南昌航空大学 无损检测教育部重点实验室, 江西 南昌 330063
随着直升机技术的发展, 急需对一种新型的直升机桨叶包铁结构做质量检测研究, 该包铁结构外层为不锈钢, 中层为橡胶、加热元件, 内层为玻璃纤维。包铁结构需要分类识别的4类典型结构为上层脱粘缺陷、加热元件、下层脱粘缺陷、无缺陷无加热元件, 但这种包铁结构较常见多层结构层数多、层厚薄、需识别分类多, 超声波在这种结构中会发生严重的混叠现象。因此研究了超声波在薄壁多层结构中的传播规律, 建立了新的包铁结构的超声反射频谱模型, 将测试的不锈钢、橡胶、玻纤的声速、声阻抗、频率-衰减系数曲线、2.25 MHz和5 MHz的探头频谱代入模型进行仿真, 仿真结果表明,2.25 MHz探头可以识别出包铁的4种结构, 5 MHz探头可以识别出除下层缺陷的另外3种结构, 实际检测结果验证了新模型的仿真结果。
超声反射谱 超声信号仿真 多层复合材料 桨叶包铁结构 超声检测 ultrasonic reflection spectrum ultrasonic signal simulation multi-layered composite material blade iron-clad structure ultrasonic testing
1 江苏科技大学电子信息学院，江苏 镇江212003
2 无锡信捷电气股份有限公司，江苏 无锡 214100
包含多重嵌套轮廓线的空移路径规划是开发激光切割系统的主要问题之一，在满足嵌套图形由内到外的激光切割工艺要求下，提出启发式排序和网格排序算法，实现优化排序。首先通过射线法，判断多重嵌套轮廓线的位置关系；然后采用最佳适应度优先的启发式排序算法，将空移距离、轮廓线的面积作为评价指标，分别赋值权重得到总体适应度，选择适应度高的轮廓线作为下一个切割图形；最后，为了满足不同应用场景，提出另外一种网格排序方法，根据轮廓线控制点的疏密程度，基于层次聚类算法划分网格，按照规则的路线遍历网格，依次确定定位到每个网格中的轮廓线。仿真与试验结果表明，相比于智能优化排序算法，启发式排序和网格排序在满足激光切割工艺要求的前提下，不仅可以有效缩短空移路径，还大大减少了计算时间，显著提高激光切割效率和质量。
激光切割 嵌套轮廓线 贪婪算法 层次聚类 网格排序 laser cutting multi-layered contour line greedy algorithm hierarchical clustering grid sorting
1 超声医学工程国家重点实验室, 重庆医科大学 生物医学工程学院, 重庆市生物医学工程学重点实验室, 重庆 400016
2 超声医疗国家工程研究中心, 重庆 401121
该文利用k-Wave对高强度聚焦(HIFU)超声在多层组织中的焦点偏移现象进行了仿真及理论研究, 分析了不同变量在非线性情况下对高强度聚焦超声穿过多层组织达到肝脏组织中形成的焦点位置的影响。研究发现, 在换能器参数相同条件下, 多层组织的存在将导致焦点明显向换能器方向偏移, 其聚焦位置相对于水域中焦点位置相差达到2.6 mm; 肌肉厚度的增加将导致焦点向靠近换能器方向移动, 脂肪厚度的增加将导致焦点向远离换能器方向移动。对于不同F数(F数表示换能器曲率半径与开口直径之比)的换能器, 焦点位置的变化相对较小, 这说明本研究的焦点偏移现象及结论对于不同的换能器有普适性, 可为高强度聚焦超声精准高效治疗提供参考依据。
高强度聚焦超声(HIFU) 焦点位置 非线性 多层组织 high-intensity focused ultrasound(HIFU) focal point position k-Wave k-Wave nonlinear multi-layered tissues
1 西北大学光子学与光子技术研究所, 陕西, 西安 710069
2 中国人民解放军空军军医大学西京医院骨科, 陕西 西安 710032
空间偏移拉曼光谱(SORS)能够准确、 快速、 无损检测多层混浊介质样品深层生化构成信息。 该研究通过搭建集成化逆向SORS光谱分析装置, 在实现逆向SORS和背散射式拉曼光谱两种不同的光谱检测模式的基础上, 检测与分析了不同空间偏移量(Δs)条件下双/三层组织模型内的深层拉曼光谱信息, 并根据几何光学理论和投影测量原理, 量化标定了Δs与锥透镜空间位置之间的关系, 这为精确控制光谱检测条件提供了保障。 为了验证该装置的检测能力, 采用由羊肩胛骨/对乙酰氨基酚组成的双层模型和猪皮/硅橡胶/对乙酰氨基酚组成的三层模型, 获得不同Δs条件下包含样品表层和深层信息的混合光谱。 并进一步对该混合光谱进行面积归一化处理, 观察到随着Δs的增大样品表层的拉曼贡献逐渐减小, 而第二层以及第三层的拉曼贡献逐渐增大的现象。 在此基础上, 通过选择模型中每层物质的拉曼特征峰计算其相对拉曼强度, 分析研究了相对拉曼强度、 空间偏移量与样品厚度三者之间关系, 即当Δs增大时相对拉曼强度比值随之增加, 这清晰地表明深层物质的拉曼强度增加。 然而, 在同一Δs条件下, 相对拉曼强度随着表层物质厚度的增大而减小。 以上实验结果表明, 我们搭建的集成化逆向SORS光谱分析装置可从深度达8 mm的生物模型下获取光谱信息, 并证明了该装置在经皮无损探测方面的应用价值。
空间偏移拉曼光谱 逆向空间偏移拉曼光谱 多层组织模型 深层光谱分析 Spatially offset Raman spectroscopy Inverse SORS Multi-layered samples Deep surface spectral analysis 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3456
红外与激光工程
2020, 49(10): 20201043
电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信教育部重点实验室, 四川 成都 611731
研究了一种基于多层石墨烯材料的光纤声波传感器, 该传感器是由单模光纤和多层石墨烯薄膜构成的光纤法布里-珀罗干涉腔结构。分别采用多层的石墨烯和氧化石墨烯(GO)材料作为声压敏感薄膜, 进行声波传感实验研究。结果表明, 在音频范围内, 基于石墨烯和GO薄膜的光纤声波传感器的平均信噪比分别达到56 dB和69 dB, 平均最小可探测声压灵敏度分别为20.8 μPa·Hz-1/2和6.63 μPa·Hz-1/2, 远低于电学声波传感器的最小可探测声压灵敏度。基于石墨烯材料的光纤声波传感器具有更高的声波检测灵敏度, 适用于强电磁干扰、狭小空间等环境下的微声压测量。
传感器 多层石墨烯 法布里-珀罗干涉腔 光纤声波传感器 灵敏度
南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094
为研究采用UV-LIGA(Ultraviolet Lithography, Galvanoformung, Abformung)技术制作的多层电铸镍的机械可靠性，对其进行了抗冲击性能分析。利用冲击试验台及信号采集系统测试了UV-LIGA多层电铸镍的抗冲击性能。实验分析得到其累积失效概率-加速度峰值曲线近似拟合于韦布尔统计分布，韦布尔系数γ=7.6，参考加速度为21 300g。当加速度为12 000~18 000g时，可靠性相对较高; 当加速度为12 000~18 000 g时，累计失效概率增加较快; 当加速度大于24 000g时，可靠性下降迅速。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样，得到其主要的失效形式有分层、断裂、塑性变形以及黏连等。初步分析了失效原因，并提出了相应的优化设计方法，为UV-LIGA多层结构的设计提供实验依据。
多层电铸镍 抗冲击性能 微机电系统(MEMS) Ultraviolet Lithography Galvanoformung Abformung(U UV-LIGA multi-layered electroformed nickel anti-impact property Micro-mechanic-electronic System(MEMS)
激光驱动飞片加载金属箔板成形技术是一种新型微成形技术，其飞片的结构和性能是影响该技术成形能力和质量的主要因素之一。通过Spitlight 2000 NdYAG激光器探究了复合飞片（主要由黑漆吸收层、聚酰亚胺隔热层和铝飞片组成）对激光驱动飞片加载金属箔板成形性能的影响。实验结果表明复合飞片能够增大工件的最大成形深度，同时工件形貌中心与模具中心的对中性更好，证明复合飞片在成形过程中对冲击波具有增压和均压作用，能够提高该技术的成形能力和质量。讨论了复合飞片提高成形能力和质量的原因，同时探究了激光能量和聚酰亚胺薄膜厚度对成形性能的影响。
激光技术 微成形 复合飞片 激光驱动飞片 成形能力
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，长春 130033
2 中国科学院研究生院，北京 100039
AZ4620是一种广泛应用于微系统制作的正性光刻胶。高温改性后的AZ4620在紫外曝光时光照部分不再发生光化学反应，基于这样的材料特性，以220℃高温硬烘30min获得改性的无光敏性的光刻胶，通过Plasma氧刻蚀制作出底层结构，再在底层结构表面涂胶采用多次曝光和显影制作出具有三层微结构的光刻胶模具，利用模塑法制作聚合物PDMS芯片。对光刻胶高温硬固工艺进行分析，对产生回流、残余应力、气泡等问题进行理论分析和实验研究，优化了模具加工工艺。采用多次喷涂，Plasma氧处理改善浸润性，高温硬烘0.5℃/min的升温速率得到了质量较好的多层光刻胶模具，为利用正性厚胶制作多层微结构提供了新的方法。
高温改性 多层微结构 光刻胶模具 AZ4620 AZ4620 thermal disposing modification multi-layered microstructure photoresist mold PDMS PDMS
