1 北京市地铁运营有限公司供电分公司, 北京 100082
2 北京方鸿智能科技有限公司, 北京 101520
3 北京石油化工学院, 北京 102617
通过对当前城市轨道交通弓网运行现状分析, 讨论目前接触网检测技术手段与方式所存在的问题, 设计了一款可实现接触线磨耗、导高和拉出值连续测量的仪器。该装置利用刚性汇流排“∏”型结构特点, 以轮对和连杆结构形式实现在汇流排表面的连续移动功能; 同时通过激光三角测量原理和轮廓匹配方法, 实现接触线磨耗、导高值和拉出值的连续同步测量。最后通过实验室测试、现场人工对比测试, 完成该测量仪器功能与测量精度的验证, 经实验该测量仪测量精度达到0.01 mm, 对于接触网磨耗测量的平均误差为0.128 mm, 导高和拉出值的平均误差分别为2.297 mm和3.119 mm, 达到对刚性接触网静态参数检测技术手段与检测效率提升的目标要求。
刚性接触网 接触线磨耗 导高和拉出值 激光三角测量 轮廓匹配 rigid catenary catenary wear geometric parameters of catenary laser triangulation measurement contour matching method
1 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所，北京 100081
2 北京铁科英迈技术有限公司，北京 100081
接触网几何参数是我国高速铁路供电安全检测监测系统（6C系统）的基本检测内容，是保证电气化铁路安全运营的重要参数。基于多目立体视觉技术研究设计了一种接触网几何参数测量系统，并测量拉出值、接触线高度等几何参数。研究开发了一种高速同步频闪照明技术，该技术使测量系统的功耗显著降低，图像质量和抗阳光干扰能力显著提升。建立了用于接触网几何参数测量的线阵相机立体视觉测量模型，并提出了一种可靠的线阵相机立体视觉匹配方法。采用激光二维传感器进行车体振动补偿并建立了车辆振动补偿模型。研制了接触网几何参数测量系统样机并开展了现场测试。测试结果表明：拉出值和接触线高度的测量精度优于10 mm，所提方法为6C系统提供了一种可靠的接触网几何参数测量手段。
测量 接触网几何参数 立体视觉 频闪照明
四川师范大学物理与电子工程学院，四川 成都 610101
近年来，超构表面(metasurface)作为一种人工二维结构由于其超薄的几何结构以及灵活的电磁调控能力受到了学界的广泛关注，如何进一步提高超构表面器件的性能成为了该领域的研究热点。悬链线电磁学(catenary electromagnetics)作为一类新兴的超构表面设计原理为设计高效率超构表面器件提供了新的思路和方法。本文提出了一种基于扭转悬链线结构的超构表面，其能够实现对不同旋向入射的圆偏振电磁波的高效选择性吸收。仿真结果表明所设计的器件在工作波长处对左旋圆偏振电磁波吸收率接近于1，而右旋圆偏振入射时吸收率小于22%，其对应的二向色性大于78%。同时，文章分析了产生高效率手性吸收的物理机制并且提出了一种基于该类结构的信息加密方法。该工作在手性成像与手性探测等领域具有一定的应用前景。
超构表面 悬链线结构 手性吸收 圆偏振 metasurface catenary structure chiral absorption circular polarization
1 安徽师范大学物理与电子信息学院，安徽 芜湖 241000
2 光电材料科学与技术安徽省重点实验室，安徽 芜湖 241000
表面等离激元(Surface plasmon polaritons, SPPs)定向激发是片上集成光子系统研发的基础，利用悬链线超构表面来实现SPPs的定向激发调控是近年来的热点和前沿领域，但现有研究多针对圆偏振光，线偏振光SPPs的定向激发相对较少。本文设计了一个基于悬链线纳米粒子的超构表面来实现线偏振光SPPs定向激发。采用时域有限差分法计算了x偏振光入射下的光谱消光比曲线和电场分布，根据多级散射理论和惠更斯-菲涅尔原理解释了定向激发的物理机制。仿真结果显示，悬链线纳米粒子超构表面对线偏振SPPs的定向调控是有效的，峰值消光比可达27 dB(对应入射波长820 nm)，10 dB以上带宽约为47 nm (798 nm~845 nm)，该结果有助于悬链线多功能器件的研究与开发。
悬链线纳米粒子 超构表面 SPPs定向激发 线偏振光 catenary nanoparticle metasurface SPPs directed excitation linearly polarized light 强激光与粒子束
2022, 34(12): 123001
1 兰州交通大学电子信息与工程学院，甘肃 兰州 730070
2 甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心，甘肃 兰州 730070
针对传统多尺度特征匹配算法在高速铁路接触网图像匹配检测过程中难以保持图像局部精度和边缘细节的问题，提出了一种改进加速非线性扩散（AKAZE）算法的高铁接触网图像特征匹配方法。首先，对接触网图像利用边缘特征与局部二值模式纹理特征融合的方法，克服了传统接触网图像特征点数量不足的问题；然后，采用改进AKAZE算法提取接触网图像的特征，提出用二进制的鲁棒独立基本特征（BRIEF）描述子进行特征点的描述；再通过快速相似邻域搜索与随机抽样一致算法剔除误匹配点；最后，使用图像差分的方法实现对接触网图像的匹配检测。实验结果表明，该方法较AKAZE特征匹配算法，平均匹配精度提高了22.16%，算法的运行效率也得到了较大改善。
图像处理 图像匹配 高速铁路接触网 AKAZE算法 二进制的鲁棒独立基本特征（BRIEF） 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1010007
华东交通大学电气与自动化工程学院, 江西 南昌 330013
为解决现有测量接触网隔离开关角度的电子式传感器取电难、易受电磁干扰等问题, 采用光纤传感器设计了一款用于测量隔离开关角度的传感器, 利用以直代曲的思想, 将接触网隔离开关的旋转角度转换为光纤测距的方式进行测量, 采用曲线拟合算法对所设计的光纤角度传感器存在的非线性进行补偿, 并将补偿后的光纤角度传感器同高精度霍尔角度传感器一起安装在SBE27.5kV/2 000A隔离开关上进行试验测试。试验结果表明：相比于常用的BP神经网络, 经曲线拟合算法校正后的光纤角度传感器拟合度由92.47%提高到了99.94%, 线性度由9.66%提高到了0.84%, 光纤角度传感器的精确度达到了0.677。表明该方案具有较高的精确度和较强的可行性, 适用于对接触网隔离开关分合闸的检测。
光纤光学 光纤角度传感器 曲线拟合 非线性补偿 接触网隔离开关 fiber optics fiber optic angle sensor curve fitting non-linear compensation catenary isolation switch
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
3 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，北京 100071
光子自旋 —轨道相互作用是经典光学所忽略的重要现象，近年来研究发现该现象可通过人工亚波长结构显著增强并进行按需调控。传统超构表面仅支持对称光子自旋 —轨道相互作用，存在共轭对称性限制，难以将不同自旋态用于多功能集成、复杂光场调控、信息加密及存储等领域。非对称光子自旋 —轨道相互作用能够使左右旋圆偏振光解耦，为突破上述理论和应用限制带来新契机。本文首先介绍了非对称光子自旋 —轨道相互作用的原理及实现方法，其次介绍非对称光子自旋 —轨道相互作用的代表性应用以及特点，最后对非对称光子自旋 —轨道相互作用研究面临的挑战和未来的研究方向进行展望。
超构表面 光子自旋—轨道相互作用 轨道角动量 metasurface photonic spin-orbit interaction orbital angular momentum optical catenary
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
悬链线型亚波长结构可以实现连续的相位调控。但是, 普通悬链线孔径两端较窄, 不易于加工。另外, 以往直接在仿真软件 CST中建立复杂模型较为困难, 仿真过程较为繁琐。本文提出了用等宽悬链线狭缝替代普通悬链线狭缝, 并设计了用于产生贝塞尔光束的等宽悬链线超表面, 为二维光电器件的设计提供了新思路。在建模仿真过程中使用 Matlab调用 CST进行联合仿真, 直接在 Matlab中完成所有建模、仿真、修改参数等操作。该方法可以用于设计复杂结构, 同时结合 Matlab数值优化能力得到更理想的仿真效果。
超表面 悬链线 贝塞尔光束 metasurfaces catenary Bessel beam CST CST Matlab Matlab
1
2 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室, 甘肃 兰州 730070
3 甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心, 甘肃 兰州 730070
针对含弓网燃弧可见光图像中存在泊松噪声干扰以及光照不均匀的问题,提出了一种包含降噪、区域分割的图像处理算法。首先通过二维Gabor小波变换算法滤除弓网燃弧图像中的泊松噪声,然后根据改进的均匀性度量法判断光照是否均匀。对于光照不均匀的图像,先使用二维伽马函数对光照分量进行修正,再使用均匀性度量算法进行分割。仿真结果表明,该算法能有效抑制泊松噪声,准确分割出目标区域,分割精度达到95%,为后续弓网燃弧强度的定量分析提供了思路。
图像处理 弓网燃弧可见光图像 Gabor小波变换算法 均匀性度量算法 伽马函数 激光与光电子学进展
2020, 57(16): 161018
