于将采集到的多幅叶型孔局部图像拼接成全局图像.建立了该方法的数学模型,通过实际平移距离与像素尺寸当量等相关硬件参数反求得到图像拼接矩阵,而后采用刚性变换实现局部图像之间的逐次拼接.该方法包括局部图像数量计算、局部图像采集、图像拼接矩阵解算和全局背向照明图像生成等步骤,具有计算简单、运算量小、不涉及图像信息且无需图像重叠等优点.为了验证所提出的图像拼接方法的功能实现,应用该测量系统对分布于某静子环试验件上的目标叶型孔特征进行了图像拼接与测量实践,获取到其全局图像和型面轮廓参数测量结果,从而验证了叶型孔背向照明图像拼接方法的可行性和有效性.
运载器的测发控系统设计直接关系到地面数据传输的效率和可靠性.文中提出了一种通用性的低成本高集成一体化测发控系统,可以在保证远距离高效传输试验供配电等时序指令和遥测数据的同时,高效实现实时和事后对试验数据的解析和判读,地面软件接收器上数据完成飞行器的故障检测、健康状态评估及寿命和数据管理,将各系统功能及软件实现方法融为一体,简化了系统架构,降低了系统研制和维护成本,提高了系统集成性、可靠性及维护性.
ISO16063-34 给出了采用激光干涉绝对法进行振动传感器温度灵敏度校准的方法,解决了其溯源问题.文中给出了采用绝对法进行振动传感器温度灵敏度校准的不确定度评定方法,在深入研究影响振动测量因素的基础上,根据试验结果和经验数据给出了校准不确定度评定实例,为后续开展振动传感器温度灵敏度的不确定度评定提供参考,同时为高低温振动测量准确度的评估提供依据.
新一代运载火箭采用近距离光学平瞄方法,将光电瞄准仪架设在与火箭距离较近的发射塔架上.由于发射塔架不稳固,导致光电瞄准仪引入的基准方位存在误差.针对此问题,采用光学矢量传递理论,推导基准方位误差对瞄准精度的影响公式.数学仿真结果表明,瞄准基准设施的建设应满足一定的稳固度要求.
惯性测姿设备应用于动基座条件下的姿态测量时,其姿态角通过光电准直经纬仪等光学设备向目标传递.为了确保传递精度,惯性测姿设备与姿态传递设备之间的姿态关系需进行标定.动基座下,光电准直经纬仪对准惯性测姿设备的基准立方镜测量,利用同步数据采集器对惯性测姿设备、伺服稳定平台和光电准直经纬仪进行同步数据采集,依据姿态角的坐标转换建立传递方程组,通过求解方程组中的未知参数,实现惯性测姿设备和传递设备之间姿态关系的动态标定.利用惯性测姿设备和传递设备进行试验,验证了该动态标定方法的可行性.
为满足辐射热流测量系统的现场校准需求,基于高功率半导体激光热源发生技术,研制热流现场校准装置,介绍了热流现场校准装置的组成以及装置各组成部件的设计参数,通过光学分析软件对热流源进行光路设计,通过分析现场校准装置的各不确定度分量及计算合成的扩展不确定度,该装置实现扩展不确定度为 2.7%,能够满足热流现场校准需求.
传统雷达方案是基于电磁波信号传输理论,通过探测空间中物体反射的电磁波回波信号,来实现目标定位及其他参数的测量.相比于传统雷达方案,量子技术框架下的量子雷达方案旨在提高雷达探测精度和反应速度,同时在抗干扰能力和反隐身功能等方面也具有更加明显的优势.该雷达发展动态研究阐述了量子技术的原理、发展及量子测量技术在雷达中的应用研究动态,着重叙述国内现有最新基于先进量子测量技术的三种量子雷达技术方案,通过案例分析其原理,为未来量子雷达的进一步发展提供可以借鉴的新思路.
量子技术赋予科学家直接操纵光子的能力,与传统的光辐射体系相比,测量精度得到了飞跃性的提升.但是,这种测量的精度极限在哪里?能否实现准确度更高的测量?针对上述问题,从量子测量理论切入,综述了近年来相关研究对量子测量不确定度极限的探索,并对其中涉及到的具体技术方法给出简明阐述,回顾了与计量学相关的量子光学基本工具和技术,描述实现量子增强光学测量的主要协议和策略,并总结了该领域的主要实验成果和突破.最后,探讨了为推动量子光学计量技术,未来仪器领域应重点发展的重点方向.
