1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 电磁空间安全全国重点实验室，天津 300308
电润湿液体透镜是一种可以通过改变两端加载电压从而改变自身光焦度，而不需要改变光学间隔的一种透镜。基于液体透镜所设计的变焦光学系统可以大大减少传统机械变焦光学系统的复杂度。基于康宁 A39 液体透镜，利用 ZEMAX 仿真，在 20 D 的光焦度变化范围内设计了一款焦距变化为 16~32 mm，视场角变化为 32°~16.36°，变倍比为 2，短焦 F 数为 6.3，长焦 F 数为 12.8，且最大口径不超过 10 mm 的小型二元单液体透镜变焦光学系统。实验结果表明，该系统成像质量良好，在工业镜头等领域有广泛的应用前景。
光学设计 变焦镜头 液体透镜 介电润湿效应 像质评价 optical design zoom lens liquid lens dielectric wetting effect image quality evaluation
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
针对空间相机轻量化、小型化要求，采用一体式环形孔径透镜。由于基底单一和结构紧凑，系统存在色差和球差，引入衍射光学元件和偶次非球面校正像差，而单层衍射光学元件在宽波段存在衍射效率下降等问题，设计了一种端到端式光学-数字联合成像系统，对影响衍射效率主要级次的点扩散函数进行一致性优化，构建出空间不变的点扩散函数模型，为后续图像复原建立复原函数模型，实现退化图像的复原。最终光学-数字联合成像系统工作波段确定为0.45~1 μm，焦距为185 mm，视场为5°，F数为4，遮拦比为0.35，系统总长为67.8 mm。
光学设计 环形孔径 单层衍射光学元件 端到端设计 图像复原 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411006
1 重庆大学机械与运载工程学院，重庆 400044
2 重庆大学金属增材制造（3D打印）重点实验室，重庆 400044
3 中浙高铁轴承有限公司，浙江 衢州 324000
4 浙江省高速列车传动系统运行研究重点实验室，浙江 衢州 324000
激光能量场表面热处理是提升金属零件表面性能、延长其使用寿命的重要技术手段之一。近30年来，国内外对该技术展开了大量研究。相较于传统的表面热处理技术，激光能量场表面热处理具有更加高效、精准和清洁的优势。本文首先探讨了激光能量场表面热处理技术的优劣以及模拟过程中温度、流体和相场的多物理场方程，接着综述了激光表面淬火、激光重熔、激光表面合金化、激光熔覆和激光冲击喷丸等5种典型激光能量场表面热处理技术的研究现状，然后根据工程应用需求对改善零件表面耐磨性、耐蚀性和残余应力的研究结果进行了总结，最后展望了激光能量场表面热处理未来潜在的研究方向。
激光技术 激光能量场表面热处理 耐磨性 耐蚀性 残余应力
光子学报
2023, 52(12): 1205002
中国航发控制系统研究所传感系统工程部，江苏 无锡 214063
基于数值仿真工具，对某型压力传感器芯体径向脉冲激光焊接过程进行3D建模及仿真分析。模型描述了焊接过程中脉冲激光形成的等效热源，316L不锈钢材料的传热和相变，热影响区形成的瞬态应力场，以及焊接后形成的残余应力。同时，根据多种激光焊接工艺参数组合形成的熔池深度实测数据完成等效热源模型的标定。结果显示：经过标定的等效热源模型熔深计算值与实测值偏差在8%以内；将焊缝残余应力分布计算值与X射线衍射法所得的实测值进行了对比分析，两者结果较为吻合，变化规律一致，偏差值小于15%。验证了激光焊接模型的精度能够满足工艺参数影响规律研究及参数优化的工程需要。
脉冲激光焊接 等效热源 残余应力 熔池深度 X射线衍射法 pulse laser welding equivalent heat source residual stress depth of molten pool X-ray diffraction method
1 西南科技大学 环境与资源学院, 绵阳 621010
2 西南科技大学 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室, 绵阳 621010
为了提高隧道掘进爆破中炮孔的堵塞效果, 利用铝管在爆炸作用下膨胀的特性设计了一种堵孔装置, 然后通过动态应变仪测量堵孔装置膨胀撞击钢管的环向应变, 通过万能试验机对模拟炮孔中的爆炸堵孔装置进行单轴压缩脱模, 通过高速摄影记录水泥墩的爆破过程, 从而评估爆炸堵孔装置的堵塞效果。结果表明：钢管在爆炸堵孔装置膨胀撞击下产生的环向应变峰值达到0.02, 说明爆炸堵孔装置膨胀冲击孔壁的作用力较大, 有利于堵孔装置与孔壁贴合; 爆炸堵孔装置与孔壁贴合后的抗压强度为4.1~5.5 MPa, 抗剪强度为0.49~0.66 MPa, 远大于常规炮泥的抗剪强度(0.09 MPa), 其在实际使用中与炮泥配合使用, 能有效抑制炮泥运动。采用传统炮泥进行堵塞的水泥墩出现冲孔, 爆破后的水泥墩未出现破坏; 采用爆炸堵孔装置进行堵塞的水泥墩未出现冲孔, 堵孔装置在孔口产生裂纹后才被冲出, 爆破后的水泥墩最终裂成三部分。因此, 爆炸堵孔装置可大幅改善堵孔效果, 从而发挥爆生气体的破岩作用, 并有效增强了抛掷作用, 对改善隧道掏槽眼的爆破效果具有重要意义。
地下爆破 堵孔 隧道工程 抗剪强度 爆生气体 爆破效果 underground blasting stemming tunnel engineering shear strength detonation gas blasting effect
1 西南科技大学 a.环境与资源学院
2 b.工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室, 绵阳 621010
为了评估爆炸堵孔装置的堵塞效果, 将装有导爆索的爆炸堵孔装置放入模拟炮孔中进行爆炸实验, 然后通过万能试验机对其进行单轴压缩脱模实验。结果表明: 爆炸堵孔装置与孔壁贴合后的抗压强度为26.5~35 MPa, 抗剪强度为3.07~3.4 MPa, 远大于常规炮泥的抗剪强度(0.09 MPa)。将爆炸堵孔装置用于隧道爆破直眼掏槽眼中, 并对原有的孔网参数进行优化, 结果显示: 在保证掏槽进尺的情况下, 掏槽眼孔数相对于优化前减少了35%, 而且炮孔的间距也相应增大, 有利于降低相邻掏槽孔贯穿的风险, 从而有效提高施工效率。因此, 将爆炸堵孔装置与炮泥联合使用, 可大幅增强炮孔堵塞效果, 从而防止爆生气体过早逸出, 延长爆生气体在炮孔内的作用时间, 进而充分发挥爆生气体的气楔破岩作用, 并有效增强爆生气体的抛掷作用, 对保证隧道直眼掏槽爆破效果具有重要意义。
地下爆破 堵孔 聚氨酯弹性体 抗剪强度 直眼掏槽 爆生气体 underground blasting stemming polyurethane elastomer shear strength burn cut detonation gas
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei, P. R. China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Hubei, P. R. China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, P. R. China
Interactions between the central nervous system (CNS) and autonomic nervous system (ANS) play a crucial role in modulating perception, cognition, and emotion production. Previous studies on CNS–ANS interactions, or heart–brain coupling, have often used heart rate variability (HRV) metrics derived from electrocardiography (ECG) recordings as empirical measurements of sympathetic and parasympathetic activities. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a functional brain imaging modality that is increasingly used in brain and cognition studies. The fNIRS signals contain frequency bands representing both neural activity oscillations and heartbeat rhythms. Therefore, fNIRS data acquired in neuroimaging studies can potentially provide a single-modality approach to measure task-induced responses in the brain and ANS synchronously, allowing analysis of CNS–ANS interactions. In this proof-of-concept study, fNIRS was used to record hemodynamic changes from the foreheads of 20 university students as they each played a round of multiplayer online battle arena (MOBA) game. From the fNIRS recordings, neural and heartbeat frequency bands were extracted to assess prefrontal activities and short-term pulse rate variability (PRV), an approximation for short-term HRV, respectively. Under the experimental conditions used, fNIRS-derived PRV metrics showed good correlations with ECG-derived HRV golden standards, in terms of absolute measurements and video game playing (VGP)-related changes. It was also observed that, similar to previous studies on physical activity and exercise, the PRV metrics closely related to parasympathetic activities recovered slower than the PRV indicators of sympathetic activities after VGP. It is concluded that it is feasible to use fNIRS to monitor concurrent brain and ANS activations during online VGP, facilitating the understanding of VGP-related heart–brain coupling.
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(6): 2340005
