针对传统室内可见光定位精度较低、基于神经网络的室内可见光定位收敛速度慢且泛化能力弱等问题，提出一种结合基于Circle混沌映射的优化麻雀搜索算法-极限学习机（ISSA-ELM）神经网络和接收信号强度指示（RSSI）的室内可见光定位方法，在考虑天花板、墙壁和地板反射作用的情况下，将每个参考点处的RSSI和光电探测器的真实位置坐标作为训练集数据，对优化后的ISSA-ELM神经网络模型进行训练，建立室内可见光定位预测模型，并利用测试集对定位模型进行测试。仿真结果表明，优化后的ISSA-ELM神经网络的训练时间为0.0454 s，平均定位时间为3.5 ms，在5 m×5 m×3 m的室内环境，对位于0、0.5、1.0、1.5 m高度参考点的平均定位误差分别为1.01、1.14、1.36、3.87 cm，相比极限学习机（ELM）神经网络的定位精度分别提高了20.47%、19.72%、37.91%、42.32%。因此，所提的室内可见光定位方法具有定位速度快、定位精度高、系统性能稳定等优点。
光通信 Circle混沌映射 麻雀搜索算法 ELM神经网络 室内定位
法尔胜泓昇集团有限公司, 江苏 无锡 214433
分布式光纤温度传感系统(distributed temperature sensing, DTS)是基于拉曼光谱对温度敏感的效应, 可以实现长距离分布式温度监测, 特别适用于火灾报警、 高温液体泄漏和低温气体泄漏等应用场景。 但对于常温介质, 如化工管道中输送的强腐蚀性溶液, 因管道腐蚀发生渗漏时, 渗漏介质温度与周围环境温度没有太大差别, 此时采用DTS测温技术很难识别渗漏事件的发生。 为解决常温下强酸溶液管道或储罐渗漏检测的问题, 提出了一种基于光纤传感的酸溶液介质渗漏监测技术。 设计了一种新颖的酸溶液自感知特种光缆结构, 与泄漏电缆相比, 不需要消耗电能, 不容易发生误报, 精准定位、 敷设简单, 可实现管道全线多点泄漏检测。 光缆外护套材质采用耐碱不耐酸的特殊材料, 由尼龙、 氢氧化镁、 氢氧化铝和少量色母粒组成, 能够被一定质量分数的酸溶液迅速溶解, 与泄漏点处的酸溶液发生化学中和反应并放热, 从而引发感测光纤中后向散射的拉曼光谱发生变化, 使感测光缆的温度能够升高5 ℃以上。 传感光缆连接DTS系统, 系统采用基于反斯托克斯光和斯托克斯光双路解调方法, 能够精确计算出传感光纤中各个位置处的温度值。 因此, 当特种光缆与管道同沟敷设后, 某一位置若发生酸溶液渗漏, 引起该位置上的光缆温度升高, 根据色散补偿和温度校准后的反斯托克斯光和斯托克斯光的比值变化就可以判断出是否发生酸液渗漏事件。 该技术不仅能解决酸溶液运输和存储过程中渗漏监测报警的工程化应用问题, 而且不受弱酸或碱溶液的误报干扰, 节能环保, 能够精准检测出强腐蚀性酸溶液渗漏事件, 提升危化品的数字智能化安全监测水平。
渗漏检测 光纤传感 危化品 应急管理 Leakage detection Optical fiber sensing Hazardous chemicals production Emergency management 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3425
中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
衬层固化是固体火箭发动机的关键步骤, 其状态影响着火箭发动机最终性能。本文通过激光超声在线监测平台采用激光超声非接触在线监测方法对硅酮密封胶的固化过程进行监测, 该方法结合经验模态分解(EMD)算法对激光超声回波信号进行处理, 根据超声传播速度和超声衰减的变化情况来表征其固化状态。监测结果表明, 随着固化反应的进行, 超声传播速度首先迅速增加, 而后略微下降, 最后趋于平稳; 超声衰减首先迅速减小, 而后缓慢减小, 最后趋于平稳, 完整的反映了整个的固化过程, 能够对其半固化状态进行判定, 为衬层的固化状态进行非接触在线监测奠定基础。
非接触在线监测 固化状态 激光超声 硅酮密封胶 non-destructive testing curing state laser ultrasonic technology silicone sealant
1 法尔胜泓昇集团有限公司，江苏 无锡 214433
2 南京大学 材料与工程博士后流动站，南京 210008
为监测埋地管道因地质不稳定产生的弯曲变形情况，提出了一种基于布里渊光频域分析(BOFDA)技术的聚乙烯(PE)管道微弯检测方法。将玻璃纤维基带应变光缆沿管壁胶粘敷设，使光纤与管道协同变形，通过布里渊频移量计算得到光纤应力变化值，并采用共轭梁重构算法反演管道弯曲扰度。实验结果表明：该方法能够很好地分辨和测量管道弯曲的方向和位移量，误差小于0.4 cm，提升了管道的数字化安全监测和预警水平。
光纤传感 布里渊频移 管道变形 布里渊光频域分析 智慧管道 optical fiber sensing Brillouin frequency shift pipe deformation Brillouin optical frequency domain analysis smart pipeline
中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
变能量X射线成像技术是实现大厚度比目标内部信息检测的重要方法。该方法利用递变管电压获取工件不同厚度区域的透照子图,通过融合获取能够完整表征工件结构信息的高动态范围数字图像。但是受限于显示设备的动态范围,融合的高动态范围X射线图像的细节无法得到有效显示。针对上述问题,利用X射线图像重点表征突变结构信息的特点,提出基于图像梯度非线性增强的算法,通过增强图像中的灰度变化信息来实现图像增强。同时,结合图像的多分辨特性,实现了不同分辨率层级梯度图像的增强和融合,从而有效保留并增强不同变化程度的目标结构信息。最后,对大厚度比目标进行变能量X射线成像,并对融合的高动态范围图像进行增强处理,结果表明,所提方法能够有效实现高动态范围图像结构信息的增强。
X射线光学 变能量 X射线 动态范围 图像增强 光学学报
2020, 40(18): 1834001
1 上海交通大学 材料科学与工程学院 电子材料与技术研究所, 上海 200240
2 华南理工大学 材料科学与工程学院 发光材料与器件重点实验室和光通信材料研究所, 广州 510640
3 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院,哈尔滨 150001
4 江苏法尔胜光电科技有限公司, 江苏 无锡 214433
5 天津大学 化工学院, 天津 300072
基于结构性能定量关系研究思路, 把理化性质参量折射率和密度与物质结构参量摩尔折射度以及成分参量掺硼量联系起来, 构建了反映物质结构、成分与性质之间关系的数学模型, 模拟计算掺硼应力棒中掺硼量.通过实验数据计算出了B2O3和SiO2在掺硼应力棒中的摩尔折射度分别为10.546 13和7.373 32.对该数学模型和计算结果进行了验证, 掺硼量计算值与实测值的相对误差在0.5%以内, 表明该数学模型的精度高, 能够满足生产实践中掺硼应力棒中掺硼量的估算.
光纤材料 保偏光纤 结构性能定量关系模拟 掺硼量 掺硼应力棒 Optical Fiber materials Polarization-maintaining fiber Simulation of Quantitative Structure-Property Rela Doped boron content Boron doped stress application preform
1 江苏法尔胜光电科技有限公司, 江苏 无锡 214434
2 江苏大学 光电子与通信技术研究院, 江苏 镇江 212013
提出了一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器, 三个纤芯包括两个相同的单模纤芯和一个少模纤芯, 在少模纤芯中写入长周期光纤光栅以实现单模纤芯中LP01模与少模纤芯中LP11模间的转换。同时从两个单模纤芯输入LP01模, 能激发少模纤芯中两个简并的LP11,a模和LP11,b模。采用光束传播法分析了该模式复用器/解复用器的耦合特性及串扰。数值模拟结果显示, 若以少模纤芯中LP11模输出能量大于-1dB的波长范围作为该模式复用器/解复用器的工作带宽, 则能够达到23nm, 并且少模纤芯中生成的其他模式的输出能量皆比LP11模的输出能量小-21dB以上。该模式复用器/解复用器能够实现对少模光纤的模式复用与解复用, 并具有极低的串扰。
三芯光纤 少模光纤 长周期光纤光栅 模式复用 串扰 three-core optical fiber few-mode optical fiber long-period fiber grating mode multiplexing cross talk
1 重庆交通大学, 西南水运工程科学研究所, 重庆 400016
2 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400030
3 江苏法尔胜集团, 江苏 无锡 214433
将整个光纤布喇格光栅栅区的非均匀应变简化为多个受到均匀轴向应变光纤光栅基元的级联作用, 仿真分析了锚头典型锚固深度非均匀应变对光纤布喇格光栅输出光谱的影响, 结果表明明常规光纤布喇格光栅无法适用于斜拉索锚头内部轴向非均匀应变测量.为了克服非均匀应变对光纤布喇格光栅应变测量效果的影响, 提出了利用毛细管对光纤布喇格光栅栅区进行应变隔离的新型应变均化传感器结构, 并对传感器的测量原理与力学特性进行分析, 得出毛细管材料与壁厚选型的基本公式.利用碳纤维复合材料作为封装材料, 试制出应变均化FRP-OFBG测力传感器, 并进行了力学拉伸试验.试验结果表明该传感器具有良好的应变传感性能, 且测量量程、刚度满足测量要求.将两只传感器植入试验缆索进行实索张拉试验, 缆索张拉过程中, 同步监测的光纤布喇格光栅输出光谱未受锚头非均匀应变影响, 说明利用毛细管对锚头应变均化的传感器结构方案可行, 且光纤布喇格光栅反射谱中心波长与缆索张力呈较好的线性关系, 说明锚头植入传感器与锚头结合良好, 测力功能满足索力测量需求.
智能缆索 光纤布喇格光栅 应变均化 锚头 毛细管封装 碳纤维复合材料 实索试验 Smart cable Fiber Bragg Grattings(FBG) Strain homogenized Cable anchor Thin-walled capillaries packaging Carbon fiber composite materials Full-scale cable test
中北大学电子测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
变能量X射线成像执行过程中通过多管电压参数的设置，获取物体不同厚度范围的有效信息，并经图像融合处理获取反映物体内部完整结构信息的图像。但是由于物质的衰减系数和荧光转换效率均存在较强的能谱相关性，现有变能量成像方法中依据实验获取的管电压-厚度-器件响应曲线来确定子图加权系数的方法缺乏通用性，特别是对于多种材料复合的情况。对多电压情况下对应透照图像灰度的变化规律及关联关系进行研究，提出基于相邻管电压对应有效透照厚度重叠率约束的管电压递变步长控制方法；并提出灰度比例直方图的概念，实现子图加权系数的快速求解。多材质复合工件的变能量成像实验表明，该方法克服了现有变能量成像算法通用性方面的缺点，能够实现多材料复合情况下的有效子图融合。
成像系统 变能量成像 加权系数 能谱 灰度比例直方图
