1 燕山大学电气工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 河北省测试计量技术及仪器重点实验室，河北 秦皇岛 066004
针对新型铁颗粒增强型氧化铝陶瓷涂层在激光熔覆原位制造过程中的热应力对涂层质量的严重影响，研究了激光诱导反应条件下钛合金表面原位制备单道复合涂层过程中的热力问题。采用代表体积元方法仿真计算该新型涂层的热力学参数。利用生死单元法与内部生热热源相结合的方法建立了激光诱导铝热反应热源模型，分析了不同工艺参数组合下涂层构件热应力分布规律。结果表明：热应力主要集中在涂层及其与基板的结合面处，涂层上沿熔覆方向的拉应力是导致涂层出现横向裂纹的主要原因。由于激光诱导铝热反应，涂层的裂纹以及残余应力随着激光功率和激光扫描速度的增加而增加。在激光功率600 W、扫描速度2 mm/s时，涂层裂纹最少；在扫描速度5 mm/s、激光功率300 W时，残余应力最小。
激光技术 激光熔覆 激光诱导铝热反应 复合涂层 数值模拟 热应力 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0931001
1 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
新型陶瓷纤维复合材料由短切氧化硅纤维及其胶合物经高温烧结得到的一种轻质多孔材料, 材料微观结构特性直接影响着宏观结构特性和功能特性。 该类材料的孔隙度分布在84%~95%之间, 微观孔径主要集中在100 μm范围内, 偶尔有少量纳米孔。 陶瓷纤维复合材料以其耐高温、 低密度、 高比强和抗烧蚀等优异性能在超高声速飞行器外层隔热部件得到应用, 但该类材料可能因为制作和装配的工艺水平等因素出现夹杂、 孔洞甚至大面积脱粘等现象。 由于陶瓷纤维复合材料结构与应用场景的特殊性使得常规的无损检测手段效果不佳, 而太赫兹(THz)技术作为一种新兴的无损检测技术, 在该类材料的无损检测具有很大的潜力, 可与常规检测技术形成互补。 针对陶瓷纤维复合材料构件粘接层缺陷检测问题, 研究了太赫兹时域信号和太赫兹层析成像方式对缺陷定位方法。 基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)无损检测技术获取和对比试样中有粘接层缺陷和粘接层完好位置的时域波形的波形峰值和相位差异, 并经过反卷积滤波技术对时域波形进行处理, 定性分析时域波形与粘接层缺陷特性的关系, 宏观判断缺陷存在; 通过对太赫兹波段陶瓷纤维复合材料光学参数提取测定太赫兹波段的平均折射率为1.028, 进而分析粘接层缺陷的深度和厚度分别为18.4和0.28 mm, 与预置缺陷真实深度和厚度相比准确度分别为92%和90%。 但由于通过时域信号提取的平均折射率会给粘接层缺陷位置分析造成误差, 因此以太赫兹层析成像方式进一步估计缺陷的位置, 分析了太赫兹层析成像噪声来源以及对成像质量的影响并采用了双边滤波对层析成像降噪滤波, 基于太赫兹层析成像技术建立了位置评估模型, 获取了粘接层缺陷的厚度为0.26 mm, 较预置缺陷厚度的准确度为96%, 有效地完善了太赫兹检测技术对缺陷定位的形式, 实现了陶瓷纤维复合材料构件的粘接层缺陷的高精度定位表征。
陶瓷纤维复合材料 太赫兹时域光谱 反卷积滤波 太赫兹层析成像 双边滤波 Ceramic fiber composite materials Terahertz time-domain Spectroscopy Deconvolution filtering Terahertz tomography Bilateral filtering 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1547
1 燕山大学电气工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学国防科学技术学院，河北 秦皇岛 066004
高空条件下太阳电池特性测试对于研究航天用太阳电池具有重要意义。本文提出了一种高空太阳电池I-V特性曲线测量方案，研究基于FPGA的硬件测试系统、并行数据采集测量方式和系统软件自动测量方法。提出基于混沌算法与遗传算法融合的太阳电池I-V特性曲线拟合算法。针对地面测试实验数据，利用太阳电池单二极管数学模型进行曲线拟合计算，结果表明混沌遗传算法优化结果适应度值为4.0289×10-4，曲线拟合效果优于粒子群算法和遗传算法。
太阳电池 I-V特性测试 混沌遗传算法 曲线拟合 solar cell I-V characteristic test chaos genetic algorithm curve fitting
1 燕山大学仪器科学工程系， 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学河北省测试计量技术重点实验室， 河北 秦皇岛 066004
3 燕山大学国防科学技术学院， 河北 秦皇岛 066004
研究了连续太赫兹波技术在航天隔热复合材料粘接缺陷无损检测领域的应用。使用环氧树脂作为粘接剂，制作了隔热复合材料与金属基板的粘接样件。采用频率范围为0.23\~0.32 THz的反射式调频连续太赫兹波检测系统，对粘接层进行检测。使太赫兹探头聚焦在粘接层处，获得层析图像。根据焦平面下0,1,2 mm处的灰度图像，判断出粘接面的缺陷大小、形状和位置，并用自适应Canny算子边缘检测法对所得图像进行处理。实验与分析表明，应用连续太赫兹成像方法，结合适当的图像检测技术，可以实现对隔热复合材料与粘接基板之间粘接缺陷的无损检测。
太赫兹成像 无损检测 复合材料 粘接缺陷 光学学报
2015, 35(s1): s111003
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
3 燕山大学科学技术学院, 河北 秦皇岛 066004
提出了一种基于小波变换的工件表面质量损失检测方法，采用二维激光扫描仪对工件表面进行测量，获取表面形貌信息，将测量到的三维点云数据类比于灰度图像中的像素点云，采用基于小波变换的边缘检测方法，提取工件表面损伤的特征，并对损伤区域进行定位，进而计算工件表面的体积损失及质量损失。针对钢材料工件表面的损伤，进行了检测实验研究。对钢材料表面质量损失检测验证了方案的可行性，实验结果表明待检工件的损伤质量检测精度可达毫克级，可用于大体积或大质量工件的表面损伤测量及材料性能的评估。
测量 质量损失检测 小波变换 边缘检测 特征区域 中国激光
2014, 41(12): 1208007
1 燕山大学电气工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
3 燕山大学科学技术学院, 河北 秦皇岛 066004
在高速滑动电接触过程中，接触表面会产生焦耳热、电弧等电气现象，导致接触温度发生突变，而温度是接触材料的导电性能及磨擦磨损的重要影响因素之一。提出了一种瞬态高温测量方法，用于测量高速滑动接触瞬间产生的温度变化。基于红外辐射原理，考虑大电流条件下的强电磁场测量环境，设计了相应的测量系统，主要包括光纤测温探头、隔离模块和高速采集模块。用黑体炉对该系统进行了标定，在高速滑动试验机上对该系统性能进行了实验验证，结果表明，该系统可对600℃~2000 ℃温度范围进行非接触有效测量，精度高、响应时间短，适用于高速滑动电接触等特殊环境下的瞬态高温测量。
测量 光谱学 瞬态高温测量 红外辐射 高速滑动电接触 光学学报
2013, 33(11): 1112004
