1 太原理工大学土木工程学院, 太原 030024
2 中铁三局集团投资有限公司, 太原 030001
为监测在役混凝土结构在使用过程中的内部缺陷程度变化并定位缺陷位置, 本文探索一种基于应力波的探测方法并进行试验研究, 将压电传感器(PZT)以阵列形式安装在混凝土表面, 将混凝土划分为不同区域, 阵列中的一个传感器发射波, 另一个传感器接收波, 采用扫频模式和五峰值脉冲模式对混凝土不同区域进行监测。试验结果表明, 当应力波通过待监测区域时, 由于混凝土内部存在缺陷, 应力波幅值衰减, 波能降低。为了量化混凝土结构内部缺陷程度, 构造基于接收信号的能量指数和损伤指数, 并分别建立其与缺陷程度的函数关系, 依据不同区域能量指数和损伤指数差异, 确定混凝土内部缺陷存在的区域。试验结果与试件实际情况相吻合, 验证了本文采用压电传感器监测混凝土内部缺陷的可行性。
压电传感器 应力波 混凝土结构监测 内部缺陷 信号能量分析 时域分析 piezoceramics transducer stress wave concrete structure monitoring internal defect signal energy analysis time domain analysis
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为克服传统星敏感器精度与视场、体积、质量等参数难以兼顾的问题，本文研究了一种基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器结构。利用角谱理论，建立了星光入射角度与探测器上像点质心位置、像点能量之间的数学模型，确定了干涉星敏感器利用像点质心位置和相对能量分别进行粗定位和精定位的方法及粗精定位结合获得星光入射角度的方法，得出干涉星敏感器单星测量角分辨率和光栅周期、两块光栅之间的距离及像点光强信号电子学细分倍数有关的结论。通过计算机仿真模拟，验证了干涉星敏感器精定位及粗精定位结合的可行性。在光栅周期为50 μm，两块光栅距离为50 mm，像点光强信号每变化一个周期采用1024倍电子学细分的情况下，单星测量角分辨率达0.1″，与传统星敏感器相比精度有显著提高。
干涉星敏感器 光栅 衍射干涉 高精度 interferometric star tracker grating diffraction and interference high precision
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电探测部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于传统光学成像系统的质心定位原理的角度测量技术一般存在测量精度的上限,约为像素的1/100。因此,要提高角度测量精度一般需要采用更长的镜头焦距和更大靶面的相机,增加了体积、重量和功耗,不利于设备的小型化,也不利于在对体积、重量和功耗有限制的平台(例如卫星和飞机等)上应用。基于计算干涉测量的远距离目标高精度角度测量技术,利用光学干涉的方法将目标光的角度变化转换为干涉条纹相位变化。因相位变化的测量精度可通过成熟的插值方法实现1/1000周期的精度,故干涉测量的角度精度相比传统光学方法大大提高。本文主要介绍基于计算干涉测量的远距离目标高精度角度测量技术的基本原理、主要特点、研究进展和存在的难点,希望通过该文引起广大同行的研究兴趣,一起推动该技术的快速发展和工程应用。
遥感 干涉测量 星敏感器 干涉条纹 相位估计 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811016
长春理工大学 计算机科学技术学院，吉林 长春 130022
近年来，相关滤波方法由于具备运算速度快，鲁棒性强的优势，在目标跟踪领域发展迅速。然而，面对复杂场景时，现有模型难以满足实际需求。针对背景感知相关滤波方法(BACF)在目标发生自身旋转、尺度变换、运动出视野等挑战下，相关滤波器最大响应值减弱，造成跟踪精度下降的问题，提出了一种基于相关滤波的目标重检测跟踪方法。在原有背景感知相关滤波方法的基础上，引入滤波器响应检测机制，当判定到相关滤波跟踪结果不可信时，利用粒子滤波采样策略生成大量粒子，感知目标状态，重新确定目标中心位置。在此基础上，利用自适应尺度估计机制重新计算目标尺度信息，从而实现对目标的重新跟踪。为了验证改进算法的有效性，实验选取了OTB2013、OTB2015、VOT2016共3个公开数据集进行测试，同时与相关滤波及深度学习方法进行对比，从视频属性、跟踪精确度、算法鲁棒性等角度展示所有算法的性能。实验结果表明：基于相关滤波的目标重检测跟踪方法在3个公开数据集中取得较好的实验结果，并在目标发生旋转，尺度变换及运动超出视野的情况下，有效提高了BACF的准确率和成功率。
目标跟踪 相关滤波 粒子滤波 object tracking correlation filters particle filters 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200182
光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3038
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了在保证结构简单的前提下, 实现衍射光栅精密测量系统的大量程、高精度、多维度测量, 设计了能够同时测量位移和角度的五维自由度衍射光栅精密测量系统。基于利特罗对称式光路结构, 采用高刻线密度的一维衍射光栅以及外差干涉原理实现了沿光栅矢量方向和光栅法线方向的二维位移测量; 通过引入高精度的位置灵敏探测器, 结合±1级衍射光与光栅之间的角度变化关系实现了对光栅俯仰、偏摆和滚转三个维度的角度误差测量。实验结果表明: 该衍射光栅精密测量系统能够实现分辨力优于4 nm的二维位移测量以及分辨力优于1″的三维角度测量, 其位移测量范围只受限于光栅的尺寸, 量程大大增加。该衍射光栅精密测量系统在精密测量领域有重要意义。
衍射光栅 精密测量 五维自由度 grating precision measurement five-dimensional
1 吉林大学仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
2 吉林大学第一医院, 吉林 长春 130021
睡眠呼吸暂停综合征（SAS）素有“睡眠杀手”之称。 由于其诊断金标准多导睡眠监测仪（PSG）的限制, 诊断率一直偏低。 由于呼吸暂停发生时会引发心率节奏的变化, 因此利用心电图（ECG）通过心率变异性（HRV）分析可以实现SAS的自动筛查。 但是, ECG-SAS方法所用电极穿戴繁琐、 材质致敏性较高, 影响睡眠安适度。 鉴于脉率变异性（PRV）分析与HRV分析高度相关, 并且光电容积脉搏波（PPG）信号相对ECG信号获取方式更加简单, 不仅电极不易致敏, 而且更易于穿戴, 对睡眠干扰小。 由此, 提出利用同步采集的PPG信号和ECG信号, 应用相同的建模方法, 比较二者的疾病识别能力。 应用反向传播（BP）神经网络, 分别建立PPG-SAS与ECG-SAS自动筛查模型, 并采用十折交叉验证法及受试者工作特征（ROC）曲线对模型进行对比与评估。 实验数据来源于MIT-BIH Polysomnographic Database, 共8 248个样本, 其中正常样本6 227例。 首先采用三层BP神经网络, 默认参数下建立PPG-SAS与ECG-SAS模型, 使用十折交叉验证法及ROC曲线进行模型分类准确性的对比; 然后依次改变影响分类性能的隐层节点数、 训练函数以及传递函数, 建立多个PPG-SAS与ECG-SAS模型, 从中选取各自的最优模型再进行对比。 通过比较识别率、 预测率以及ROC曲线面积, 采用默认参数的PPG-SAS模型优于ECG-SAS模型。 通过比较平均分类准确率, 隐层节点数为50、 训练函数为一步正割算法、 隐含层传递函数为双曲正切S型函数时, PPG-SAS模型得到的最高识别率与预测率分别为80.30%和80.13%; 隐层节点数为50、 训练函数为一步正割算法、 隐含层传递函数为径向基时, ECG-SAS模型的最高识别率与预测率分别为77.60%和77.67%。 以上实验结果均表明PPG信号的SAS分类能力较ECG信号更具优越性, 由此证明了PPG信号筛查SAS的可行性及可靠性, 为临床SAS病症的早期发现及诊断率提升奠定理论基础。
睡眠呼吸暂停综合征 光电容积脉搏波 心电信号 神经网络 十折交叉验证法 Sleep apnea syndrome PPG ECG Neural networks 10-fold cross-validation 光谱学与光谱分析
2019, 39(6): 1852
长春理工大学 计算机科学技术学院, 长春 130022
针对立体图像舒适度难以有效地进行客观评价的问题, 结合人眼视觉注意机制, 提出了基于区域对比度的舒适度评价模型.根据显著图与视差图提取感兴趣区域作为前景区域; 量化前景和后景区域颜色空间, 估计空间加权区域对比度, 计算前景区域视差角、宽度角; 根据主观评价值利用最小二乘法拟合曲线得出客观评价模型.对比视差+宽度模型可知, 模型预测值与主观评价值的Pearson相关系数、Kendall相关系数较原模型分别提高了8.1%、3.9%, 且平均绝对值误差减小了13%, 均方根误差减小了22.1%.本文模型的普适性更优, 结果更接近主观评价值.
双目立体图像 视觉舒适度 对比度 感兴趣区域 客观评价 颜色空间 最小二乘法 Binocular stereo images Degree of visual comfortable Contrast Region of interest Objective evaluation Color space Least square method 光子学报
2018, 47(12): 1210002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
在扫描干涉场曝光(SBIL)系统中, 曝光光斑尺寸对干涉条纹的拼接精度、光栅制作效率及干涉场质量有着十分重要的影响。为获取合理的曝光光斑尺寸, 基于高斯光束的传输规律及扫描拼接数学模型进行了数值模拟,讨论了曝光光斑尺寸对干涉条纹的非线性误差、刻线拼接误差和曝光对比度的影响。结果表明: 小尺寸曝光光斑比大尺寸曝光光斑更有利于控制干涉条纹的非线性误差; 由于存在周期测量误差, 小尺寸曝光光斑有利于减小拼接后的刻线误差并提高曝光对比度。针对SBIL系统设计了曝光光路, 并对所设计的光路进行了优化。对干涉场左右光斑形貌及干涉条纹相位的非线性误差进行了测量, 结果表明: 曝光光斑的束腰半径约为0.9 mm, 干涉条纹相位的非线性误差峰谷值为21.8 nm。
光栅 扫描干涉场曝光系统 高斯光束 光斑尺寸 光路设计
1 中国科学院大学大珩学院, 北京 100049
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所国家光栅制造与应用工程技术研究中心, 吉林 长春 130033
为了提高二维工作台的定位精度, 提出了一种在线检测二维工作台x轴测量镜面形的方法。无需y轴测量镜, 利用三路激光干涉仪检测工作台x轴测量镜的二次微分信息, 对所得数据进行二次积分得到工作台测量镜的精确面形。分析了零点误差对工作台测量镜面形误差检测的影响, 并提出了相应的校正方案。对所提出的方法进行了理论推导和实验验证, 结果表明, 所提方法的检测重复精度优于2.6521 nm, 验证了该方法对工作台测量镜面形误差检测的正确性, 并且可对工作台x轴测量镜的面形误差进行实时补偿。
测量 光检测技术 二维工作台 测量镜面形 光栅 激光干涉仪
