东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318
微粒运输和定向操纵在生物领域和医学新技术方面有着广阔的应用前景。设计了一种鳍豚形光纤光镊结构，其结合高阶LP21模式实现了光纤传送带功能。通过将650 nm光源输入155 nm单模光纤中激发高能量比的LP21模式，增强了光纤侧边缘的光场强度。在较低光功率的情况下，将聚苯乙烯微粒（5 μm）捕获在光纤周围侧边缘处，并且沿光纤边缘将其运输至尖端处，最终以粒子枪形式将微粒弹射出去。应用有限元法仿真了鳍豚形光纤探针的光场强度分布，分析了微粒在光纤上的受力情况，并在不同光功率下与普通锥形光纤进行了对比实验，验证了该结构的优越性。该方法设备简单，为光纤操纵提供了新的可能。
光纤光学 微粒运输 定向操纵 鳍豚形光纤 LP21模式
东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318
提出了一种用于生物细胞多路捕获与操纵的单光纤光镊。基于两种不同模式的光纤错位拼接，实现了LP01和LP11模式共存。该光镊的输出光场具有多个聚焦光斑，能够在多个支路上同时捕获和操纵多个生物细胞。仿真和实验结果表明，该光镊能够在三个支路上同时捕获和操纵多个小球藻细胞，在光镊移动速度约为14 μm/s时仍能保持捕获稳定。该光镊结构简单，为生物传感和直接检测生物信号提供了更多可能。
光纤光学 光纤光镊 LP01模式和LP11模式 多路捕获和操纵 生物传感
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electrical and Information Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China
2 The Third Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co., Daqing 163113, China
We present and demonstrate a multifunctional single-fiber optical tweezer for particle trapping and transport. The fiber probe of fiber optical tweezers is constructed as a planar structure. Laser sources with wavelengths of 650 nm and 980 nm in a single-mode fiber excite the linearly polarized mode and mode beams, respectively. These two laser beams can achieve non-contact trapping and long-distance transport of particles after passing through a flat-facet fiber probe, respectively. This structure makes it possible to perform non-contact trapping and transport of particles by combining multiple wavelengths and multiple modes.
fiber optical tweezers particles optical trapping optical transportation Chinese Optics Letters
2022, 20(12): 121201
光学 精密工程
2022, 30(13): 1555
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electrical and Information Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China
2 School of Physics Science and Technology, Lingnan Normal University, Zhanjiang 524048, China
3 Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
A novel reconstruction method of nanometer micro-displacement of Fabry–Perot (F-P) interference is proposed in this study. Hilbert transforms are performed for F-P interference fringes, and the obtained signal performs tangent operation with the original signal. Finally, the validity of the proposed algorithm and the structure are verified by simulation and several experimental measurements for vibration. Results from the experiments show that the maximum relative error is 4.9%.
displacement reconstruction phase unwrapping Fabry–Perot interferometer Chinese Optics Letters
2021, 19(9): 091202
1 东北石油大学 电气信息工程学院, 黑龙江 大庆 163318
2 哈尔滨工业大学 电气工程及其自动化学院, 哈尔滨 150001
激光自混和干涉（SMI）技术是一种利用光反馈原理进行的振动检测技术, 它具有结构简单, 非接触式测量振动信号的特点。为了解决齿轮箱故障诊断的问题, 提出了用激光自混合干涉技术提取信号,并通过小波变换对信号分析进行处理的方法。通过分析小波变换的各个分量以及最终经过小波变换去噪后的信号, 能够准确地识别出齿轮箱在运转时所存在的周期性振动故障信号, 实验得到的结果与理论值结果完全吻合。
齿轮箱 故障诊断 小波变换 gearbox fault detection SMI SMI(self-mixing interference) wavelet transform
1 中国科学院东北地理与农业生态研究所, 吉林 长春 130102
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 Lancaster Environment Centre, Lancaster University, Lancaster LA1 4YQ, UK
植被叶面积指数（LAI）时间序列的建模及预测是陆面过程模型和遥感数据同化方法的重要组成部分。 MODIS数据产品MOD15A2是目前应用最为广泛的LAI数据源之一, 然而MODIS LAI时间序列产品包含了一些低质量的数据, 例如由于云层、 气溶胶等的影响, 该产品在时间和空间上缺乏连续性。 MODIS LAI时间序列包含线性部分和外在干扰产生的非线性部分, 单一的线性方法或非线性方法都不能对其精确建模和预测。 首先利用Savitzky-Golay(SG)滤波和线性插值平滑受到干扰的LAI时间序列, 然后采用季节自回归积分滑动平均（SARIMA）方法、 BP神经网络方法及二者的组合方法(SARIMA-BP)对MODIS LAI时间序列进行建模及预测。 在SARIMA-BP神经网络组合方法中, 各自在线性与非线性建模的优势得以充分发挥, 其中SARIMA方法用于建模及预测LAI时间序列中的线性部分, BP神经网络方法用于对非线性残差部分进行建模及预测。 实验结果显示: SG滤波和线性插值后的LAI时间序列比原LAI时间序列更平滑; SARIMA-BP神经网络组合方法的决定系数为0.981, 比SARIMA和BP神经网络的0.941和0.884更接近于1; SARIMA-BP神经网络组合方法的预测值同观测值之间的相关系数为0.991, 高于SARIMA（0.971）和BP神经网络(0.942)的相关系数。 由此得出结论: SARIMA-BP神经网络组合方法对MODIS LAI时间序列具有更好的适应性, 其建模和预测准确性高于SARIMA方法或BP神经网络方法。
BP神经网络 SARIMA-BP神经网络组合方法 LAI时间序列建模与预测 SARIMA SARIMA BP neural network LAI MODIS LAI SARIMA-BP neural network method LAI time series modeling and predicting
东北石油大学 电气信息工程学院, 黑龙江 大庆 163318
建立了齿圈局部故障调频现象模型, 分析了故障轮齿啮合频率及其倍频两侧边频带的产生机理, 给出了齿圈局部故障特征频率的计算公式, 建立了倒频谱分析模型。采用激光自混合传感器, 分别从径向和轴向两个方向采集齿轮箱振动信号波形。在齿轮箱1Hz和2Hz两种不同输出转频下, 分别研究了无故障齿轮箱和故障齿轮箱的振动信号特征。通过实验研究验证了理论推导结果。
齿轮箱 自混合干涉 齿圈 边带 倒频谱 径向 轴向 转频 gearbox self-mixing interference gear-ring band cepstrum radial axial rotational frequency
1 东北石油大学 油田控制与信息工程重点实验室, 黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学 电气信息工程学院, 黑龙江 大庆 163318
3 大庆油田有限责任公司第九采油厂, 黑龙江 大庆 163318
对传统光电码盘测速的原理进行了介绍, 分析其精度较低的原因, 提出了基于激光自混合干涉技术的一种激光高精度码盘传感器, 并设计了数据采集系统。对自混合干涉的基本理论进行了阐述, 分析了基于条纹计数法激光测速的原理, 并搭建了基于条纹计数法的激光测速模型用于代替传统的光电码盘测速。实验研究了激光自混合输出与被测物体位移之间的关系, 实验结果表明基于激光自混合干涉技术的激光码盘在测量精度上比传统光电码盘有很大提高, 并且结构简单, 适用范围广。
自混合干涉 微位移测量 条纹计数法 激光码盘 self-mixing interference micro displacement measurement fringe counting method light code disc
