• 2021年第11期文章目次
    全 选
    显示方式: |
    • >激光应用技术
    • 表面裂纹深度检测的非接触光声检测技术研究

      2021, 51(11):1403-1409. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.001

      摘要 (56) HTML (0) PDF 1.60 M (42) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于激光超声宽带透射系数和的表征参数,实现了表面裂纹深度的定量检测。通过有限元仿真与实验测量方法,从时域和频域分析了激光产生的瑞利波与表面裂纹的相互作用机制,采用宽带透射系数和作为表征裂纹深度的物理参数,并建立了其与表面缺陷深度之间的拟合方程。结果表明,脉冲激光产生的瑞利波对金属表面裂纹深度变化十分敏感,所提出的计算方法可用于精确判断表面裂纹的深度。本文研究成果可为工件表面裂纹的非接触检测提供潜在应用。

    • 激光熔覆二维梯度材料的LIBS表征方法

      2021, 51(11):1410-1416. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.002

      摘要 (34) HTML (0) PDF 1.62 M (37) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统激光熔覆样件分析手段需要进行复杂样品线切割、抛光等预处理。本文首先分析碳化钨含量对二维梯度材料硬度的影响,其次利用激光诱导击穿光谱技术对二维梯度材料进行化学表征,研究发现材料硬度和谱线信号强度分别随着碳化钨含量的增加而增大,二者均呈高度线性相关,线性相关系数分别为0932及0924。结果表明激光诱导击穿光谱技术在上可用于激光熔覆梯度材料分析,能够有效克服传统激光熔覆样件分析手段所需的复杂预处理程序。

    • 激光除漆技术数值模拟与实验研究

      2021, 51(11):1417-1424. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.003

      摘要 (25) HTML (0) PDF 1.80 M (31) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过研究资料对激光清洗漆层作用原理进行分析。采用Ansys建立了脉冲激光清洗5052铝合金表面环氧锌黄漆层的有限元仿真模型,分析了在激光功率为20W时不同扫描速度对激光清洗漆层的温度场和应力场的影响。对5052铝合金表面漆层脱离应力进行测定和仿真结果进行验证,实验表明在扫描速度为1200mm/s时激光清洗漆层所产生的温度场和应力场去除效果最好,在扫描速度为200~1000mm/s时由于等离子体屏蔽效应导致漆层对激光的吸收率降低,实验结果验证了在高速扫描、等离子体屏蔽效应影响较小时仿真模型的正确性,通过该模型可以为激光清洗漆层的工艺参数选择提供选择和效果预估。

    • 基于超体素的区域聚类的复杂场景分割

      2021, 51(11):1425-1432. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.004

      摘要 (32) HTML (0) PDF 1.56 M (22) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前算法对复杂场景分割效果不理想问题,本文提出了基于超体素的区域聚类算法。该算法首先利用最新的算法对点云过分割得到超体素;其次通过计算种子超体素与其第一个邻接块的高程差的方式,把即将合并的区域判定为与地面或与其平行平面和其他面,分别采用不同的法向量夹角阈值和自动获取的正交距离阈值进行当前聚类区域与相邻块之间的相似性度量合并,在聚类过程中为了防止欠分割现象的发生,对每次有新的超体素加入时,就更新当前聚类块的法向量等几何信息;最后利用区域生长和改进前后的算法进行了定量和定性的比较,实验分析表明本文算法对复杂场景分割具有准确性和可靠性。

    • Lageos卫星激光测距前沿回波数据提取模型及应用

      2021, 51(11):1433-1439. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.005

      摘要 (28) HTML (0) PDF 1.23 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:Lageos卫星是专用地球动力学卫星,其卫星激光测距数据质量的提升对地球动力学研究具有重要意义。基于Lageos卫星激光角反射器分布,推导了不同层级角反射器回波与反射深度的关系,建立了Lageos卫星前沿回波数据提取模型,并将其应用于上海天文台卫星激光测距数据预处理,验证了该提取模型生成标准点的数据质量改善情况:内符合实验结果表明采用前沿数据提取模型生成的标准点距离参考线的标准差由337mm减小为050mm;外符合实验结果表明前沿数据提取模型处理结果经过快速精密定轨后反馈的距离偏差均值由28mm减小为21mm。因此,前沿回波数据提取模型所得标准点数据的稳定性和准确性有一定提升,为获得高质量Lageos卫星激光测距数据提供了一种有效的方法。

    • >激光器技术
    • 高功率光纤激光器受激拉曼散射致模式不稳定研究

      2021, 51(11):1440-1445. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.006

      摘要 (23) HTML (0) PDF 1.15 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过稳态速率方程和热传导方程建立了高功率光纤放大器热光耦合的有限元模型,利用该模型对受激拉曼散射致模式不稳定效应进行了数值研究。对增益光纤为25/400μm的正向泵浦激光放大器,受激拉曼散射导致激光器信号光高阶模比例上升,当高阶模的比例达到5左右时,模场发生畸变,信号光出现了百毫秒量级的模式耦合,这与实验中观察到光强波动现象一致。本文仿真模型为研究高功率光纤放大器中受激拉曼散射和模式不稳定的关系提供了分析手段。

    • 基于磁光效应的双路偏振输出激光器

      2021, 51(11):1446-1449. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.007

      摘要 (37) HTML (0) PDF 1.11 M (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于TSAG磁光晶体的法拉第效应和Nd∶YVO4晶体的偏振特性,本文研究了一种双路输出的激光器,其激光输出呈线性偏振。未加磁场时,激光器单路偏振输出。当加上磁场后,激光器则成双路偏振输出,且输出偏振角度和功率随磁场强度而变化。随着磁场强度的不断增大,一路光的输出功率不断减小,而另一路的输出功率则不断增大。双路偏振输出激光器可以应用于位移测量、区域环境监测和双光梳测距技术等领域。

    • 基于PPMgOLN的593nm全固态黄光激光器

      2021, 51(11):1450-1453. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.008

      摘要 (20) HTML (0) PDF 935.06 K (18) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用脉冲电压极化法在5氧化镁掺杂的铌酸锂晶圆上制作了周期9.8μm的PPMgOLN晶体,用808LD泵浦Nd∶YVO4晶体,采取线性平凹腔结构,优化镀膜方案,精确控温,使1064nm和1342nm双波长运转,并通过准相位匹配在极化晶体中的和频实现593nm黄光输出。在泵浦功率为3W时,和频光最大输出为255mW的593nm激光,光光转换效率为8.5,输出功率波动1 h内小于2。

    • >红外技术及应用
    • 基于DSP的红外搜索跟踪系统软件设计

      2021, 51(11):1454-1459. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.009

      摘要 (22) HTML (0) PDF 888.39 K (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对双波段红外搜索跟踪系统任务需求,基于多核DSP的通用信号处理硬件平台,结合系统功能需求、算法需求及多核DSP硬件特征,设计了一种基于主从架构的多核DSP软件架构,并完成了搜索跟踪算法与应用软件的设计与实现,在红外搜索跟踪系统中进行了应用验证,试验证明,该技术可以满足系统对红外双波段图像任务功能的实时处理需求。

    • 一种红外气体检测中谐波信号锁相放大器的设计

      2021, 51(11):1460-1465. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.010

      摘要 (23) HTML (0) PDF 1.36 M (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于波长调制光谱技术,本文设计了一种采用键控法进行相敏检测的二次谐波信号锁相放大器。与传统相敏检测方法相比,键控法相敏检测简化了电路的设计,降低锁相放大器的成本。本文利用MATLAB软件对设计搭建了仿真模型,包括带通滤波器、相敏检测器、低通滤波器等部分。通过对模型进行仿真验证了该设计,在二次谐波信号幅度为01 V,高斯带限白噪声方差为10时,输出最大误差在2以内,且具有良好的线性度。通过仿真表明该方法能够用于气体浓度检测,且方法简单,性价比高。

    • 近红外波长超透镜的设计与仿真

      2021, 51(11):1466-1471. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.011

      摘要 (23) HTML (0) PDF 1.17 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:超透镜是超表面在成像领域中具有较大应用潜力的平面光学器件,能够精确调控光的相位、振幅、偏振等信息、兼容互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)制造工艺,在器件轻量化和批量化制造等方面具有很大的发展前景。针对近红外成像镜头的轻量化需求,使用时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)软件设计仿真了工作波长为800nm的硅基偏振不敏感超透镜,镜头厚度小于0.5mm,数值孔径为0.41时聚集效率为75。针对FDTD软件仿真时间较长、硬件要求较高、平面波边缘消散等问题,提出了三维和远场计算相结合的仿真方法;利用波印廷矢量和电场强度积分两种方法分别对超透镜聚集效率进行了计算。对比实验表明:三维和远程计算相结合的方法仿真时间降低了70,计算机内存需求降低了50。

    • >红外材料与器件
    • 雪崩光电器件过剩噪声分析

      2021, 51(11):1472-1478. DOI: 103969/jissn1001-5078202111012

      摘要 (27) HTML (0) PDF 1.28 M (23) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于光子在雪崩光电器件内吸收位置的差异,提出过剩噪声因子在器件垂直方向的分布模型,并基于TCAD 和Matlab 仿真,验证了模型的有效性。模型考虑了光子在硅雪崩器件内不同吸收位置的过剩噪声因子,结合光子在器件深度方向的吸收比例,计算器件(器件结构由TCAD构造)的平均噪声因子水平:233 @ E=34×105 V/cm 和534 @ E=36×105 V/cm,比单独考虑光子在N中性体区吸收(过剩噪声因子:288 @ E=34×105 V/cm 和1294 @ E=36×105 V/cm)或P中性体区吸收(过剩噪声因子:221 @ E=34×105 V/cm 和379 @E=36×105 V/cm),更能反映器件的真实工作情况。

    • >光电技术与系统
    • 基于LED的小目标主动式三角对焦技术研究

      2021, 51(11):1479-1484. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.013

      摘要 (20) HTML (0) PDF 1.11 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:主动式三角对焦法因其结构简单、测试速度快、使用方便灵活等优点,在自动化生产、工业测量等领域有着的巨大应用价值而受到广泛关注。但是在面对小目标被测物体或具有如曲率较大等非常规表面的物体时存在可能丢失目标的问题。针对这一问题,综合LED具有大照明视场的特点,本文提出了一种基于LED的小目标主动式三角对焦方法,从理论和实验两方面对该方法测量小目标和非常规表面物体距离的能力进行了验证。实验结果表明,该模型的实际测试值与理论分析值基本吻合,证明了该模型的实用性,拓宽了激光三角测距技术的应用范围。

    • 基于双纤单向波分复用技术的时间同步系统

      2021, 51(11):1485-1491. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.014

      摘要 (18) HTML (0) PDF 1.59 M (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于双纤单向波分复用技术的时间同步系统。系统主从站点之间由双光纤链路连接,通过4台时间间隔计数器对两种波长、4路时间信号的传输时延值测量及对应的比值关系,可对主从站点的时钟钟差进行精准测算。本方案算法可消除环境温度对光纤长度、折射率、传输群时延等因素的影响。主从站点分别由100km和90km两根光纤相连,当光纤链路温度在-20~40℃变化环境下,采用1310~1550nm波长时,能够将主从站点钟差估算误差降低约13ns,采用1490~1550nm波长时,授时精度将提升约200 ps。

    • >光纤传感及光通讯技术
    • 基于法布里-珀罗干涉的光纤倾角传感技术研究

      2021, 51(11):1492-1497. DOI: 103969/jissn1001-5078202111015

      摘要 (19) HTML (0) PDF 1.21 M (18) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种基于法布里—珀罗(Fabry Perot,F P)干涉的光纤倾角传感器,该传感器由单模光纤和毛细管组成。首先,分析光纤干涉原理和倾角传感原理;然后,制作封装光纤倾角传感器;最后,完成光纤F P传感器倾斜实验,通过对采集得到的数据分析得到传感器倾角的响应特性,并进行温度实验探究温度对传感器波长漂移的影响。实验结果表明:在0°~10°测量范围内,测量角度和反射波长呈线性关系,倾角灵敏度为02031nm/°,线性度为099707;在45~49℃温度范围内,温度灵敏度为4777nm/℃,线性度为099934。该传感器具有结构简单、成本低、灵敏度高等特点,具有广阔的应用前景。

    • 飞秒激光制备的高灵敏度气压探针传感器

      2021, 51(11):1498-1505. DOI: 103969/j.issn.1001-5078.2021.11.016

      摘要 (15) HTML (0) PDF 1.42 M (26) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出并实验验证了一款基于法布里—珀罗干涉仪(FPI)的气压探针传感器。首先将毛细石英管与单模光纤拼接,然后利用飞秒激光将毛细石英管精确切割到极短长度,最后在毛细石英管的端面涂覆聚乙烯醇(PVA)薄膜构成气压传感探针。传感头总长度仅为50μm,可以在有限的空间和恶劣的环境中灵活使用。实验结果表明解调传感器反射谱波长漂移量实现了环境气压测量,气压灵敏度达到-4457nm/MPa,线性度为9952,气压测量范围0~05 MPa。在低温时传感器对温度有一定的依赖性;在高温时传感器对温度不敏感,可以忽略温度对气压测量的串扰。该传感器结构紧凑、灵敏度高、结构重复性好、温度串扰小,在工程实际中具有一定的应用前景。

    • >光学技术
    • 基于误差模型的结构光条纹周期数选择方法

      2021, 51(11):1506-1511. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.017

      摘要 (17) HTML (0) PDF 1019.92 K (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前相位测量轮廓术中条纹周期数的选择主要依靠定性方法,难以获得最优效果及系统的应用。本文提出了一种基于误差模型的条纹周期数定量选择方法。该方法首先根据相位测量轮廓术的误差来源建立相位误差模型,利用相位误差模型计算出最大相位误差。其次通过最大相位误差与相位展开算法的约束关系推导出条纹周期数约束方程。最后根据计算出的最大相位误差与条纹周期数约束方程的相互关系,估计出最优正弦条纹周期数。实验结果表明:使用由本文方法选择出的条纹周期数,得到标准平板的最佳平面拟合结果的标准差为003mm,相较于传统方法,降低了444。本文所提方法能够有效提高相位测量轮廓术的测量精度。

    • 磁流变抛光曲率效应的量化评价方法

      2021, 51(11):1512-1518. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.018

      摘要 (24) HTML (0) PDF 1.09 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:磁流变抛光目前已经可以用于平面、曲面等各类几何特征光学元件的最终表面修形与亚表面残余损伤修整,然而,工程实践中,曲率类元件往往难以获得和同级别平面元件相当的收敛精度与收敛效率。理论上由曲率元件曲率因素引入的磁流变抛光的不确定性无法被定量分析与评估。本文从磁流变抛光工艺特点出发,探讨了曲率特征和抛光工艺的依赖关系,进一步基于几何分析建立了曲率特征对各工艺环节的影响机制。包括:曲率对曲面误差展开、轨迹规划、去除函数获取、驻留时间求解以及机床误差容错能力等关键工艺环节的影响机制。最终,建立了面向曲率元件磁流变抛光的曲率效应评价理论。

    • >图像与信号处理
    • 基于单目主被动视觉结合的焊接偏差检测方法

      2021, 51(11):1519-1525. DOI: 103969/jissn1001-5078202111019

      摘要 (24) HTML (0) PDF 1.38 M (29) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对管道全位置机器人自动焊,提出了一种基于单目主被动视觉结合的熔化极气体保护焊(gasmetal arc welding,GMAW)焊接偏差测定方法。设计出一种调光玻璃,使采集到的同一帧焊接图像中包含了激光条纹和焊丝尖端等信息。首先,根据焊接图像噪声类型呈高斯分布这一特性,针对性的采用LoG算子分别对电弧区域和激光条纹区域图像进行滤波处理;然后,设计图像处理算法分别提取出焊丝和焊缝坡口中心位置坐标;最后,计算出两坐标点在Y轴方向的偏差值。试验证明,此方法能在填充焊焊接图像中实时测定出焊接偏差量,焊接误差可以控制在02mm以内,可为实现管道焊接机器人自动焊缝跟踪控制提供可靠依据。

    • 基于目标检测与模糊匹配的非标船牌识别研究

      2021, 51(11):1526-1530. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.020

      摘要 (24) HTML (0) PDF 1.11 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于卷积神经网络的YOLOv3(You Only Look Once v3)目标检测算法设计了一种基于目标检测及模糊匹配机制的非标船牌识别软件系统,并通过在船舶视频监控系统中的实际应用,验证了该船牌识别系统的可行性,提高了船舶铭牌识别的可靠性。YOLOv3目标检测算法将检测简化为一个回归问题,通过仅仅一个网络,就能从图像中得到物体的类别与概率,确保了识别的准确性与实时性。针对船舶非标铭牌锈蚀、遮挡等问题,创新点是在基于YOLOv3的非标船牌识别系统的实现框架之上,设计船名有限中文库与模糊匹配机制,有效解决了船牌识别准确率过低的问题,取得了较好的识别效果。

    • 基于改进量子粒子群的红外图像增强算法

      2021, 51(11):1531-1537. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.021

      摘要 (24) HTML (0) PDF 1.25 M (22) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高红外图像增强的效果,采用改进量子粒子群算法。首先构造粒子群多层空间结构,粒子运行空间划分为主层空间、次层空间,粒子信息交流通过主层空间、次层空间分别进行,交流过程受自身信息度因子和交流度因子影响;接着量子旋转门更新通过镜像门操作,梯度方法自适应调整量子门的旋转角度,提高了算法性能;最后将红外图像高频分量和低频分量分离,对其分别进行增强。实验仿真显示本文算法对红外图像增强结果相比其他算法较清晰,优质系数评价指标相比HE、NSCT、MSR、PSO、RSQS算法分别提高了43.60、36.52、25.60、19.24、12.14,对比度指标相比HE、NSCT、MSR、PSO、RSQS算法分别提高了27.99、20.70、15.28、13.97、10.85,性能指标较优。

    • 基于双域分解的夜间车辆红外图像研究

      2021, 51(11):1538-1544. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2021.11.022

      摘要 (25) HTML (0) PDF 1021.83 K (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:夜间车辆交通红外图像光照不均,导致车辆图像细节纹理较弱,识别难度较大。为此,提出基于双域分解的夜间车辆交通红外偏振图像增强方法。采用改进Retinex低照度图像光照补偿算法,分解图像为低频图像与高频图像,对低频图像去雾、优化其对比度,对高频图像去噪与增强,合成低频、高频图像实现夜间车辆交通红外偏振图像增强。实验测试结果证明,对比传统方法,所提方法增强后图像亮度与对比度得以优化,且细节信息更丰富,具有理想的视觉效果。

当期目录


年第卷第

文章目录

过刊浏览

年份

刊期

浏览排行

引用排行

下载排行