2019年第5期文章目次

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  • 1  面向海洋应用的光纤光栅温度传感器研究进展
    王瑨 王永杰 张登攀
    2019, 49(5):515-514.
    [摘要](226) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    有效的深海探测技术是获取海洋环境和资源信息的重要方式,也成为当前海洋领域内的研究重点,而海水温度是海洋探测研究关注的重要物理量之一。光纤光栅温度传感器凭借其独特的传感优势已广泛应用于航空航天、石油化工等领域,但对于海洋环境监测领域渗透较少。本文简述光纤光栅基本原理、结构及性能,并与传统测量方法进行比较,重点研究了近几年国内外光纤光栅温度传感器在海洋探测领域的最新研究进展,通过分析指出光纤光栅温度传感器是对现有传统海洋温度探测器的重要补充,在此基础上对于未来海洋光纤光栅温度传感器的研究方向提出了一些建议。
    2  激光近净成形CBN磨具温度场仿真分析
    于天彪 贾闯 于奎东 赵旭峰
    2019, 49(5):523-528.
    [摘要](141) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    为了探究激光近净成形CBN磨具实验时的温度场分布,用Simufac.Welding对其进行三维建模数值模拟。采用高斯面热源和圆柱体热源组合热源,综合考虑对流、热传导、相变潜热及热物性参数的影响,分析了不同工艺参数下温度场的分布规律,另外进行了实际测温,验证了温度场仿真的可靠性,最后根据剖面显微硬度值分析了激光近净成形加工的急热急冷特征。
    3  基于激光标刻的细胞簇灰度降阶模型
    周志远 彭孟怀 沈玄 李红军
    2019, 49(5):529-534.
    [摘要](161) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    针对激光在物体表面标刻无法逼真具有连续色调的灰度图形的特征,建立了基于细胞簇灰度降阶模型,对标刻图形灰度数据信息以及降阶算法进行数学描述,对传统误差扩散的结构进行改善,形成由二次频域调制半色调的相应算法,构建最优细胞簇像素点分配相应模型,最后运算后的标刻图形数据通过增强纹理能量,极大程度上减少了周期性纹理缺陷,使处理后的标刻图形更加充分的表现原灰度图形信息,为激光标刻灰度图形提供了新的研究方向。
    4  移动线形激光破岩耦合场仿真分析及实验研究
    邓嵘 张文汀 康民强 敬斌杰
    2019, 49(5):535-542.
    [摘要](131) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    将激光技术与传统钻井技术相结合以实现高效破岩在油气开采领域具有极其重要的价值与前景。目前国内对静止点光束作用于岩石的破碎规律有一定的研究,而未对移动及不同形状激光束作用于岩石的破碎规律做相关研究。本文以实际钻井工况为背景,建立线形激光能量场分布数值模型,通过传热学相关理论建立了移动线形激光温度场分布数值模型。采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对移动线形激光作用花岗岩过程进行了热力耦合瞬态仿真,得到了移动线形激光作用花岗岩温度场的分布规律,以莫尔-库伦破坏准则为依据,仿真模拟了激光热应力作用下花岗岩的破损形貌。通过实验数据与仿真结果对比,验证了移动线形激光破岩温度场分布数值模型的合理性。由激光辐照前后花岗岩密度、孔隙度、单轴抗压强度的变化程度,得到了上述参数下激光对岩石损伤的相关数据,对合理匹配激光、机械两部分相关参数提供了一定数据支撑。
    5  储罐内角焊缝激光视觉定位方法研究
    陈思豪 王中任 肖光润 刘德政 刘海生
    2019, 49(5):543-548.
    [摘要](135) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    自主研发了一套用于储罐内角焊缝焊接的线结构光视觉引导系统。引入光平面建立了视觉传感器的三维数学模型,并通过定义双参考坐标系对光平面进行标定得到精确的像素坐标与世界坐标的三维转换矩阵。在图像处理上则采用两步定位的方法,第一步,使用基于相关性模板匹配法对焊缝进行匹配,匹配ROI仅为原图的10.66%,可以大幅减少系统处理时间,提高效率;第二步,通过改进的Canny算子自适应提取复杂环境中的焊缝特征边缘并拟合直线,得到精确的二维像素坐标,最后结合三维转换矩阵将其转化为三维世界坐标实现定位。通过焊接测试,该视觉引导系统的纠偏偏差小于0.12 mm,平均处理纠偏时间小于130 ms,具有较高的精度和实时性,可以满足实际的焊接要求。
    6  用于远程激光测距机的板条激光器
    张向阳 郎野
    2019, 49(5):549-552.
    [摘要](164) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    研制了用于远程激光脉冲测距机的板条激光器。使用半导体泵浦的MOPA激光结构实现了大于250 mJ的脉冲激光输出,输出脉冲宽度为12.83 ns,最终输出激光光束束散角为0.18 mrad。该激光测照器可应用于远程激光测距。对激光测距机的测距与照射能力进行了理论计算与分析。理论分析表明,应用于机载平台时,该激光测照器能够实现50 km距离的激光测距。该型激光测距机具有测距距离远,重量轻,结构紧凑等特点,具有广泛的应用前景。
    7  蝶形半导体激光器恒流驱动设计与实现
    邢素霞 王睿 郭瑞民 崔文超
    2019, 49(5):553-558.
    [摘要](154) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    蝶形半导体激光器驱动电流的稳定性直接决定了其输出波长的稳定性,进而影响检测精度。为了满足气体浓度检测中对激光器输出波长稳定可调的要求,设计了数字与模拟电路混合的恒流驱动电路。以STC90C51为主控芯片数控模块完成扫描键盘、DA转换;模拟电路主要由负反馈运算放大、高精度CMOS管和反馈电阻构成,完成电压到电流的转换,输出至蝶形半导体激光器,实现蝶形半导体激光器恒流驱动。输出电流在0~300 mA范围内连续可调,输出驱动电流误差小于±0.003 mA,满足系统对恒流驱动±0.005 mA的误差精度要求。
    8  红外探测器用旋转集成式斯特林制冷机失效分析
    刘湘德 朱志雄 迟国春 聂媛 温建国
    2019, 49(5):559-564.
    [摘要](157) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    以一款制冷量为0.4 W的XD-2A型旋转集成式斯特林制冷机为例,介绍其耦合红外焦平面探测器杜瓦组件后,在实际使用过程中遇到的一些故障现象。通过故障机理分析,给出了故障的解决或控制措施,方便用户及时排查与制冷机、驱动电路及红外焦平面探测器杜瓦组件相关的故障原因。文中介绍的一些故障现象、机理分析及解决和控制措施同样也适用其他型号的旋转集成式斯特林制冷机。
    9  非制冷红外热像仪稳定性验证方法研究
    王小力 黄潇
    2019, 49(5):565-570.
    [摘要](165) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    非制冷红外热像仪随着环境温度、电源波动以及吸收红外辐射的增加,将会产生严重的温度漂移现象,这将影响到红外探测器的响应特性,从而导致输出信号受一定的影响。本文针对应用在测温检测方面的非制冷红外热像仪开展研究,提出了一种红外热像仪稳定性验证试验方法,并通过此方法对国内外多款非制冷红外热像仪进行了稳定性测试,绘制其输出信号随时间变化的曲线。根据稳定性情况确定针对热像仪温度漂移的温度补偿算法,提升应用产品的测温精度。
    10  分子束外延用碲锌镉(211)B衬底湿化学预处理技术研究
    吴亮亮 王丛 高达 王经纬 刘铭 周立庆
    2019, 49(5):571-576.
    [摘要](182) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    主要分析了不同溴甲醇溶液腐蚀方法对分子束外延用碲锌镉(211)B衬底表面粗糙度及反射式高能电子衍射(RHEED)图样的影响。实验发现化学抛光后未使用溴甲醇腐蚀的CZT(211)B衬底虽然表面粗糙度较小(小于1.0 nm),但表面RHEED衍射图样无任何衍射点或者条纹;采用0.05%溴体积比的溴甲醇溶液腐蚀CZT(211)B衬底时,即使腐蚀极短的时间,衬底表面粗糙度也达到2.0 nm以上,且表面存在高密度的柱状物,衬底表面RHEED图样呈圆点状或条纹较粗且存在亮点;采用0.01%溴体积比的溴甲醇溶液腐蚀CZT(211)B衬底,表面粗糙度可控制在1.0 nm左右,同时RHEED图样为特征的CZT(211)B晶面短条纹衍射图样,条纹清晰,同时多片衬底重复实验结果一致。同时在其上分子束外延的未优化的中波碲镉汞材料半峰宽为(49.1±5.9)arcsec,组分为0.3083±0.0003,厚度为6.54±0.019 μm。
    11  基于多通道高朗伯特性的辐射测量技术研究
    李娜 林冠宇 段民征 李博 田杰文 尼启良
    2019, 49(5):577-583.
    [摘要](139) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    近年来大气气溶胶与日俱增,对全球气候和大气环境产生了巨大的负面影响,同时气溶胶的污染特性与臭氧层的破坏有密切关联,为对大气气溶胶、臭氧及太阳辐射剂量进行监测,本文提出一种新型大气探测辐射计的研制及测量方法,该方法研制的辐射计既可用于气候监测,又可用于农业监测。辐射计涵盖可见-红外谱段,同时拥有七个探测通道,它特有的三片式平面匀化器,可控制辐射剂量,保证双腔式探测器的高朗伯特性,经实验验证朗伯特性误差不超过2%。进行高精度辐射定标后,辐射计可获取精确的太阳辐射信号,进而反演出大气气溶胶光学厚度及臭氧浓度等参数,以此指导气候分析及农业生产。
    12  基于元素灯的多通道光谱仪定标研究
    崔继承 朱继伟 崔弘 马婷婷
    2019, 49(5):584-588.
    [摘要](155) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    多通道光谱仪光谱范围为190~603 nm,由于常规的汞灯定标方式在部分波段谱线较少,不满足定标后谱线准确度要求。为了使定标精度更高,本文研究了利用元素灯对多通道光谱仪进行光谱定标。通过分析190~603 nm波段内Ag、Zn、Mg、Hg、Bi、Mn、Cu、Na、Si、Ca、Cr、Se、As等13组空心阴极元素灯的光谱,选取可利用谱线,将该谱线与实际的数据库进行对比,得到可利用谱线的实际波长;然后利用待定标多通道光谱仪分析13组空心阴极元素灯的光谱,得到可利用谱线的像素点;最后通过最小二乘多项式算法实现各通道的光谱定标。定标后,分析设备的波长准确度,验证经元素灯定标后的设备满足波长准确度要求。
    13  基于Forbes非球面的胶囊内窥镜光学系统设计
    张欣婷 亢磊 吴倩倩
    2019, 49(5):589-592.
    [摘要](158) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    设计了一套WCE光学系统,对可见光波段成像。采用反远距的光学结构形式,共使用4片透镜,引入两个Forbes非球面来提高系统的整体性能,并做到仪器的小型化。系统视场角150°,相对孔径1/3,入瞳直径0.35 mm,总长8.3 mm。各视场的调制传递函数曲线在奈奎斯特频率143 lp/mm时均高于0.6,分辨率较高;各视场的点列图几乎都在艾里斑之内;彗差、像散、场曲、畸变、倍率色差等轴外像差也得到了很好的校正,成像质量较好,能够满足WCE光学系统的要求。
    14  混合层折射率对核壳冰晶散射特性影响研究
    柯熙政 保秀娟 王明军
    2019, 49(5):593-598.
    [摘要](134) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    为进一步研究冰晶粒子的激光散射特性,建立了考虑中间混合层的多层核壳冰晶粒子结构模型,给出了均匀混合介质层的折射率计算式。展开讨论了0.86 μm、1.06 μm两波长下,中间混合层厚度、粒子尺寸大小等对烟煤-冰晶、烟煤-冰晶-水雾两种特殊核壳结构冰晶粒子散射特性的影响。数值结果表明:与理想的核壳结构冰晶粒子相比,考虑中间混合层的核壳结构冰晶粒子的散射强度较小,随着核壳结构冰晶粒子分层数的增多,散射特性差异增大。散射强度与粒子尺寸成正比,且随着粒子尺寸的增大,核壳结构冰晶粒子散射光的方向性增强,散射光强随散射角度的分布越复杂。
    15  基于光纤阵列的气流传感方法研究
    赵利明 李红 宋言明 董明利 祝连庆
    2019, 49(5):599-604.
    [摘要](145) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    提出了一种基于光纤光栅阵列的光纤气流传感器。单模光纤光栅的栅区长度为10 mm,将三根光纤光栅均匀环绕布设于硅胶基体。传感器外界环境温度以及气流流速的改变都会引起传感器反射谱的变化。通过监测反射谱可以实现对外界物理量的测量。实验分析可知,硅胶基体与光纤光栅有着很好的耦合效果,通过改变硅胶基体的长度使得传感器的传感特性得到有效改善。实验研究结果表明,在正常室温情况下,传感器的中心波长漂移量与流速成二次函数关系且传感器具有方向传感特性。本文提出的光纤阵列气流传感器结构紧凑、制作工艺简单、可靠性高。
    16  防空导弹装备光学伪装效果评估
    李佳坤 李彦彬 张海瑞
    2019, 49(5):605-610.
    [摘要](149) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](6)
    摘要:
    针对传统光学伪装效果评估因素的局限性,提出了一种综合评估防空导弹装备光学伪装效果的指标体系和模型。基于光学卫星侦察能力、目标伪装能力以及环境影响因素建立指标体系,通过组合赋权的灰色关联分析模型对防空导弹装备光学伪装效果进行综合评估,最后通过算例验证了该评估模型的有效性,对防空导弹装备伪装效果的检验及伪装措施的采取具有一定的参考价值。
    17  直升机机载面源红外干扰弹技术分析
    许帆 李皓
    2019, 49(5):611-615.
    [摘要](171) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    机载面源红外干扰弹是对抗红外成像制导武器的一种常用装备,以产生假目标,干扰、诱骗导弹攻击,提高飞机的战场生存力。通过分析红外成像制导武器和面源红外干扰弹的技术原理,构建了地对空测试系统,获取了面源红外干扰弹的相关数据,从红外辐射强度、面积特性和时间特性三个方面进行了分析,为对抗红外制导武器提供了理论依据。最后,结合面源干扰弹的红外辐射强度、空间分布特点、投放角度、投放时机以及飞机的红外辐射特性,从红外制导导弹攻击的三个阶段,给出了干扰弹的投放策略和飞机机动策略,有助于发挥面源红外干扰弹的作战效能和干扰效果。
    18  大口径波片空间相位延迟量误差研究
    段存丽 惠倩楠 刘王云 刘丙才
    2019, 49(5):616-621.
    [摘要](122) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    波片相位延迟量的常用检测方法只是针对激光光束直径(2 mm左右)的光束测出的平均值,对于大口径波片空间相位延迟量的检测,本文提出基于菲索干涉仪的检测方法,建立了波片的空间相位延迟量误差与干涉图样之间的理论数学模型,理论分析了影响相位延迟量误差主要因素有:光源的光谱宽度、石英晶体的空间折射率分布以及波片的面形误差;利用MATLAB程序编程,进行了数值计算,若要求波片的相位延迟量总误差小于一般波片测试误差1°,则光源的光谱宽度应小于0.2 nm,石英晶体的空间折射率分布误差应小于0.005,面形误差应小于200 nm;实验室搭建菲索干涉仪,选取了口径25.4 mm的石英波片进行测试,测试效果良好,测量精度为0.05°。
    19  TDI线列型读出电路建立时间问题研究
    王静 李冬冰 王成刚 刘兴新 李敬国
    2019, 49(5):622-625.
    [摘要](139) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](9)
    摘要:
    大规模TDI线列型读出电路在测试中普遍发现建立时间不足,并且,测试结果和仿真结果存在较大差异。读出电路在设计仿真时已充分考虑了电路内部压降、线上阻容寄生的影响以及其他负载效应,但是,在测试中发现,实际电路建立时间是仿真建立时间的2倍,甚至更长。理论上,在应用频率不高的情况下,仿真结果和测试不会出现太大误差。本文针对这一现象,通过大量实验和仿真验证,最终确定线列电路输出级布局布线是造成该问题的关键点所在,通过优化版图提高TDI线列型读出电路的建立时间至1.38 V/30 ns。
    20  基于时空的弱点状运动目标检测技术
    武文成 艾斯卡尔·艾木都拉
    2019, 49(5):626-632.
    [摘要](193) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](5)
    摘要:
    如何在复杂背景下持续有效地检测目标位置,一直是研究者们需要面对的主要挑战。本文在研究红外点状移动目标特征的基础上,根据目标无纹理,无形状的特性,提出一种改进的形态学目标增强算法,并利用目标连续时空不变性检测目标。首先,建立多尺度的图像金字塔,在每层上采用改进的形态学算法快速、粗糙定位小目标。然后进一步的根据目标在时空上的位置相关性,提出基于目标运动特征分析的精确检测方法。得到精确稳定的检测结果。最后实验结果表明与经典的形态学检测算法及其他算法相比,该技术能更有效地检测弱小目标,具有更高的鲁棒性。
    21  基于红外与可见光图像融合技术发展与性能评价
    刘智嘉 贾鹏 夏寅辉 林昱 徐长彬
    2019, 49(5):633-640.
    [摘要](145) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](7)
    摘要:
    红外图像可以全天候且不受光照条件影响的根据目标和背景热辐射差异来区分目标和背景。可见光图像可以通过人的视觉系统的高空间分辨率和清晰度来提供景物的质地和结构细节。因此将红外图像和可见光图像融合可以结合两种图像优势,融合后的图像效果预期良好。本文对传统经典方法和目前较新融合方法进行综述。首先回顾了红外和可见光图像的融合方法,其次选取了一些融合图像的性能评价指标,然后选择具有代表性的具体算法进行图像融合,根据融合图像结果获取评测指标,最后根据指标进行分析并对现状进行总结讨论,及对以后的工作发展方向进行展望。

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