1 兰考三农职业学院智能制造系，河南 开封 475300
2 大连理工大学郑州研究院，河南 郑州 450048
3 盾构及掘进技术国家重点实验室，河南 郑州 450001
以钻头W6Mo5Cr4V2高速钢为研究对象，分别以圆形与方形两类光斑实施激光熔覆，制得TiAlSiN涂层，比较涂层组织形态和力学性能特点。研究结果表明：涂层中存在BCC相与部分MC相，激光熔覆后生成了(Fe, Cr)固溶体。涂层中形成明显的胞状晶粒与许多弥散分布的细小颗粒物，方形光斑涂层形成许多不规则的树枝晶与颗粒形态的碳化物，提升了涂层均匀性。圆形光斑与方形光斑涂层达到比基体更大的硬度，方形光斑涂层比圆形光斑硬度更大，整体分布形态也更加均匀。圆形光斑涂层平均摩擦因数为0.72，方形光斑涂层平均摩擦因数为0.56；圆形光斑涂层呈现明显的黏着磨损特征，方形光斑涂层主要表现为磨粒磨损的特征。
激光熔覆 斑点 TiAlSiN涂层 耐磨性 laser cladding spots TiAlSiN coating wear resistance
1 季华实验室，广东 佛山 528200
2 长春长光宇航复合材料有限公司，吉林 长春 130102
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
由于载机负载有限，质量一直是机载成像系统结构设计时的关键指标。主支撑结构作为机载成像系统中光学系统的主承力结构，必须进行轻量化设计。但是，以往机载成像系统主支撑结构轻量化设计方法主要包括选择比刚度高的金属材料、优化框架结构布局、调整壁厚、增加减重槽等具体措施。由于金属材料的密度和线膨胀系数较高，这种轻量化设计方法的轻量化程度不高，且有时无法满足高精度光学系统无热化设计的要求。因此，提出了一种复合材料与金属材料相结合的新型轻量化设计方法，利用更低密度、更低线膨胀系数的碳纤维复合材料作为主支撑结构成型材料，钛合金作为对外接口材料，并以质量最轻为目标、基频为约束进行了参数优化设计，最后采用预浸料制造与铺放方法获得了更高轻量化、更优尺寸稳定性的主支撑结构。通过数值计算、仿真分析与振动试验对新方法的有效性进行了验证，结果表明：新型轻量化主支撑系统基频为425 Hz；质量为10.5 kg，轻量化率为33.5%；60 ℃均匀温升时轴向光学间隔变化量为0.021 mm，降低了84.9%。研究结果表明：新型轻量化设计方法合理、有效，解决了结构轻量化与光学无热化设计的难题，并应用到长焦距大口径机载红外成像系统中。
轻量化 碳纤维 无热化设计 机载红外成像系统 lightweight carbon fiber athermalization design airborne infrared imaging system 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220232
1 华中科技大学 光学与电子信息学院，湖北 武汉430000
2 北京中科飞鸿科技股份有限公司，北京100095
3 华中科技大学 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉430000
4 深圳华中科技大学研究院，广东 深圳518000
在设计高频声表面波(SAW）滤波器的过程中，若只考虑封装壳和键合线的电磁寄生参数而忽略汇流条的电磁寄生参数，则SAW滤波器的实际性能易受汇流条寄生参数影响而出现通带波动和驻波增大等问题。该文拟用电声-电磁联合仿真方法设计高频SAW滤波器以解决汇流条寄生参数对SAW滤波器性能的影响。通过此方法研制的滤波器通带插入损耗小于1 dB，波动0.5 dB，通带内驻波最大值2.1，-1.5 dB带宽75.7 MHz，-3 dB带宽84 MHz (相对带宽为4.8%)，-30 dB带宽112 MHz，BW-3 dB/ BW-30 dB矩形系数1.33。包含封装壳、键合线及汇流条的寄生参数的理论仿真结果与实验测试结果吻合较好，表明了采用此模型设计高频SAW滤波器的可行性。
声表面波梯形滤波器 高频 低插入损耗 高矩形系数 电磁仿真 SAW ladder filter high frequency low insertion loss high rectangle factor electromagnetic simulation
为解决光纤光栅易遭受破损和传感灵敏度不高的问题, 设计定制了微型点焊机和预应力平台, 先对光纤进行了镀镍金属化, 然后采用毛细管式电阻点焊法将光纤封装在毛细钢管中进行保护性封装, 并进行了温度传感特性检测。试验结果表明: 电镀的镍层表面光亮平滑, 光纤与电镀镍层结合紧密; 光纤传感器的中心波长与温度变化量之间的拟合线性度很好, 可以达到0.999以上; 温度灵敏度是裸光栅传感器的2.8倍左右。
光纤光栅 金属化 预应力平台 电阻点焊 温度传感特性 fiber grating metallization prestressed platform resistance spot welding temperature sensing characteristic
1 兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 兰州交通大学测绘与地理信息学院, 甘肃 兰州 730070
3 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心, 甘肃 兰州 730070
为进一步提高多聚焦图像的融合质量,提出一种基于监督学习的全卷积神经网络多聚焦图像融合算法。该算法旨在运用神经网络学习源图像不同聚焦区域的互补关系,即选择源图像中不同的聚焦位置合成一张全局清晰图像。该算法构造聚焦图像作为训练数据,网络采用稠密连接和1×1卷积以提高网络的理解能力和效率。实验结果表明,本文算法在主观视觉评估和客观评价两方面均优于其他对比算法,图像的融合质量得到进一步提升。
图像处理 监督学习 全卷积 多聚焦图像 图像融合 激光与光电子学进展
2020, 57(8): 081015
1 兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 兰州交通大学测绘与地理信息学院, 甘肃 兰州 730070
3 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心, 甘肃 兰州 730070
为进一步提高红外与可见光融合图像的细节信息,并降低伪影和噪声,提出一种基于ResNet152深度学习模型的红外与可见光图像融合算法。首先,将红外与可见光图像分解成低频部分和高频部分;然后,运用平均权重策略对低频部分进行融合,生成新的低频部分,使用ResNet152网络对高频部分进行特征提取,得到多个特征层,对特征层分别进行L1正则化、卷积运算、双线性插值上采样和最大选择策略得到最大权重层,由最大权重层和高频部分相乘得到新的高频部分;最后,由新的低频部分和高频部分对图像进行重建,获得融合后的红外与可见光图像。实验结果表明,该算法在保留图像显著特征的同时使融合图像获得了更多的细节纹理信息,且有效地降低了伪影和噪声,其主观评价和客观评价都优于对比算法。
图像处理 图像融合 ResNet152 红外图像 可见光图像 激光与光电子学进展
2020, 57(8): 081013
1 南昌工程学院机械与电气工程学院, 江西省精密驱动与控制重点实验室, 江西 南昌 330099
2 南昌大学机电工程学院, 江西省机器人与焊接自动化重点实验室, 江西 南昌 330031
微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)的强倏逝场传输和波长选择的光学特性使MNFBG对周围介质折射率与浓度的变化具有较高的灵敏度和可靠性。阐述了MNFBG的制备方法,并分析了MNFBG折射率与浓度传感原理。对MNFBG应用于折射率与浓度传感的研究进展进行了综述。总结了提高MNFBG折射率与浓度传感灵敏度的方法,分析了目前MNFBG研究存在的问题,展望了MNFBG折射率与浓度传感器的发展方向。
光纤光学 光纤传感器 微纳光纤布拉格光栅 折射率传感 浓度传感 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 120010
1 南昌工程学院 机械与电气工程学院 江西省精密驱动与控制重点实验室, 南昌 330099
2 南昌大学 机电工程学院 江西省机器人与焊接自动化重点实验室, 南昌 330031
为了实现光纤宏弯温度传感, 对单模光纤宏弯损耗的温度响应特性进行了理论与实验研究.理论上对单模光纤宏弯损耗理论公式进行了温度修正.基于该公式模拟了波长、弯曲半径以及温度对纤芯-无限包层结构单模光纤宏弯损耗性能的影响.设计制作了一种带吸收层和镍保护层的单模光纤宏弯温度传感探头并进行了温度传感性能实验测试.结果表明: 纤芯-无限包层结构单模光纤宏弯损耗对弯曲半径、波长和温度变化较为敏感, 与温度之间的响应呈线性, 该探头的温度分辨率为0.4℃; 通过减小弯曲半径和提高光源波长, 可进一步提高其温度灵敏度和分辨率.该结构光纤可近似看作纤芯-无限包层结构光纤, 用于开发光纤宏弯温度传感器.
纤芯-无限包层结构 单模光纤 宏弯损耗 温度响应 吸收层 保护层 Core-infinite cladding structure Single-mode fiber Macrobending loss Temperature sensing Absorption layer Protecting layer 光子学报
2018, 47(11): 1106006
南昌大学 机电工程学院 江西省机器人与焊接自动化重点实验室, 南昌 330031
以杠杆悬臂传感梁为基础, 设计了支点可调式称量传感单元, 通过调节支点位置实现不同量程的称量传感灵敏度可调控制, 并且可以实现温度误差补偿.理论分析表明, 结构一定的传感单元, 支点与支座间距离存在临界阈值, 当支座间距离等于该阈值时, 称量传感灵敏度等于零; 随着支座间距离的增大灵敏度逐渐减小并趋向于稳定.实验表明, 在0~200 g的范围内, 称量传感的平均线性度大于0.998, 理论灵敏度与实验灵敏度之间的平均相对误差为6.46%, 可满足不同量程的不同灵敏度的称量应用.
光纤布喇格光栅 称量传感 杠杆式悬臂 灵敏度可调 量程可调 Optical fiber Bragg grating Weighing sensing Lever cantilever Adjustable sensitivity Adjustable range 光子学报
2017, 46(10): 1006001
南昌大学 机电工程学院 机器人及焊接自动化重点实验室, 南昌 330031
为了研究化学镀膜过程中本征应力的演变过程, 建立了基于光纤光栅传感的本征应力计算模型, 提出了一种监测化学镀膜过程本征应力演变的方法.通过记录光纤光栅中心波长的偏移量, 结合裸光栅进行补偿, 实现了在线监测化学镀膜过程产生的本征应力.使用光纤光栅传感器对化学镀Cu过程中本征应力进行监测.结果表明：在化学镀Cu过程中, 光纤光栅中心波长蓝移, 本征应力表现为压应力, 且本征应力随时间的增加而增大；监测光栅的压力灵敏度为4.10 pm/MPa, 监测准确度可达到0.24 Mpa.
应用光学 应力演变监测方法 在线监测 本征应力 光纤光栅 Applied optics Stress evolution monitoring method Online monitoring Intrinsic stress Fiber Bragg grating
