1 甘肃政法大学司法警察学院(公安分院)，甘肃 兰州 730070
2 甘肃省兰州市公安局西固分局，甘肃 兰州 730060
3 铁道警察学院治安学系，河南 郑州 450053
探索利用可见激光无损提取粗糙纸张上尿渍足迹的可行性，定量比较足迹显现效果。利用3种可见激光，配合使用11种可见波段滤光镜，对4类20种常见类型纸张上的尿渍足迹样本进行可见激光荧光照相，观察足迹显现效果；创建Matlab程序，引入灰度荧光亮度标准差指标比较足迹显出程度。发现20个尿渍足迹样本显现效果最好时的波段组合几乎各不相同，但可利用445 nm蓝色激光作为激发光，配合使用570 nm接收滤光镜，对所有样本的尿渍足迹进行整体最大程度的显现，样本尿渍足迹发现率100%；除黑色打印纸、复杂彩色背景报纸上的尿渍足迹样本外，样本尿渍足迹有效显出率90%。表明可见激光荧光照相能够用来显现粗糙纸张上的尿渍足迹，灰度荧光亮度标准差可以用来衡量尿渍足迹显出程度。
可见激光荧光照相 粗糙纸张 尿渍足迹 无损提取 灰度荧光亮度标准差 visible laser fluorescence photography rough paper urine footprint non-destructive extract standard deviation of gray-scale fluorescence lumi
1 武汉科技大学 理学院,武汉 430065
2 武汉爆破有限公司,武汉 430056
3 江汉大学 精细爆破国家重点实验室, 武汉 430056
4 江汉大学 爆破工程湖北省重点实验室, 武汉 430056
5 江汉大学 爆破工程湖北省重点实验室
6 武汉 430056
为解决受限空间下高耸钢筋混凝土水塔爆破拆除难题, 研发了高耸构筑物垂直原地爆破拆除技术。采用高速摄影观测、振动监测手段和数值仿真方法, 对水塔垂直原地坍塌冲击破坏机理、垮塌运动过程和触地振动效应进行了全面分析。研究发现：高耸水塔垂直原地爆破拆除的坍塌过程近似自由落体运动, 回归分析得到水塔向下塌落的加速度约为9.4 m/s2, 略小于重力加速度; 采用“分离式”有限元模型, 可以近似还原水塔的塌落运动过程, 并精确捕捉每段筒体的冲击碰撞时刻; 159号混凝土材料模型, 可以很好地模拟水塔筒体塌落冲击破坏过程; 水塔筒体冲击破坏过程复杂, 总体呈现多次冲击累积损伤破坏过程; 振动主振频带主要集中在5～60 Hz, 振动信号的高频部分衰减迅速, 能量主要集中在低频部分, 并且振动信号的总能量随着距离的增加而显著减小。试验表明：通过筒体分段依次垂直原地塌落触地, 并同步开展顶部水箱水压爆破, 不仅可以控制高耸水塔的塌落堆积范围, 而且可以减小触地振动效应并控制爆破粉尘危害。
爆破拆除 原地塌落 高速摄影 数值模拟 触地振动 blasting demolition in-situ collapse high-speed photography numerical simulation touchdown vibration
在惯性约束聚变过程中，冲击波速度与靶丸内爆压缩对称性密切相关，任意反射面速度干涉仪（VISAR）与压缩超快成像（CUP）系统的结合（CUP-VISAR）为冲击波速度二维时变诊断开辟了新思路。针对系统重建耗时长的问题，提出并实现了一种针对CUP-VISAR系统的全变分正则化快速重建算法。对弯曲条纹的仿真重建分析结果表明，本文提出的TVAL3H算法对比传统TVAL3算法，峰值信噪比（PSNR）提升了6.86 dB（25 frame）~1.20 dB（150 frame），结构相似性（SSIM）提升了26.67%（25 frame）~14.10%（150 frame），时间消耗降低了92.15%（25 frame）~78.30%（150 frame）。对比广义交替投影（GAP）和交替方向乘子（ADMM）算法，时间消耗降低了57.79%（100 frame，GAP）~77.20%（25 frame，ADMM）的同时PSNR和SSIM差异较小。在同一重构时间量级下，所建立重构算法不同frame条件的PSNR相比GAP与ADMM算法分别提高了1.92 dB（25 frame）~0.84 dB（150 frame）及1.85 dB（25 frame）~0.80 dB（150 frame）；SSIM相比GAP与ADMM算法分别提高了9.23%（25 frame）~4.48%（150 frame）及8.85%（25 frame）~4.46%（150 frame）。
衍射与光栅 压缩超快成像 全变分正则项约束 冲击波诊断 三维重建 哈达玛乘积 光学学报
2023, 43(19): 1911003
Author Affiliations
Abstract
University of Bremen, Bremen Institute for Metrology, Automation and Quality Science, Linzer Str. 13, 28359 Bremen, Germany
Digital speckle photography is a displacement field measurement method that employs laser speckles as surface markers. Since the approach requires only one reference image without a preparation of the sample and provides a fast, single-shot measurement with interferometric precision, the method is applied for in-process measurements in manufacturing engineering. Due to highly localized loads, higher-order displacement gradients occur in manufacturing processes and it is an open research question how these gradients affect the measurement errors of digital speckle photography. We simulate isotropic Gaussian surface topographies, apply a displacement field and then generate laser speckle patterns, which are evaluated with digital image correlation and subsequently the resulting random and systematic errors of the displacement field are analyzed. We found that the random error is proportional to the first-order displacement gradient and results from decorrelation of the laser speckles. The systematic error is mainly caused by the evaluation algorithm and is linearly dependent on the second-order gradient and the subset size. We evaluated in-process displacement measurements of laser hardening, grinding and single-tooth milling where we determined the relative error caused by displacement gradients to be below 2.5% based on the findings from the simulative study.
Digital speckle photography Digital image correlation Displacement gradients Systematic errors Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023012
强激光与粒子束
2023, 35(8): 082005
航天工程大学宇航科学与技术系, 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
为研究脉冲激光斜入射烧蚀铝靶冲量耦合机理, 直接测量其宏观冲量耦合特性是其中一种手段, 但激光烧蚀包含多种物理过程, 仅仅研究其宏观力学性能难以深入分析冲量形成机理, 脉冲激光烧蚀形成的等离子体羽流喷射是诱发力学效应的重要过程, 因此, 在研究宏观力学性能的基础上, 通过开展脉冲激光斜入射烧蚀铝靶等离子体羽流及发射光谱特性测量研究, 深入分析脉冲激光烧蚀冲量耦合机理。 围绕单脉冲1064nm激光斜入射烧蚀铝靶开展研究, 首先通过构建高速摄影测量系统和发射光谱测量系统, 获得了典型激光能量密度斜入射烧蚀铝靶产生的等离子体羽流图像、 等离子体光谱图像和等离子体发射光谱, 基于等离子体发射光谱, 利用Boltzmann作图法和Stark展宽法, 分别研究了脉冲激光多种斜入射角度下等离子体温度、 电子数密度随能量密度的变化关系; 通过搭建扭摆微冲量测量系统, 研究了脉冲激光多种斜入射角度下, 沿着激光入射方向的冲量耦合系数随能量密度的变化。 研究中遵循从羽流微尺度演化过程到冲量宏观力学性能测量分析的研究思路。 实验结果表明, 随着能量密度的增加, 等离子体羽流发光强度增强, 羽流离化程度增加, 等离子体温度、 电子数密度均先迅速增加, 冲量耦合系数也迅速增加; 当能量密度大于15 J·cm-2时, 由于等离子体屏蔽效应, 等离子体温度、 电子数密度均逐渐趋于饱和, 最终导致冲量耦合系数随着能量密度的增加而减小; 此外, 随着入射角度的增加, 等离子体温度、 电子数密度均逐渐减小, 导致冲量耦合系数也随之减小。 研究结果表明, 利用高速摄影和发射光谱可较好地分析脉冲激光烧蚀冲量耦合机理, 研究结果可为激光空间碎片清除、 空间微推力器、 空间非合作目标消旋等空间应用的关键参数优化提供参考。
激光烧蚀 斜入射 等离子体羽流 高速摄影 发射光谱 等离子体屏蔽 冲量耦合 Laser ablation Oblique incidence Plasma plume Fast photography Optical emission spectroscopy Plasma shielding Impulse coupling
1 苏州大学机电工程学院，江苏 苏州 215021
2 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
激光熔丝沉积技术是一种输送丝材并以激光为热源的定向能量沉积技术。为了探讨同轴熔丝过程的机理与效应，采用自主研发的激光内同轴送丝熔化沉积技术来分析研究基板受辐照比值对于熔丝过程稳定性的影响；借助高速相机拍摄并分析熔丝沉积过渡阶段机理；通过数学模型计算与实验验证的方式研究了熔丝沉积动态过程与工艺参数之间的关系。结果表明：较小的基板受辐照比值会引起“液滴”过渡熔丝行为，即处于稳定与不稳定的临界状态；而基板受辐照比值较大时会引起“液桥”过渡熔丝行为，即处于一个相对稳定的状态。本研究对激光熔丝沉积的动力学稳态性分析具有一定的指导意义。
激光光学 激光熔化沉积 光内同轴送丝 基板受辐照比值 过程稳定性 高速摄像
1 西南科技大学 环境与资源学院，绵阳 621010
2 泸州北方化学工业有限公司,泸州 646605
3 四川省生产安全应急救援信息中心，成都 610000
4 中国科学技术大学 近代力学系，合肥 230027
为研究单基发射药孤石爆破特性，利用直径和高度均为50 cm的水泥砂浆试块模拟孤石，开展了0.05~0.25 kg/m3单耗的单基发射药和乳化炸药孤石爆破实验，统计并分析了单基发射药和乳化炸药爆破试块的块度分布、破碎能及能量利用率随单耗的变化规律。结果表明:乳化炸药爆破孤石的最大块度随单耗的增加，但能量利用率变化不大。结合高速摄影观察对比单基发射药和乳化炸药爆破孤石的表面裂纹分布与扩展结果，发现单基发射药破岩模式与乳化炸药存在显著差异，其破岩模式是通过在炮孔内快速燃烧产生的高压气体使试块发生轴向和环向的拉伸破坏，而当试块完全开裂后剩余的发射药不再提供破岩能量。
单基发射药 孤石爆破 块度分布 破碎能 高速摄影 single-base gun propellant boulder blasting fragmentation distribution crushing energy high-speed photography
