中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院,北京 100083
为了探究不同高度条形缺陷的梁构件动态裂纹扩展规律, 在三点弯曲梁中设计高度分别为22 mm、28.5 mm、35 mm的条形缺陷, 通过数字激光动态焦散线实验系统和落锤冲击试验系统进行研究。结果表明: 不同高度条形缺陷的三点弯曲梁在落锤冲击实验中, 裂纹扩展速度和应力强度因子受缺陷高度影响分两个阶段。第一阶段随着缺陷高度的增加, 裂纹最大扩展速度分别为247.49 m/s、292.49 m/s与284.99 m/s, 呈现先上升后趋于稳定的态势, 起裂应力强度因子随着缺陷高度的增加而变大, 分别为1.480 MPa/m3/2、1.665 MPa/m3/2、1.812 MPa/m3/2; 第二阶段随着缺陷高度的增加,裂纹起裂扩展速度逐步减小分别为634.42 m/s、524.97 m/s、377.67 m/s, KⅠ型起裂应力强度因子逐步减小分别为3.281 MPa/m3/2、3.192 MPa/m3/2、2.876 MPa/m3/2, KⅡ型起裂应力强度因子逐步增大分别为1.254 MPa/m3/2、1.319 MPa/m3/2、1.398 MPa/m3/2, KⅠ-KⅡ复合型应力强度因子经偏转化为KⅠ型应力强度因子。研究结果可为不同形状和不同位置的缺陷构件的动态响应问题提供理论参考。
焦散线实验系统 条形缺陷 裂纹扩展速度 应力强度因子 caustic line experiment system stripy flaw crack propagation speed stress intensity factor
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大学杭州高等研究院 物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
常规的分布式布拉格反射（DBR）半导体激光器中，增益区域所对应的自由谱间距应大于DBR高反射率带宽的1/2，以获得稳定的单模激射。该条件限制了DBR激光器的阈值和功率特性。文章首次提出并实现了基于DBR选模的太赫兹量子级联激光器（THz-QCL），并突破了上述限制。作者所实现的THz-QCL采用脊波导结构，利用解理腔面和DBR反射镜构成谐振腔，利用有源区增益谱较窄的特点，通过调整DBR反射率谱使增益谱与DBR高反射带在频域中部分重叠，从而获得了单模激射的THz-QCL。该方案使得DBR高反射带显著宽于自由谱间距，即显著提高了激光器中增益区域的长度，从而降低阈值并提高功率特性。实验上，作者研制出增益区域长达3.6 mm的DBR激光器，单模激射的频率为2.7 THz，边模抑制比达到25 dB，该激光器的阈值和温度特性与相同材料制备的法布里-泊罗腔多模激光器相当。文章中的工作为实现高性能单模太赫兹量子级联激光器提供了新的研究思路。
半导体激光器 量子级联 太赫兹 分布式布拉格反射镜 单模 光子禁带 semiconductor lasers quantum cascade terahertz distributed Bragg reflector single mode photonic band gap
1 河北工业大学电子信息工程学院, 天津 300000
2 天津市电子材料与器件重点实验室, 天津 300000
针对遥感图像中小目标检测精度低以及漏检现象严重的问题, 提出一种基于YOLOv4改进的遥感小目标检测算法。该算法首先改进特征提取网络, 删除深层次特征层, 减少语义丢失现象;其次将轻量级注意力机制与RFB-S结构融合, 拓展感受野, 并加强网络对重要信息的关注程度, 从而提升检测精度;最后使用Focal Loss函数解决正负样本不均衡问题, 抑制背景目标, 进一步增强检测效果。在RSOD数据集上的实验结果表明, 改进后算法检测平均精度为96.5%, 召回率达到87.2%, 检测效果明显提升, 有效改善了小目标漏检现象, 对遥感图像小目标检测具有重要意义。
遥感图像 特征提取 注意力机制 remote sensing image YOLOv4 YOLOv4 feature extraction attention mechanism
1 长安大学汽车学院，陕西 西安 710018
2 长安大学信息工程学院，陕西 西安 710018
为了提升雨天车辆检测的精度，解决智能网联汽车的车辆检测系统受雨纹干扰导致精度衰退的问题，提出一种雨天车辆检测的两阶段渐进式图像去雨算法。该算法搭建了以轻量级特征提取与加权模块、高效率特征传递与融合模块为核心的两阶段渐进式去雨网络，实现了对雨纹信息的挖掘与捕获，完成了雨纹的精准去除。为了验证所提算法的有效性，融入基准车辆检测器YOLOv5，对输入YOLOv5的去雨图像进行检测。同时根据智能网联汽车的工作环境构建了混合车辆数据集。在该数据集上的结果表明：雨天交通场景下，相比其他算法，所提去雨算法对基准车辆检测器YOLOv5的精确率、召回率、mAP@0.5的增益分别为3.0个百分点、8.9个百分点、7.6个百分点，证明所提去雨算法能够显著提升对雨天车辆的检测精度，可应用于实际场景。
图像处理 图像去雨 图像增强 两阶段渐进式图像去雨算法 车辆检测 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2210006
1 郑州师范学院物理与电子工程学院，河南，郑州 450044
2 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与探测器重点实验室，上海 200083
设计了一种由圆形硅纳米线和涂覆石墨烯的三角形纳米线组成的混合等离激元波导结构，采用有限元方法研究了该波导中的基模场分布和亚波长传输特性。利用硅纳米线波导周围的倏逝波与石墨烯的耦合，大幅提升了等离激元波导的亚波长传输性能。研究结果表明，三角形顶角大小、间隙距离、石墨烯费米能级等对模式的传输特性有很大影响。所设计的波导结构具有强光场局域、低损耗传播和高品质因数等优点。与同类型结构相比，所设计的波导综合性能更优，有望应用于波导集成型等离激元光器件中，如调制器、纳米激光器等。
光学器件 波导 石墨烯等离激元 红外波 中国激光
2023, 50(10): 1013001
1 浙江师范大学 工学院 精密机械研究所，浙江金华32004
2 浙江省城市轨道交通智能运维技术与装备重点实验室，浙江金华31004
为提高在低频、宽带、高强度及大振幅振动环境下的可靠性，提出一种换向激励式压电振动俘能器，它由拾振器和换能器组成。换能器的振动方向垂直于拾振器振动方向（环境振动方向），振动方向的转换通过磁力换向结构实现，换向结构使响应振幅不随外部激励的增加而一直增加，从而提高可靠性。建立了俘能器的动力学模型，通过数值仿真和实验获得了相关参数对其输出特性的影响。仿真和实验结果表明：激励频率小于20 Hz时，该两自由度系统存在两阶谐振频率使输出电压达到峰值，一阶为拾振器谐振频率，二阶为换能器谐振频率。随着拾振簧片长度和拾振质量的增加，一阶谐振频率升高，所对应的输出电压基本不变；二阶谐振频率基本不变，所对应的输出电压逐渐升高；工作频带变宽。当外部激励振幅达到阈值时，换能器的响应振幅被有效控制，输出电压不再随之增加，最佳负载电阻为540 kΩ，此时输出功率最大为0.4 mW。实际应用中可通过改变俘能器的结构参数调整谐振频率及输出电压，将响应振幅控制在安全区域内，以适应低频、宽带、高强度及大振幅的工作环境。
压电 振动俘能器 低频 换向激励 响应限幅 piezoelectric vibration harvester low-frequency commutation-excited response limits
航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
CO是碳氢燃料不完全燃烧的重要产物, 常常被作为反应燃烧效率的标志物, 燃烧场CO组分浓度的精确测量对提高燃烧效率、 减少污染物排放具有重要意义。 离轴积分腔输出光谱（OA-ICOS）是一种利用物质对激光的特异性吸收, 实现对该物质分析和测量的技术, 具有非接触、 稳定和高灵敏度等优点。 针对燃烧场CO浓度低, 背景信号干扰强等特点, 采用分布反馈式（DFB）激光器搭建基于离轴积分腔输出光谱的CO浓度测量系统, 通过直接吸收光谱的测量方法实现对高温燃烧场CO浓度测量。 利用仿真模拟的方法, 在所用激光器中心波长的附近选出了常温下谱线强度较为突出, 高温下不受其他燃烧产物干扰的第一泛频带R(10)吸收谱线。 通过固定光程池对比吸光度的方法标定了OA-ICOS系统的有效光程; 通过比较不同扫描频率下吸收谱线的信噪比和线型拟合残差标准差, 得到最佳波长扫描频率; 通过测量不同浓度CO混合气体的吸收信号分析了系统误差。 探究了不同燃烧情况下CH4/Air预混平焰炉上CO的产生情况, 根据燃烧场测量区域温度分布情况描述了温度分布不确定度对CO测量结果的影响。 当量比为1.0时, 在10 ms的测量时间分辨率下, 噪声等效灵敏度（NEAS）为3.67×10-7 cm-1·Hz-1, 系统测量误差小于4.5%, 燃烧场测量区域温度分布不确定度带来的CO浓度测量不确定度为5.6%。 改变当量比从0.8到1.2时, 得到平均温度变化范围为1 275~1 368 K, CO浓度变化范围为0.041%~1.57%。 研究发现随着当量比的提高, 燃烧场温度和CO浓度均呈上升趋势。 实验结果表明将离轴积分腔输出光谱技术应用于燃烧场气体参数测量具有信噪比高、 检测灵敏度高等优点, 可以实现痕量气体组分浓度的精确测量。
离轴积分腔输出光谱 浓度测量 一氧化碳测量 燃烧流场 Off-axis integrating cavity output spectroscopy Concentration measurement Carbon monoxide measurement Combustion flow field 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3678
吉林化工学院 信息与控制工程学院, 吉林 132022
为了解决采用极限学习机(ELM)神经网络室内可见光定位方法存在误差较大、网络模型训练时间较长、结果稳定性较差等缺点, 采用稀疏训练指纹库, 融合多目标动量粒子群算法(MMPSO), 结合ELM室内可见光定位方法, 形成MMPSO-ELM方案, 引入动量因子, 避免迭代过程中过度振荡, 加快系统收敛速度。在不同的定位空间内随机选取训练数据集方式, 在测试点数量不同的情况下, 将本方案与后向传播(BP)、ELM以及PSO-ELM 3种定位算法进行了比较。结果表明,MMPSO-ELM方案在20组训练数据条件下, 对80组待定位点进行预测定位, 定位误差最大为0.0225m, 最小误差为0.00093m, 平均定位误差低至0.00143m, 且定位性能受定位空间大小影响较小; MMPSO-ELM可见光定位方案具有定位精度高、速度快、泛化性强等优点。该研究为在室内场所实现快速准确定位提供了理论支撑。
光通信 极限学习机 粒子群算法 稀疏训练指纹库 动量因子 可见光定位 optical communication extreme learning machine particle swarm optimization sparse training fingerprint database modified momentum factor visible light location
针对综合模块化航电(IMA)架构双层调度中的资源分配问题, 提出一种基于混沌Logistic映射自适应NSGA-Ⅱ算法的双层资源分配方法。首先, 根据IMA架构任务调度及分区调度要求, 同时考虑资源分配均衡性因素, 分别构建分区资源分配模型和节点资源分配模型; 其次, 采用改进NSGA-Ⅱ算法对模型进行优化求解, 引入混沌Logistic映射生成初始种群, 提升初始种群的遍历性, 并采用自适应交叉、变异算子增强算法的搜索性能和收敛速度; 最后, 选取不同规模的算例进行实验, 结果表明, 所提方法能够有效解决IMA架构的资源分配问题, 提升分配效率并优化分配结果。
综合模块化航电 资源分配 混沌映射 自适应算子 改进NSGA-Ⅱ算法 IMA resource allocation chaotic mapping adaptive operator improved NSGA-Ⅱ algorithm
