• 2020年第12期文章目次
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    • >综述与评论
    • 超快激光精密制造技术的研究与应用

      2020, 50(12):1419-1425.

      摘要 (48) HTML (0) PDF 1.24 M (167) 评论 (0) 收藏

      摘要:超快激光以其超短的激光脉冲、超高功率密度、较低的烧蚀阈值、加工超精细及可实现冷加工等特点,近年来受到国际学术界和工程界的广泛关注。本文梳理了超快激光精密制造技术的发展历史,综述了超快激光精密制造技术在表面加工及三维加工领域的工艺研究及应用进展,并介绍了超快激光精密制造装备在国内外的研制情况,对今后超快激光精密制造技术研究的发展趋势进行了探讨和展望。

    • >激光应用技术
    • 基于激光热成像的局部导热系数测试

      2020, 50(12):1426-1432.

      摘要 (23) HTML (0) PDF 1.25 M (110) 评论 (0) 收藏

      摘要:导热系数是表征材料传热能力的基本参数,与材料种类及成型过程中的温度、压力等工艺参数密切相关,因此制样测试可能无法反映真实产品特性,需要适用于不规则形状样品的局部导热系数测试技术。提出一种基于激光热成像的测试方法,通过减小传热时间来保证热响应仅对局部区域材料敏感,通过高分辨热像仪记录的温度场演变数据同时反演光斑分布和材料导热系数。使用粉末成型铁氧体样品进行实验验证,对规则样品进行10次重复实验,相对标准差为2.3 %,均值与Hot-Disk法测试结果的相对偏差为0.1 %;对不规则形状样品3个位置进行测试,最大相对偏差1.6 %。该方法有望用于不规则形状、小尺寸、非均匀材质部件的原位无损测试。

    • 激光熔覆曲面基体曲线轨迹成形内部质量与效率影响研究

      2020, 50(12):1433-1442.

      摘要 (31) HTML (0) PDF 1.33 M (132) 评论 (0) 收藏

      摘要:曲面基体熔覆层内部孔隙与成形效率的预测与控制是曲面类零部件大面积修复与再制造的前提。本文研究激光功率、扫描速度、气流量、圆柱基体半径对“曲面轨迹”成形内部质量(气孔率)与熔覆效率的作用规律。采用响应面法中心复合设计模块构建了工艺参数与响应目标的数学关系模型。通过方差分析,气孔率及熔覆效率R2分别为95.26 %、94.28 %,证明所构建模型的可靠性。四个输入参数对气孔率均有显著的影响,激光功率、扫描速度、圆柱基体半径对熔覆效率影响显著。最后基于所建立模型采用期望函数方法对气孔率最小及熔覆效率最大为目标进行综合优化,获得最佳工艺参数为激光功率1.6 kW,扫描速度7 mm/s,气流量1120 L/h,圆柱基体半径40 mm,气孔率及熔覆效率误差率分别为6.755 %、5.417 %,验证了模型准确性。所建立模型为“曲面基体曲线轨迹”熔覆成形内部质量与效率工艺参数优化及预测控制提供了指导意义。

    • 钻头滑动轴承表面织构的激光加工工艺研究

      2020, 50(12):1443-1449.

      摘要 (27) HTML (0) PDF 1.54 M (100) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于仿生表面织构改善摩擦学性能的显著效果,如何将优选润滑减磨性能较好的凹槽型织构合理地布置于牙轮钻头滑动轴承轴颈表面是目前亟待解决的难题之一。本文通过纳秒激光微加工和非接触式三维光学表征方法,开展纳秒激光功率、扫描次数和扫描速度对钻头滑动轴承轴颈表面烧蚀凹槽织构几何尺寸和加工精度影响规律的实验研究,结果表明,纳秒激光烧蚀工况下,凹槽织构深度随激光扫描次数增加逐渐增加,而凹槽宽度基本保持不变;凹槽织构宽度随扫描速度的增加逐渐减小。宽度为478 μm,深度为30 μm凹槽织构初步优选的激光烧蚀参数为:功率35 W,扫面次数3次,扫描速度100 mm/s。该研究为优选凹槽织构布置于牙轮钻头轴承摩擦副表面提供了纳秒激光加工工艺与表征方法,其将推动仿生表面织构纳秒激光微加工技术在钻头滑动轴承减磨抗摩领域的工业化应用。

    • 火炮身管结构光检测系统标定方法研究

      2020, 50(12):1450-1455.

      摘要 (28) HTML (0) PDF 1.11 M (115) 评论 (0) 收藏

      摘要:火炮身管结构光检测系统工作环境视场小、光线弱,导致传统的标定方法存在较大的局限性。针对这一问题,应用结构光成像原理,提出了一种现场标定方法。以155口径火炮为例,设计了内表面包含多种结构信息的标定筒,利用该方法对标定筒内表面结构光图像进行处理,得到了标定筒内凹槽深度与结构光条纹偏移像素距离之间的关系,进而标定了检测系统结构参数。利用标定完成的检测系统对火炮身管膛线的磨损量进行检测,结果表明,检测绝对误差不超过0.01 mm,符合火炮现场检测的要求。

    • >红外技术及应用
    • 矿用CH4-CO2红外传感器温度补偿算法模型研究

      2020, 50(12):1456-1462.

      摘要 (19) HTML (0) PDF 1.15 M (86) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外气体传感器检测气体浓度具有响应速度快、稳定性高等特点,但检测精度受温度变化影响大。本文对不同温度下矿用CH4-CO2红外传感器待测气体响应信号进行实验研究,并研究传感器的温度补偿算法模型,消除温度对传感器响应信号的影响。研究结果表明:在环境温度20 ℃时,CH4-CO2红外传感器响应信号与待测气体浓度之间呈现良好的线性关系;温度越高,CH4-CO2红外传感器的响应信号越大。通过建立随机森林模型进行温度补偿,CH4红外传感器和CO2红外传感器的响应信号和待测气体浓度之间的相关系数分别为0.9203和0.9099,响应信号与待测气体浓度之间的线性相关度提高、均方误差和平均绝对误差均减小,CH4红外传感器精度更高。基于随机森林温度补偿模型在10~25 ℃温度变化范围内可减小温度对矿井气体浓度监测的影响。

    • 自调式J-T制冷器波纹管高温焊接的研究

      2020, 50(12):1463-1471.

      摘要 (20) HTML (0) PDF 2.45 M (85) 评论 (0) 收藏

      摘要:波纹管是波纹管自调式J-T制冷器自调机构的核心元件,其焊接后性能直接决定着自调机构的性能及可靠性。本文从刚度、硬度、微观组织形貌等多个方面,对自调式J-T制冷器中常用的电沉积波纹管,由于高温焊接过程中不同的热量输入、不同的冷却方式对波纹管焊接后性能造成的影响,开展了相关的研究。

    • >红外材料与器件
    • 中长波双色碲镉汞红外探测器器件模拟与分析

      2020, 50(12):1472-1479.

      摘要 (27) HTML (0) PDF 1.57 M (105) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用Crosslight公司的APSYS软件模拟准平面结构中长波双色碲镉汞红外探测器的不同结构的光谱串音。研究表明中波层厚度增加将抑制中波对长波的光谱串音,同时将小幅增大长波对中波的光谱串音;阻挡层组分越大,阻挡层与中波层的导带带阶越大,光生载流子跃迁过带阶势垒的几率减少,使得光谱串音减小;阻挡层厚度越大量子隧穿效应减弱,导致光谱串音减小。通过优化器件结构可使中波对长波的光谱串音以及长波对中波的光谱串音都控制在2.5 %以下。

    • >光电技术与系统
    • 基于游标效应的FBG阵列灵敏度增强研究

      2020, 50(12):1480-1486.

      摘要 (22) HTML (0) PDF 1.70 M (85) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的温度和应变灵敏度,我们提出了一种基于游标效应的FBG阵列光纤传感器。该传感器由Lyot干涉仪(Lyot interferometer,LI)和FBG阵列级联而成,LI作为游标效应的参考干涉仪,具有相同反射率和波长间隔的FBG阵列作为游标效应的传感部分。游标效应是由LI的FSR(Free spectral range,FSR)和FBG阵列的等波长间隔之间的微小差异引起的。LI由两个起偏器和一段熊猫型保偏光纤(Polarization-maintaining fiber,PMF)组成。我们通过仿真证明了LI和FBG阵列之间产生了游标效应。通过实验研究了不同保偏光纤长度情况下传感器的温度和应变响应,在LI的FSR为1.76 nm的情况下,该传感器的温度灵敏度为-241.60 pm/ ℃,应变灵敏度为-13.42 pm/ ℃。该混合级联结构最突出的优点是通过改变LI的FSR或是FBG阵列的波长间隔就可以轻易改变FBG传感器的温度灵敏度和应变灵敏度,具有较强的灵活性。该传感器为提高FBG传感能力提供了一个新思路。

    • 一种红外导引头小型快速伺服稳定平台

      2020, 50(12):1487-1491.

      摘要 (21) HTML (0) PDF 1.12 M (137) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外导引头是肩扛式反坦克导弹的重要分系统,其主要作用是通过瞄准具人工操作瞄准线运动,锁定目标并对目标进行跟踪。本文采用了速率陀螺稳定平台式随动系统,俯仰+偏航的双框架式结构。通过装在框架内的速率陀螺和角位置传感器分别提供速度和位置信号,利用DSP和FPGA构建随动控制电路,采用电流、速度和位置三环串级闭环PID设计控制框架电机实现目标扫描和跟踪。此方案快速跟踪能力强、跟踪精度高、抗干扰性强、易实现大范围扫描。

    • >光纤及光通讯技术
    • 超声脉冲导入光纤光栅的动态光谱特性研究

      2020, 50(12):1492-1497.

      摘要 (25) HTML (0) PDF 1.24 M (77) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出超声以矩形脉冲波的形式轴向导入光纤光栅,分析超声脉冲作用于光纤光栅的机理;在此基础上,设计超声脉冲发生电路以及超声换能器,用高电压脉冲驱动堆栈式压电陶瓷产生沿光纤轴向的压缩脉冲,并通过符合声阻抗匹配的铝锥结构将脉冲幅值放大,高效地耦合进光纤光栅;采用CCD成像法高速采集光纤光栅在时域上的动态反射光谱,分析其时域上的光谱变化规律。结果表明:超声脉冲波长远大于光纤光栅长度时,超声脉冲导入的光纤光栅可有效搬移光谱,在脉冲作用时刻中心波长发生漂移。为超声脉冲与波分复用解调技术相结合提供参考。

    • 自适应光学对星地相干激光通信性能改善研究

      2020, 50(12):1498-1503.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 1.12 M (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:相干激光通信能够实现每秒数百吉比特的通信速率和接近量子极限的灵敏度,在未来天地一体化信息网络中具有广泛的应用前景。大气湍流引入的光学波前畸变是影响星地相干激光通信链路性能的重要因素。本文将自适应光学技术应用于大口径光学地面接收站,并系统地开展了4 Gbps高速相干激光通信试验,试验结果表明,自适应光学技术能够有效抑制中等大气湍流的影响,并提高相干激光通信的灵敏度和稳定性。

    • >图像与信号处理
    • 图像非广延高斯熵分割的阈值选取方法

      2020, 50(12):1504-1511.

      摘要 (25) HTML (0) PDF 1.77 M (72) 评论 (0) 收藏

      摘要:图像分割是实现图像目标与背景分离的基础和关键,其中阈值化是最为流行和有效的技术之一。考虑到图像处理作业场景的复杂境况,实时有效的阈值分割方法的提出一直是研究和应用中的极大挑战。针对复杂的工业无损检测图像及红外图像目标分割问题,基于非广延高斯熵提出一种新的图像阈值分割方法。对于图像中像素灰度级不均衡、不规则的随机分布特点,提出方法体现了较好的处理能力。在与实践常用方法的比较实验中,实验结果表明了提出方法的较优异性能和推广应用前景。

    • 基于YOLO算法的红外图像目标检测的改进方法

      2020, 50(12):1512-1520.

      摘要 (31) HTML (0) PDF 2.23 M (247) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统红外图像行人检测方法利用人工进行比例模板设计和行人轮廓特征提取,由于预设模板比例相对固定,当行人因衣着增减、随身携带物品及姿态改变等原因使其轮廓比例发生较大变化时,往往会导致算法失灵而出现漏检现象。而基于深度学习的目标检测则通过对大量样本的本质特征进行抽象、提取、加工和整合,进而实现对更多样特征的学习。因此利用深度学习目标检测算法进行红外图像行人检测应用的研究可以弥补传统检测方法的不足。YOLOv3是目前性能较为均衡的识别算法,本文在分析YOLOv3系列算法的原理和特点的基础上提出了一个新的改进算法模型——Darknet-19-yolo-3,在几乎不损失检测精度的条件下提升检测速度,一定程度上实现检测准确率和速度的相对平衡。

    • ToF点云强度与位置相关联的目标提取算法

      2020, 50(12):1521-1527.

      摘要 (26) HTML (0) PDF 1.50 M (79) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前光子飞行时间技术在三维成像中应用广泛,但三维点云目标提取相关研究匮乏,因此提出了一种利用点云位置信息和强度信息相关联的三维点云复杂目标提取方法。该方法首先使用边缘提取及形态学处理对点云强度信息中的目标位置定位,使目标在强度图中被标识。然后将强度信息与点云位置信息相关联,在三维点云中提取出目标所在区域。最后建立K邻近邻域,通过改进邻域大小选取方式,使用高斯均值代替固定的人工选择的邻域。实验结果表明,该方法能有效的滤除离群点并完整的保留真是目标物体点云数据的位置信息和强度信息,同时具有较高的运算速度。

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