1 常州工学院光电工程学院,江苏 常州 213032
2 南京大学智能光传感与调控技术教育部重点实验室,江苏 南京 210093
3 得克萨斯州立大学英格拉姆工程学院,美国 得克萨斯78666
噪声的抑制对于相位光时域反射仪实现相位信号的精确测量至关重要。为此,在相干探测型相位光时域反射仪中采取了幅度形式噪声抑制和相位形式噪声抑制的双层处理方法,并且在“慢时间轴”和“快时间轴”两个方向上对相位形式的噪声进行抑制。首先,在正交解调时采用数字低通滤波器抑制幅度形式的噪声,以正确求解未解缠绕的包裹相位;接着,在“慢时间轴”方向上采用小波分解与重构的方法实现噪声的抑制,并借助相干探测型相位光时域反射仪相位变化线性分布的空间特征和噪声的随机性同时结合相关计算获得最佳小波分解层数;最后,在“快时间轴”方向上使用整体最小二乘的数据拟合方法进行噪声的抑制。实验结果表明:采用三重降噪得到的相位信号的均方根误差为0.17832 rad,比没有采用“慢时间轴”小波降噪的二重降噪方法降低了23.3%。这表明使用包含“慢时间轴”方向小波降噪的三重降噪方法能够实现更精确的相位信号测量。
光纤光学 光纤传感 相位光时域反射仪 定量测量 噪声抑制 小波降噪
1 华中科技大学机械科学与工程学院数字制造装备与技术国家重点实验室,湖北 武汉 430074
2 广东省智能机器人研究院,广东 东莞 523808
异质材料连接,尤其是金属和玻璃,广泛应用在各种工业产品上。超快激光焊接异质材料是一种快速、清洁和非接触的新技术,近年来得到了广泛研究。采用分子动力学方法对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了理论模拟研究,模拟根据石英玻璃的熔点和弹性常数,构建了石英玻璃的Lennard-Jones(LJ)相互作用势函数。根据铝-石英玻璃之间的黏附功,建立了铝-石英玻璃之间的LJ相互作用势函数,从而在保持宏观特性的同时简化和加速模拟过程。采用耦合到分子动力学的双温模型对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了小规模分子动力学模拟。飞秒激光辐照后,焊接区局部瞬时温度高达10000 K,应力高达20 GPa,出现铝原子向石英玻璃一侧扩散移动的现象。铝和石英玻璃的混合区由于高温粒子的持续碰撞而不断扩大,同时两种材料的混合区域中心向石英玻璃一侧移动,在微观上揭示了飞秒激光作用铝-石英玻璃界面皮秒时间尺度的分子动力学演化过程,为飞秒激光焊接异质材料提供理论基础。
超快激光焊接 势能函数 玻璃 铝 分子动力学仿真 异质材料 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114011
中国海洋大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266100
海洋与大气交换的CO2通量是研究海-气之间碳循环过程及海洋酸化问题的重要指标, 其估算方法主要依赖于海水中CO2的测量。 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)作为一种常用的气体浓度检测技术, 因其具有较好的环境适应性、 选择性和较高的灵敏度, 亦可发挥出水中溶存气体原位测量的潜力。 为验证将TDLAS技术应用到海洋中溶存CO2原位探测的可行性, 将渗透膜脱气技术与实验室研发的TDLAS气体探测样机相结合, 实现了海水中溶存CO2的原位探测。 为适应水下的复杂环境, 样机整体被设计为铝合金密封舱结构, 具有良好的密封性、 耐压性与耐腐蚀性。 激光光源采用中心波数位于4 990 cm-1的DFB激光器, 其波数扫描范围为4 992~4 994.5 cm-1, 可覆盖CO2在4 992.51和4 993.74 cm-1的相邻两条吸收谱线。 渗透膜采用具有优秀耐压性与透气性的Teflon AF-2400 X, 可满足样机在深水区长期探测的目的。 为兼顾较高探测灵敏度与较快响应速率双重指标要求, 样机采用了一种小型化多次反射式气体吸收池, 有效吸收光程可达8 m, 内部仅需气体量24 mL, 具有良好的吸收特性。 在实验室对样机进行校正实验, 使用样机对5种不同浓度(202.8×10-6, 503×10-6, 802×10-6, 1 006×10-6和2 019×10-6)的标准CO2气体进行测量, 测量值与实际值的线性相关度R2高达99.94%, 最大相对误差小于8%, 减小了样机误差对测量值的影响。 为评估样机长时间工作的稳定性, 使用样机对浓度为802×10-6的标准CO2气体进行了30 min的连续测量, 平均测量浓度为802.6×10-6, 其波动范围仅为10×10-6, 样机精度约为0.5%, 可满足水中溶存气体探测的要求。 选取水深3米的近海码头进行试验, 成功获得了24 h水中CO2的典型吸收光谱及浓度时间序列测量结果, 验证了样机水下工作的能力与稳定性。 通过在东海海域五处不同深度的区域进行现场试验, 成功获取溶存CO2的典型吸收光谱, 证明了结合渗透膜脱气技术的TDLAS探测样机在30 m以浅水域的工作适应性。
溶存CO2气体 可调谐半导体激光吸收光谱 渗透膜 原位测量 Dissolved carbon dioxide gas Tunable diode laser absorption spectroscopy Permeable membrane In-situ measurement 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1264
1 1.华中科技大学 材料科学与工程学院, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉430074
2 2.增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心, 武汉430074
3 3.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海200050
随着科技的不断发展, Si3N4陶瓷在航空、机械、生物医疗等高新领域发挥着越来越重要的作用。本工作采用包覆助烧剂Al2O3-Y2O3后的Si3N4粉体为原材料, 利用数字光处理(Digital light processing, DLP)技术成功制备出Si3N4陶瓷, 并系统研究了浆料固相含量对Si3N4陶瓷浆料、DLP成形Si3N4陶瓷素坯和陶瓷性能的影响。研究表明, 浆料固相含量低于40.0% (体积分数)时, 浆料在30 s-1剪切速率下的粘度均小于2 Pa·s, 可用于DLP成形。在这种情况下, 浆料的单层固化深度随浆料固相含量的增加而减小。随着浆料固相含量的增大, DLP成形Si3N4陶瓷的相对密度和抗弯强度先升高后降低。固相含量为37.5% (体积分数)的样品获得最大的相对密度和抗弯强度, 分别为89.8%和162.5 MPa, 较固相含量为32.5% (体积分数)的样品分别提升了10%和16%。本研究通过对陶瓷浆料性能的优化, 提升了DLP成形Si3N4陶瓷的性能, 为Si3N4等非氧化物陶瓷光固化成形奠定了实验基础。
氮化硅 数字光处理 固相含量 相对密度 抗弯强度 Si3N4 digital light processing solid loading relative density flexural strength
厦门大学嘉庚学院信息科学与技术学院,福建 漳州 363105
通过研究光经过棱形吸收介质后的出射角,可以获得掠射过程中出射角与入射角、复折射率实部和虚部的关系。通过数值模拟计算可知,当棱镜顶角和折射率一定以及虚部越大时,吸收棱镜与透明棱镜的出射角之差越大,对反演计算出的折射率的影响也越大;当顶角为以及吸收虚部分别为0.20、0.10和0.01时,计算出折射率的最大相对误差分别约为5.0%、2.5%和0.2%;当虚部一定时,在较小的出射角的情况下,大顶角棱镜所产生的误差较小,在大出射角的情况下,小顶角棱镜产生的误差较小。
测量 掠射法 几何光学 折射率 吸收介质 激光与光电子学进展
2021, 58(19): 1912002
1 西安邮电大学 计算机学院, 陕西 西安 710121
2 陕西省网络数据分析与智能处理重点实验室, 陕西 西安 710121
针对多曝光图像融合中的鬼影问题, 提出了一种改进强度映射函数的多尺度曝光图像融合算法。基于参考帧图像分别确定输入帧的高低对比度; 采用高对比度区域进行结构一致性检测得出鬼影区域; 利用改进后的基于强度映射关系的能量函数进一步检测低对比度区域的鬼影信息; 利用多尺度块匹配算法进行快速融合。实验结果表明, 与已有的代表性方法相比, 该方法可以有效地去除鬼影并保留了图像的色彩和细节信息。
多曝光图像融合 鬼影检测 动态场景 鬼影去除 Multi-exposure image fusion ghost detection dynamic scene De-ghosting