1 中国民用航空飞行学院民机复合材料研究中心, 四川 广汉 618307
2 温州大学机电工程学院, 浙江 温州 325035
飞机蒙皮激光除漆过程的在线监测, 是实现分层可控除漆、 满足适航维修要求的重要手段, 也是推进激光除漆工程应用、 飞机维修自动化的核心技术。 激光诱导击穿等离子体光谱（LIBS）技术可通过激光材料作用过程中产生的等离子体发射光谱快速分析材料表面元素变化, 实现激光清洗表面状态的在线监测。 基于搭建的高频纳秒红外脉冲激光除漆LIBS在线监测平台, 分别采集了不同激光功率下, 面漆、 底漆、 铝合金基体去除过程中的3类LIBS光谱（各100幅）。 分析了不同激光功率下, 各类光谱示踪元素特征谱线的变化情况, 初步筛选了12条特征谱线作为光谱识别的特征。 进一步对这12个特征进行主成分分析（PCA）, 并将前3个主成分（PC1、 PC2、 PC3）构成的数据集作为支持向量机（SVM）识别模型的输入量, 建立了3类光谱的识别模型。 形成了多漆层结构激光分层可控清除过程的LIBS在线监测判定规则, 并对该规则的有效性进行了实验验证。 结果表明, 与低频脉冲激光单点作用采集的针状LIBS光谱相比, 基于该平台采集的LIBS光谱普遍存在较强的连续背景（大于5 000 a.u.）以及1.5 nm左右的半峰全宽; 针对此类光谱设计了改进均值平滑滤波算法, 在去除背景光谱的同时有效避免了特征谱线强度失真; 示踪元素的特征谱线存在不稳定性; 主成分分析中前3个主成分PC1、 PC2、 PC3对光谱的解释率达95%, 在其构成的三维空间中, 同类光谱呈区域性聚集; PCA-SVM模型对训练集、 测试集的识别准确率分别为99.44%、 100%; 验证实验结果表明3类光谱的识别模型与在线监测判定规则有效。 所建立的识别模型与判定规则, 可为飞机蒙皮激光分层除漆过程监测及自动化解决方案提供核心技术支撑。
激光除漆 激光诱导击穿光谱 在线监测 识别模型 判定规则 Laser paint removal Laser-induced breakdown spectroscopy On-line monitoring Identification model Decision rule 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3891
南方电网数字电网研究院有限公司，广东广州 510000
本文在 HFSS软件中建立了对数周期天线的仿真模型，设计了适用于局部放电信号特高频检测的对数周期天线。为得到对数周期天线的最优参数，对天线的材料、馈电点位置和介质基板厚度等相关参数进行了研究，以此得到最优的驻波比。最优参数下的对数周期天线采用 PCB板制作，通过对比 Peano分形天线的绝缘缺陷放电起始电压和局部放电信号，结果表明:对数周期天线具有较小的起始放电电压，检测电信号的灵敏度高于 Peano分形天线; 在一个放电周期内，对数周期天线所检测的局部放电次数略多于 Peano分形天线，说明对数周期天线局部放电检测性能略优于 Peano分形天线。
局部放电 对数周期天线 在线监测 特高频检测 Partial Discharge Logarithmic Periodic Antenna on-line monitoring Ultra High Frequency(UHF) detection 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(7): 684
1 电子科技大学中山学院电子信息学院，广东 中山 528402
2 中国人民解放军31131部队，江苏 南京 211112
3 吉林大学仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130012
随着我国高速、大容量、宽带网络的快速发展以及军用短距离战术通信系统的广泛应用，对于通信网络中光纤及无源器件故障的精准定位与实时在线监测日趋重要。本文基于非相干光频域反射(IOFDR)技术机理，以光纤中后向瑞利散射光作为信号光，并结合光波传导方程，提出了一种低成本、高精度、分布式光纤质量检测方法，并对其数值模型进行了详细推导，设计系统结构，研制系统样机。通过实验验证，采用非相干连续光源，可以以较低的光功率(<10 mW)初步实现10 km光纤的分布式检测，并可保证光纤沿线无差异的空间分辨率0.1 m，动态范围优于34.5 dB，事件盲区极小，可有效解决传统光时域反射技术(OTDR)的注入功率大、空间分辨率低、事件盲区大以及相干光频域反射技术(COFDR)成本高、体积大、测量距离有限等问题，是一种极具发展潜力和推广价值的高精度光纤网络在线健康监测技术。
光纤光学 非相干光频域反射技术 光纤故障 高精度定位 在线监测
1 浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027
2 浙江省能源集团有限公司，浙江 杭州 310007
煤粉细度是燃煤电厂运行过程中的关键参数之一，与锅炉燃烧效率、制粉系统功耗以及设备磨损等问题息息相关。文中对数字全息技术在线监测电厂煤粉细度进行了试验研究。搭建了基于脉冲数字同轴全息的在线测量系统，系统包括取样、测量、收集和数据处理四个主要部分。将测量系统应用于某300 MW机组两根一次风管道内的煤粉细度监测，两根管道内煤粉流来源于不同的两台磨煤机，采用自行开发的重建软件对煤粉全息图进行实时处理并输出煤粉细度结果。对系统收集的经过系统测量后的煤粉样品进行实验室筛分，将筛分结果与现场全息结果进行对比，以验证测量系统的可行性和准确性。结果表明，采用面积分布的全息结果与筛分结果基本一致，平均绝对细度偏差在4%以内。同时诊断出了一台磨煤机煤粉细度与设计值偏离较大，证明所建测量系统用于燃煤电厂煤粉细度的在线监测有较大的应用潜力。
数字全息 煤粉细度 在线监测 颗粒测量 digital holography pulverized coal fineness on-line monitoring particle measurement 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200456
1 北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191
2 北京航空航天大学合肥创新研究院，安徽 合肥 230012
3 大型金属构件增材制造国家工程实验室，北京 100191
随着现代工业的发展, 复杂加工环境和对象、 大动态范围、 高效率和高精度激光加工需求愈加迫切, 在线监测并实时优化激光加工参数是一条重要的解决途径。 与此同时, 激光与物质相互作用时可产生与加工参数、 加工过程和目标特性密切相关的光信号和表面光学特性变化, 在线测量光信号光谱可分析加工过程和状态, 故光谱测量有望成为一种重要的激光加工在线监测手段。 实际上, 光谱测量已应用于激光焊接、 激光切割和钻孔、 激光清洗打磨、 微纳结构制备和增材制造等几乎所有激光加工工艺, 具有分辨率高和光谱信息丰富等特点。 分析和总结了用于激光加工在线监测的光谱测量技术, 包括等离子体光谱、 反射光光谱和非线性光信号光谱等。 基于单脉冲和多脉冲激光加工激发等离子体信号的光谱测量, 除实现化学成分定性和定量监测外, 还可以根据特征谱线相对强度变化实时调焦, 根据等离子体温度监测和调控激光加工过程中与热效应相关的物理过程; 作为一种无损伤且工作距离较远的监测方法, 反射光光谱监测可通过测量特定波段反射光信号光谱积分功率、 特征谱线和波段位置和强度来有效监测材料表面清洁度、 损伤、 色度和成分变化等; 而在特定条件下产生的谐波信号、 荧光信号和拉曼信号等非线性光信号, 尽管应用场景有限, 但提供了一种实现成分、 焦距和材料损伤等监测的新方法。 进而, 展望了光谱测量在激光加工在线监测上应用的未来发展趋势, 包括多种光信号的光谱协同监测与光、 声、 温度及图像等多种信号测量的复合监测。 同时, 人工智能技术与在线监测和激光加工的深入结合将进一步推动激光加工技术的智能化发展。
光谱测量 激光加工 在线监测 研究进展 Spectral measurement Laser processing On-line monitoring Research process 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2343
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 中国计量科学研究院, 北京 100029
给出了光纤电流传感器的数学模型,推导出了传感器测量准确度的数学表达式,并对系统的主要特征参数进行了分析。提出了一种在线监测方法,将环路增益值解调并实时输出,作为传感器系统的一个故障监测点。然后在此基础上,提出了环路增益稳定控制技术,使环路增益能够实现自动调整,消除了系统在长期运行时因环路增益变化对精度的影响。实验结果表明:改变前置放大器的放大倍数,在线监测的环路增益值、比值误差和相位误差均随之改变,实验结果与仿真结果一致;引入环路增益稳定控制技术后,改变前置放大器的放大倍数,在线监测的环路增益基本保持不变,且传感器的比值误差和相位误差波动也在准确度范围之内,验证了在线监测方法和环路增益稳定控制技术的有效性。
光纤光学 光纤电流传感器 测量准确度 环路增益 控制技术 在线监测 中国激光
2019, 46(10): 1010003
北方工业大学 机电工程研究所, 北京 100084
针对地表水和城镇污水对于总磷(TP)总氮(TN)联合测定的需求, 基于国标法提出了联合测定原理, 利用顺序注射技术和微控技术建立水质总磷总氮多量程在线监测系统, 完成了TP和TN的测定。总磷的测定量程分为0~1.2, 1.2~2.5, 2.5~5 μg·mL-1; 总氮测定量程分为0~10, 10~20, 20~40 μg·mL-1。测定范围涵盖地表水环境I~V类水和城镇污水处理厂排放标准中总磷、总氮的标准限值。利用交替最小二乘拟合算法建立了总磷与总氮测定的回归模型。实验结果表明, 其校正决定系数≥0.996 4, 最低检出限分别为0.01 μg·mL-1和0.05 μg·mL-1, 重复性相对标准偏差(RSD)分别为1.36%~3.84%、0.78%~3.69%, 贵州七大水库实际水样数据比对中, 总磷相对误差≤±3.7838%, 总氮相对误差≤±3.69%。系统运行稳定, 可以精准、高效地分析不同地表水样的总磷总氮, 为环境保护和污水排放提供了技术支持, 尤其适用于实验室、站房式、便携式在线水质监测。
多量程 总磷 总氮 朗伯比尔定律 在线监测 光电二极管 multi-range total phosphorus total nitrogen Lambert-Beer law on-line monitoring photodiode
