1 东北林业大学计算机与控制工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
2 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
大米是我国最重要的谷类作物。 如何准确的实现地理标志性大米的品种鉴别和外观品质评价, 不仅关乎消费者切身利益, 而且关乎零售商和生产商信誉, 是一项广泛关注的问题。 首先, 为实现集成化的精米品种识别和外观品质检测应用, 建立一种精米品种分类与外观品质多参数检测系统。 该系统采用近红外光谱仪搭配漫反射附件采集米粉光谱信息, 可以实现基于近红外光谱法的精米品种分类; 采用互补金属氧化物半导体(CMOS)显微相机配合机电控制系统采集米粒图像, 基于图像法实现精米外观品质多参数检测, 检测对象包括裂纹、 长宽、 垩白、 碎粒和黄粒。 以上述系统为基础, 为提高精米品种分类精度, 提出一种基于光谱-图像特征模型融合的精米品种分类方法。 以近红外光谱特征与多图像特征作为输入参数, 以精米品种编号作为输出参数, 基于偏最小二乘方法(PLS)建立品种分类融合模型。 在不同融合方案的建模过程中, 每种融合方案都采用变量投影重要性分析方法(VIP)实现融合模型输入参数的最优筛选, 然后通过不同融合方案分类精度对比确定最优融合模型。 最后, 开展精米外观品质多参数检测和不同精米品种分类方法性能对比实验。 结果表明, 建立的精米品种分类与外观品质多参数检测系统可以实现包括裂纹米率、 粒型、 垩白米率、 碎米率和黄粒米率的精米外观品质多参数检测, 检测精度范围为89.2%～97.0%; 提出的基于光谱-图像特征模型融合的精米品种分类方法相比于传统方法可以提高精米品种分类精度, 相比于传统方法中效果较好的近红外光谱法, 面向五常、 响水、 银水、 越光四种大米的分类精度可提高2.5%～7.5%。
精米 外观品质检测 品种分类 特征融合 Milled rice Appearance inspection Variety classification Feature fusion 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2837
东北林业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040
路面状态传感器是路面状态定性识别和定量测量的重要工具，其定量测量性能依赖于定量标定模型的准确性。为了解决路面状态传感器定量标定数据非线性和非均匀分布问题对定量测量的不利影响，提出基于PSO-ASVR(particle swarm optimization - adaptive support vector regression)的路面状态传感器定量标定模型。构建AP(adaptive preprocessing)流程进行标定数据最优化预处理,降低路面状态传感器非均匀分布问题影响下的标定数据处理误差。采用基于结构风险最小化的SVR(support vector regression)算法进行标定数据拟合，并利用PSO(particle swarm optimization)算法实现SVR中参数最优化，降低路面状态传感器标定数据非线性引入的数据拟合误差。不同路面状态条件下标定数据处理实验表明：新方法相比于传统方法在均方根误差RMSE上至少可减小63%，验证了其在提高定量标定模型精度上的有效性，实现了路面状态传感器定量标定误差的降低。
路面状态传感器 标定模型 数据拟合 误差分析 pavement state sensor calibration model data fitting error analysis
1 山西工程科技职业大学信息工程学院, 山西 晋中 030619
2 中北大学仪器与电子学院, 山西 太原 030051
提出了一种基于二氧化钒(VO2)和石墨烯材料的温度电压双可控宽带极化转换/吸收超表面。通过调控超表面中VO2和石墨烯的电导特性能够实现对极化转换和吸收功能的控制。结果显示:当VO2处于金属态且石墨烯处于绝缘态时,超表面工作在宽带极化转换模式,在1.57~2.49 THz范围内可实现线极化转换功能;当VO2处于绝缘态且石墨烯处于金属态时,超表面的工作状态切换为吸收模式,在1.56~2.99 THz范围内的吸收率均大于90%;极化转换和吸收性能可以分别通过控制VO2的温度和石墨烯的偏置电压来调控。此外,通过本征模、阻抗匹配理论和电流磁场分布解释了该超表面的工作原理,并讨论了其工作性能在不同结构参数和入射角度下的稳定性。
表面光学 超表面 极化转换 吸收 二氧化钒 石墨烯
东北林业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
受到测量方法的限制,现有的辐射校准系统只能在小-中型红外成像模拟器光学系统的透过率发生变化时实现辐射测量,无法在大型红外成像模拟器的视场光阑发生变化时实现辐射测量。针对大型红外成像模拟器部分仿真状态无法评估的问题,提出基于成像/光强变化响应的测量方法,并设计新型红外辐射校准系统。系统研制完成后,针对红外成像模拟器多辐射参数测量的需求,提出多参数标定方法进行系统标定。系统的辐射照度为6×10 -10~7×10 -4 W/cm 2,工作波段为2.05~2.55 μm和3.70~4.80 μm,测量不确定度为1.88%。最后,利用新系统校准大型红外成像模拟器在不同仿真状态下的输出辐射。校准结果表明,新方法和新系统可以使大型红外成像模拟器在全仿真状态下实现多参数测量。
成像系统 红外成像模拟器 红外辐射校准系统 成像/光强变化响应 多参数标定
东北林业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
在采用红外辐射计开展大型军用红外成像模拟器视场光阑变化时的辐射校准时,需要采用像斑未充满探测器的测量模式。然而,现有研究未考虑该测量模式下标定和测量成像不一致对测量结果的不利影响,导致大型军用红外成像模拟器视场光阑变化时的辐射校准引入较大测量误差。针对上述问题,首先理论研究不同成像状态下探测面响应非均匀性问题对响应电压的影响。在此基础上,为降低成像不一致引入的测量误差,提出基于标定和测量成像一致性的辐射校准方法。最后,开展不同成像状态下红外辐射计标定实验和某型号红外成像模拟器辐射测量实验。实验结果表明,标定与测量成像状态不一致会引入较大测量误差。而基于本文方法可以有效避免被测源视场光阑变化时因成像状态不一致问题引入的测量误差,保证了大型军用红外成像模拟器视场光阑变化时辐射校准的有效性。
成像系统 大型军用红外成像模拟器 辐射校准 像斑未充满探测器 成像一致性 光学学报
2021, 41(24): 2411003
东北林业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150000
针对红外辐射计标定中的数据拟合问题，提出了一种基于PSO-AMLS算法的数据拟合方法。该方法结合了粒子群算法(PSO)和自适应移动最小二乘法(AMLS)。采用的PSO算法可以实现自适应移动最小二乘法中参数的最优化，提高了红外辐射计的校准精度。区别于传统的应用于红外辐射计校准中的数据拟合方法，文中提出的基于局部近似的PSO-AMLS数据拟合方法，不仅可以得到红外辐射计输出电压与准直辐射源辐射之间的对应关系，而且在数据处理中通过灵活的数据处理机制，可以降低因拟合数据不均匀分布对拟合结果产生的不利影响。实验结果表明，文中提出的PSO-AMLS数据拟合方法，优于红外辐射计校准中所用的传统数据拟合方法，可以提高数据拟合精度。
红外 辐射测量 校准 数据拟合 infrared radiometry calibration data fitting 红外与激光工程
2021, 50(8): 20200471
1 山西大学商务学院, 山西 太原 030031
2 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
提出了一种基于方环-金属线结构的光激发动态可切换双频太赫兹超材料吸收器。通过调节嵌入在结构间隙中的光敏硅和锗的绝缘/导通状态,该吸收器可在不改变结构的前提下在三个双频完美吸收态之间自由切换。结果表明:当没有光泵浦时,该吸收器工作在0.987 THz和1.767 THz双频吸收态;当采用800 nm激光泵浦时,该吸收器可切换为0.717 THz和1.444 THz处的双频吸收;当采用1550 nm激光泵浦时,该吸收器的吸收状态可切换为0.716 THz和1.767 THz处的双频吸收。本文从等效电路、匹配阻抗和电流分布三方面解释了三种可切换的双频吸收机制,并讨论了极化不敏感的吸收特性。
材料 超材料 太赫兹吸收器 光激发 可切换双频吸收
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
针对一台U型一级斯特林二级脉管混合制冷机, 分析了一级冷量对二级脉管预冷对制冷机整机性能的影响。制冷机一级制冷温度为80 K, 二级制冷温度为30 K, 通过将一级冷指和脉管热桥连接, 利用一级提供的冷量对脉管进行了预冷。通过计算流体力学(Computer Fluid Dynamics, CFD)仿真研究了脉管预冷对脉管内部温度场和速度场的影响。研究发现, 对脉管进行预冷会改变脉管工作时的内部温度分布, 对二级制冷能力有巨大影响。在不采用一级冷量对脉管中段进行预冷时, 制冷机以二级0.7W@30 K和一级7W@80 K同时进行冷量输出, 压缩机输入PV功为133 W; 通过热桥将一级冷端换热器与二级脉管中段连接后, 保持输入PV功为133 W, 输出冷量变为二级1.2W@30K和一级6W@80K同时进行冷量输出。研究发现, U型一级斯特林二级脉管混合制冷机采用中段脉管预冷可大大提高二级的制冷能力。
两级混合制冷机 脉管预冷 two-stage hybrid cryocooler precooling of pulse tube CFD CFD
内蒙古工业大学 材料科学与工程学院，呼和浩特 010051
介绍了激光熔覆技术的特点及其在材料表面改性中的应用概况，回顾了利用激光熔覆技术制备梯度功能涂层的国内外研究现状。经分析认为，外加强化相与基材热物性差别大是导致涂层开裂失效的主要因素。利用原位合成和基于快速原型的激光直接制造技术制备梯度功能表层或构件是将来的发展方向。
激光技术 原位自生 梯度功能材料 激光直接制造 laser technique in-situ composite functionally gradient materials laser direct fabrication
1 内蒙古工业大学,呼和浩特,010062
2 西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安,710072
3 清华大学机械工程系,北京,100084
建立了激光表面快速熔凝条件下温度场的二维数值模型,并利用有限差分法对Cu-Mn合金在激光表面快速熔凝条件下的温度场进行了计算.计算结果表明该模型能准确描述激光表面快速凝固条件下熔池的温度场信息,而且在保证计算精度的条件下简化了计算(相对于三维).计算结果与实验结果相吻合.
激光熔凝 温度场 数值模型 Laser surface remelting Temperature field Numerical model
