1 西安石油大学地球科学与工程学院, 陕西 西安 710065
3 贵州理工学院资源与环境工程学院, 贵州 贵阳 550003
为了明确储层沥青热演化程度与激光拉曼光谱的关系, 利用拉曼光谱无损分析和流体包裹体方法, 对黔西南白层地区储层沥青拉曼光谱进行了定量化描述, 首先获取了储层沥青其伴生流体包裹体均一温度, 然后获得了储层沥青拉曼光谱图, 并对比标准沥青成熟度分布图, 确定了储层沥青热演化程度及其特征。 结果表明: 黔西南白层地区存在晚三叠世(230 Ma)和渐新世(30 Ma)油气藏充注事件, 成烃流体具有多期成藏的特征。 这两次油气充注事件是该地区储层沥青最终来源, 沥青是石油受热变质作用形成的天然裂解产物, 沥青随着埋藏深度增加, 不断发生聚合或增碳缩合作用。 与储层沥青形成相伴生的有两期盐水热流体事件, 其盐水包裹体均一温度为93.5~96.7和101.2~103.7℃。 黔西南白层地区储层沥青拉曼光谱D峰拉曼位移变化范围为1 334~1 346 cm-1, G峰拉曼位移变化范围为1 607~1 610 cm-1, G-D差值为264~275 cm-1, Dh/Gh值为0.552~0.573, 根据沥青成熟度分布图版判断: 该储层沥青均已达过成熟演化阶段; 测试样品的D峰与G峰能量强度的比值R1变化0.552~0.573, D峰与G峰的半峰全宽比值R2变化为1. 688~1.945, D峰与(D+G)峰积分面积之比R3的变化为0. 68~0. 72, 基于拉曼光谱分析结果计算得到区域古油藏储层流体温度为122.78~164.31 ℃。 黔西南白层地区储层沥青属于异地迁移型有机质, 相似激光拉曼光谱特征表明储层沥青具有相同成因, 均为先存古油藏沿该区控矿构造发生逃逸的油气物质转化的产物。 最后拟定了拉曼光谱与沥青热演化关系, 为古油藏演化成储层沥青研究提供了理论依据。
黔西南 储层沥青 流体包裹体 激光拉曼 均一温度 Southwest Guizhou Reservoir bitumen Fluid inclusions Laser Raman Homogenization temperature
1 吉林工程技术师范学院量子信息技术交叉学科研究院, 吉林 长春 130052
2 吉林省量子信息技术工程实验室, 吉林 长春 130052
3 长春理工大学电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
为满足显微成像领域的多样化需求,解决实际应用中成像质量与成像时间之间的矛盾,提出一种基于数字微镜器件的多分辨显微关联成像方法。该方法利用LED光源作为背景照射光源,对科研级荧光正置显微镜原光路改装设计为关联成像光路,采用多分辨Hadamard优化矩阵作为数字微镜器件的预置图样,实现了生物组织样品的连续多分辨成像。实验结果表明,多分辨显微关联成像系统的分辨率可达218 nm,单组测量后可同时输出8组不同分辨率图像,能够根据实际应用中不同图像质量需求选择不同的分辨率,减少成像时间和存储空间,极大地提高了显微成像的灵活性。这种新型多分辨显微关联成像方法可以扩展至细胞筛选、细胞实时成像等领域,对推动关联成像在细胞和生物组织显微成像领域的应用具有重要意义。
成像系统 显微成像 关联成像 数字微镜器件 Hadamard优化矩阵 多分辨成像 光学学报
2021, 41(21): 2111001
1 吉林工程技术师范学院 量子信息技术交叉学科研究院，吉林 长春 130052
2 吉林省量子信息技术工程实验室，吉林 长春 130052
3 长春大学 理学院，吉林 长春 130022
为克服扫描方式多光谱成像无法捕获动态场景下的多光谱数据，提出了一种基于相位调制实现运动目标单次曝光多光谱成像方法。该方法将关联成像技术、压缩感知技术与光谱成像相结合，在成像光路中引入空间随机相位调制器，对运动目标物体三维图谱信息数据进行调制和压缩，然后利用探测器获取二维混叠信号，实现单次曝光获取运动目标的三维图谱信息重构，具有光能利用率高、成像时间短、系统结构简单等优点。实验结果表明：单帧CCD探测信号的电子数均值从200 e−按100 e−的间隔增加到1300 e−时，随着电子数均值增加，重构图像相对均方根误差rRMSE值对应减小，重构图像质量提高；当步进电机以30 Hz速度带动目标物体连续运动时，可获得较好质量运动物体的多光谱重构图像；采用光谱仪对目标物体中不同谱段的光谱分布曲线进行测试，所得结果与重构图像的光谱分布曲线相吻合，证明了该方法的有效性。研究结果对多光谱关联成像技术在无人机平台、动态监测等领域的应用提供了有益借鉴。
多光谱 关联成像 压缩感知 运动目标 探测信号 multispectral correlated imaging compressed sensing moving target detection signal 红外与激光工程
2021, 50(7): 20210184
1 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点试验室, 湖南 长沙 410082
2 智能激光制造湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410082
3 湖南大学机械与运载工程学院, 湖南 长沙 410082
近年来, 由于越来越多的工业含油污水产生和频繁泄油事故的发生, 因此开发用于油水分离新技术十分重要。传统的油水分离材料由于存在制备工艺复杂, 商业可用性低以及无法适应恶劣环境, 大多数方案都无法进行大规模生产, 且无法对重密度和轻密度油同时生效。受到鱼鳞的启发, 制备了一种具不对称浸润特性的金属网格。通过用飞秒激光处理不锈钢网的一面, 并在另一面上喷涂打印机粉末, 使得网格的两面对水和油表现出不同的亲疏性。激光处理的表面超亲水并且水下疏油, 此侧对水的接触角降为接近0°, 对油的接触角增加至131°; 而喷涂粉末的表面亲油并且疏水, 此侧水的接触角增加至138°, 而油的接触角将为0°。因此当油水混合物接触到金属网格某一面时, 表现出亲性的液体就会在重力作用下透过网格, 而表现出疏性的一面则会被阻隔, 从而实现了油水的分离效果, 且该网格对重油和轻油的分离均有效果, 二者的分离效率均超过95%。
飞秒激光 油水分离 浸润特性 微纳结构 femtosecond laser oil/water separation wetting property micro-nano structure
1 湖南大学机械与运载工程学院, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
飞秒激光加工技术是一种新型的材料微加工技术, 该技术在航空航天、生物医疗、电子制造等领域有广泛的应用前景。飞秒激光微孔加工技术可以用于航空发动机气膜冷却孔和无痛注射微针等的加工。但是加工质量和效率是制约该技术广泛应用的主要因素。实验研究了Burst模式和单脉冲模式条件下、不同脉冲能量时的微孔加工效果, 并观察了孔的微观形貌。结果表明, 增加能量对提高孔的大小和深度有利, 但不利于提高孔的圆度; 相比单脉冲模式, Burst模式下, 增加Burst内脉冲数, 孔变小变浅, 且圆度变差; 孔内壁上有出现亚微米波纹结构, 波纹上有纳米颗粒, 而孔口边缘出现烧蚀沉积。
飞秒激光 微孔加工 Burst模式 孔的质量 femtosecond laser micro-hole drilling burst mode hole’s quality
湖南大学机械与运载工程学院, 湖南 长沙 410082
激光直接金属沉积(Direct Metal Deposition, DMD)作为一种典型的增材制造方式通过利用激光作为热源逐层沉积金属粉末来制造三维零件。然而成型过程中的不稳定因素较多尤其是熔池温度、冷却速率等, 这些最终将导致成形件较低的宏观尺寸精度以及不均一的微观显微组织等进而严重影响零件使用性能。通过选用薄厚特殊基板, 利用比色高温计实时监测熔池温度作为闭环反馈信号, 通过建立基于PID控制算法的在线控制系统实时调节激光功率使得沉积过程中的熔池温度控制稳定, 并利用另外两台比色高温计定点逐层监测沉积层两端热历史并计算冷却速率。开闭环实验对比表明熔池温度稳定条件下层厚标准差降低了62%, 各位置晶粒表征参数标准差均得到降低。
激光直接金属沉积 熔池温度 PID控制 冷却速率 Direct Metal Deposition molten pool temperature PID control cooling rate
1 华东交通大学材料科学与工程学院, 江西 南昌 330013
2 湖南大学机械与运载工程学院, 湖南 长沙 410082
本文应用机械合金化法制备了CNTs-SiC-Ni复合粉末, 采用激光熔覆技术制备了CNTs-SiC-Ni复合涂层, 研究了机械合金化对熔覆层的硬度和耐磨性的影响。结果表明, 随着机械合金化转速的提高, 镍粉、SiC粉末和CNTs逐渐混合均匀, 形成了CNTs-SiC-Ni核壳式复合粒子, 镍颗粒表面复合包覆层面积呈指数函数增加, 然后趋于稳定, 转速为300 r/min时, 粉末复合效果最佳; 随着机械合金化转速的增加, 熔覆层硬度具有最大值, 磨损量具有最小值, 转速为300 r/min时, 熔覆层的硬度最高, 约为基板的2倍。
机械合金化 核壳式复合粒子 激光熔覆 显微硬度 耐磨性 mechanical alloying core-shell composite particle laser cladding microhardness anti-wear property
1 湖南大学机械与运载工程学院, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
为了解决金属合金增材制造中相变检测的材料损伤, 针对金属合金增材制造提出一种基于激光诱导等离子光谱学(LIBS)的实时相变监测方法。试验采集激光熔覆Ni-Al与Ni-Fe合金的连续激光激发光谱信号, 然后检测熔覆材料物相组成与成分, 最后使用飞秒激光烧蚀上述Ni-Al与Ni-Fe合金并采集对应的飞秒激光激发光谱信号。对于采集的光谱信号, 采用谱线强度比构建标定曲线分析其与物相组成的关系并针对两种合金分别建立了四条标定曲线。结果显示, 当物相组成随着Ni元素浓度增加而由γ＇-Ni3Al和β-NiAl相向β-NiAl和γ-Ni相转变时, 连续与飞秒激光谱线强度比随着成分改变的标定曲线线性趋势在80.57 at.% Ni时发生突变, 而当物相组成为Ni3Fe相且随着Ni元素浓度增加未改变时, 谱线强度比随着成分改变的标定曲线的线性趋势不发生改变。标定曲线的线性趋势的改变可以有效地预测物相组成的改变且连续与飞秒激光光谱标定曲线有着相同的变化趋势。
激光诱导等离子体 相变预测 光谱检测 物相组成 laser-induced plasma phase transformation prediction spectral detection phase composition
