产业技术综合研究所分析测量标准研究部门，日本 筑波 305-8568
相移法是分析条纹图案相位信息的一种有力工具。介绍新开发的时空域相移法（ST-PSM）的基本原理和在非接触式三维形状测量中的应用。模拟结果表明，ST-PSM可以大幅减少随机噪声，同时可以消除图像传感器的非线性响应、动态范围小等对测量结果的影响。实验结果表明ST-PSM在曝光极端不足的条件下可以进行稳定的非接触形状测量。
三维光学测量 相位分析 傅里叶变换 时空分析 形状测量 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811024
1 贵州大学空间结构研究中心, 贵阳 550025
2 贵州大学, 贵州省结构工程重点实验室, 贵阳 550025
为研究石灰石粉(以下简称石粉)参数对水泥水化热的影响, 利用TAM Air-八通道微量热仪探究不同石粉含量和粒径对水泥水化放热量以及水化放热速率的影响。研究表明, 随着石粉含量的增加, 辅助胶凝材料的水化放热量和水化放热速率总体上呈降低的趋势。其中当石粉含量为15%(质量分数)时, 石粉粒径为400目时放热量为223.22 J/g, 水化峰值速率为2.399 2 mW/g, 石粉粒径为3 000目时放热量为215.98 J/g, 水化峰值速率为2.214 0 mW/g, 其放热量和水化峰值速率降低的趋势最明显。同时, 当石粉掺量较大时, 石粉粒径对水化反应的影响更加明显, 粒径过小或者过大都会提高水化放热量和水化放热速率。当石粉粒径为1 250目时水化放热量较小且水化放热速率较低。通过物相分析发现, 石粉的加入不会使体系产生新物质, 当石粉含量为15%(质量分数)、粒径为1 250目时, Ca(OH)2衍射峰强度最高并伴随着大量C-S-H的生成, 说明了该组石粉能够更大程度地促进水泥水化, 使反应更充分。
石灰石粉 胶凝材料 粒径 掺量 水化热 物相分析 limestone powder cementitious material particle size content hydration heat phase analysis
1 北京有色金属研究总院有研国晶辉新材料有限公司, 河北廊坊 065001
2 北京有色金属研究总院有研资源环境技术研究院(北京)有限公司, 北京 101407
3 北京有色金属研究总院有研稀土新材料股份有限公司, 河北三河 065201
镁铝尖晶石透明陶瓷是一种优异的中红外材料, 被广泛应用在**领域和民用领域, 具有典型的军民通用特点。本工作研究了烧结工艺对镁铝尖晶石透明陶瓷物相、显微结构及光学性能的影响, 确定了适合高质量镁铝尖晶石透明陶瓷烧结工艺路线, 对加快大尺寸透明陶瓷装甲材料产业化具有重要意义。结果表明: 热压 MgAl2O4透明陶瓷中 Li离子可能以 LiAlO2形式存在；热等静压 MgAl2O4透明陶瓷的优先取向生长面为(311)；热压和热等静压工艺制备的 MgAl2O4陶瓷中 Al离子、 Mg离子偏离化学计量配比且 Al和 Mg摩尔比大于 2, 随着热等静压压力增大, 陶瓷内部小晶粒增多, 同时发现 MgAl2O4陶瓷晶粒尺寸控制在 20~40 μm有利于提升 3~5 μm平均透过率, 处理温度 1 750℃、压力 170 MPa条件下有利于提升 MgAl2O4透明陶瓷 3~5 μm波段的平均透过率, 平均透过率大于 85 %。同时, 发现热等静压烧结时间对提升 MgAl2O4透明陶瓷的红外透过率作用较小。
镁铝尖晶石透明陶瓷 热压 热等静压 物相分析 显微结构 光学性能 magnesia.alumina spinel transparent ceramic hot pressing hot isostatic pressing phase analysis microstructure optical performance
中国科学院过程工程研究所, 绿色过程与工程重点实验室, 战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心, 北京 100190
二次铝灰是电解铝、 铝加工、 铝回收行业产生的危险废物, 不同生产过程排放的二次铝灰具有矿相复杂、 化学组成波动大的特点, 造成现有处置技术对各类二次铝灰的处理效果差异较大, 资源化利用率低。 通过明确典型铝合金生产过程排放二次铝灰中含氮、 含氟物相等毒害组分的赋存形态及分布规律, 判断氟氮物相形成途径, 有利于开发高适性的二次铝灰无害化技术, 实现二次铝灰中毒害组分和有价组分的高效分离, 有效解决其资源化利用难题。 结合化学与仪器分析, 利用X射线衍射、 X射线荧光光谱定量研究了生产过程中不同系列三种铝合金产生的二次铝灰中含氟物相、 含氮物相等物相含量, 采用X射线光电子能谱、 扫描电子显微镜与能谱系统分析氟、 氮元素的结合形态和分布特征。 结果表明, 使用光谱分析方法与化学分析方法对二次铝灰中氮化物、 氟化物的定量检测结果基本相符。 铝-硅、 铝-镁、 铝-镁-硅三种系列铝合金生产过程得到的二次铝灰中含氮物相含量为4.30%~5.48%, 含氮物相均主要以AlN形式存在, 由生产过程中铝熔体与氮气反应生成物进入二次铝灰。 AlN主要分布在体相中, 颗粒形貌呈球端条状或棱块状, 以游离单独颗粒或与含铝物相连生的形式存在; 二次铝灰中含氟物相含量为1.04%~2.29%, 铝-硅系列合金生产过程得到的二次铝灰中含氟物相以NaF, CaF2, MgF2和Na3AlF6形式存在, 在铝-镁、 铝-镁-硅合金生产得到的二次铝灰中含氟物相以CaF2, MgF2和KF形式存在; 含氟物相均作为添加剂在铝产品生产过程中进入二次铝灰, 在二次铝灰生成过程中未发生其他反应生成新相。 三种样品中含氟物相在表面富集, 形貌呈团絮状或不规则块状, 以附着、 包覆大颗粒, 与其他组分连生、 游离单独颗粒的形式存在。 本研究可为二次铝灰中氟、 氮等毒害杂质的脱除提供理论依据及基础支撑。
二次铝灰 氟化物 氮化物 物相分析 赋存形态 Secondary aluminum dross Fluoride Nitride Phase analysis Morphology and distribution 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3588
BiMnO3因其铁磁性和铁电性共存的可能性倍受关注。然而, 经过热处理后BiMnO3纳米颗粒成分的变化过程尚不清楚。本文选用共沉淀法合成BiMnO3纳米颗粒, 将制备好的纳米颗粒在空气中以不同温度(300~600 ℃)热处理20 min。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)系统地研究了BiMnO3纳米颗粒的成分与晶体结构。TEM结果说明随着热处理温度的升高, BiMnO3纳米颗粒尺寸逐渐增大。XRD谱显示当热处理温度高于500 ℃时, 晶体结构由原来的单斜相转变为Pnma正交对称相。XPS结果证明氧缺陷会随温度的升高而减少。除此之外, XRD和XPS结果均说明, 热处理温度达到600 ℃时BiMnO3纳米颗粒会在空气中分解出Bi2O3。该研究结果有助于理解热处理对BiMnO3纳米颗粒成分变化的影响。
BiMnO3纳米颗粒 热处理 成分 晶体结构 物相分析 共沉淀法 BiMnO3 nanoparticle heating treatment composition crystalline structure phase analysis co-precipitation method
1 华南农业大学 电子工程学院(人工智能学院) 应用物理系, 广东 广州 510642
2 暨南大学 理工学院 光电工程系, 广东 广州 510632
针对目前条纹模板测量法在图像畸变校正中所存在的过校正问题, 文章采用载频条纹相位解调分析结合畸变模型实现对镜头桶形畸变的测量与校正。以载频条纹图像作为校正模板, 使用广角镜头相机进行拍摄, 获得畸变条纹图像; 采用具有高空间局域特性的四步相移分析方法进行相位解调, 获得畸变中心位置以及径向畸变量分布; 根据桶形径向畸变的偶数阶多项式模型展开数值拟合分析, 对畸变参量进行估算, 结合畸变中心位置点参量, 最终实现对畸变图像的校正。数值模拟以及实验结果表明, 方法简单、有效, 具有实际的应用价值。
信息光学 畸变校正 机器视觉 相位分析 条纹图像分析 information optics distortion correction computer vision phase analysis fringe-pattern analysis
四川大学电子信息学院光电系,四川 成都 610065
正交光栅投影的相移轮廓术(PSP),可通过某一特定方向的相移(常利用相移调节因子来控制相移方向),获取两个相互正交的相位。但该方法对系统的非线性响应敏感,且目前尚未被深入讨论。为此,分析了系统的非线性响应对正交光栅相移轮廓术测量的影响,推导了带有非线性误差的相位表达式,并分析了两个方向相位相互串扰的原因。在此基础上,分别研究了抑制非线性误差的主动校正法和被动校正法,提出了可消除2阶非线性误差的双5步相移法,并利用基于统计分析的伽马校正法确定系统伽马值,主动改变正交条纹编码来抑制非线性误差。同时,完成了两种方法的对比,计算机仿真和实验结果表明,主动伽马校正法更实用。
测量 相移轮廓术 正交光栅投影 非线性分析 相位分析 相位误差校正 光学学报
2021, 41(14): 1412002
1 大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学材料科学与工程学院, 辽宁 大连 116024
相位去包裹问题广泛存在于条纹投影形貌测量中。提出了一种相移编码去包裹方法,该方法在求解相位时使用多步相移法,并在额外的一幅编码图像中,将标记条纹级数的编码嵌入到相移量中。解码时,通过分析各像素点处不同相移的光强信息序列,可以求解该点处的编码相移量,从而获得绝对相位。该方法只需要少量图像,且可以逐点去包裹,适用于不连续物体的形貌测量,但是容易受到投影仪和相机的噪声影响。通过增加互补的编码条纹图像,提出了一种改进的相移编码去包裹方法,在实现不连续物体形貌测量的同时,显著增强了噪声鲁棒性。经过仿真分析和实验,验证了所提的相移编码去包裹方法的有效性。
测量 噪声分析 相移编码 去包裹 条纹投影法 相位分析 光学学报
2020, 40(23): 2312002
1 暨南大学 光电工程系，广东 广州 510632
2 华南农业大学 物理系，广东 广州 510642
文中提出了一种基于相移条纹图相位分析的广角镜头畸变校正方法。首先，用大尺寸液晶平板显示器显示四幅相移量为π/2的余弦条纹图作为校正模板。然后，用广角镜头相机拍摄该校正模板，获得四幅畸变条纹图，使用四步相移算法解调径向畸变条纹图的相位分布。由于经广角镜头成像的图像中心区域几乎无畸变，利用图像中心无畸变的相位值进行数值拟合得到径向无畸变条纹图的相位分布，作为求解径向畸变相位的基准，也就是径向畸变相位分布可以根据径向畸变条纹图的相位分布与径向无畸变条纹图相位分布相减得到，再将畸变相位转换成实际的畸变量。提出的方法不需要通过特征点或特征线确定畸变模型，可以直接计算畸变图像中每个像素点的畸变量。实验结果表明，提出的方法简单、有效，具有广泛应用价值。
畸变校正 广角镜头 条纹相位分析 distortion calibration wide-angle lens fringe-pattern phase analysis 红外与激光工程
2020, 49(6): 20200039
1 四川大学 电子信息学院， 激光微纳工程研究所， 成都610065
2 华北光电技术研究所， 北京 100015
搭建了电爆炸金属丝实验平台，在空气中电爆炸铁丝来制备纳米金属颗粒。利用电阻分压器与Rogowski线圈来测量电爆炸过程中铁丝上的负载电压与电流。将负载电压与电流之积进行时间积分来估算沉积在铁丝上的能量。使用光电探测器对电爆炸过程中产生的等离子体发光信号进行探测。对铁丝电爆炸后形成的产物使用高倍显微镜、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱分析仪（EDS）以及X射线衍射仪（XRD）进行观测，来研究其物相特性。实验结果表明：电爆炸过程中，当铁丝由液相变为气相时，其电阻急剧增加，因此电流几乎不能流过铁丝，同时铁丝上的负载电压会趋近于电容器的初始充电电压。随着能量的持续积累，等离子体在爆炸腔中形成。由于原本被阻断的电流能够从低电阻等离子体中流过，因此电压电流波形变为欠阻尼波形。电爆炸铁丝所得的产物为Fe3O4纳米颗粒，其中大部分呈规则的球形。Fe3O4纳米颗粒的粒径主要分布在30~60 nm之间，并且符合对数正态分布。
电爆炸金属丝 沉积能量 纳米颗粒 物相研究 electrical explosion of wire deposited energy Fe3O4 Fe3O4 nanoparticles phase analysis 强激光与粒子束
2016, 28(8): 28084101
