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RSS2024年 48卷 第3期
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[摘要]
[PDF 255KB]
2024, 48(3): 295-302.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.001
[HTML全文]
摘要:
为了提高离散调制连续变量量子密钥分发协议性能，采用幅度相移键控(APSK)联合调制格式方法，在接收端采用高斯混合模型分类算法识别量子态来提升系统的性能。将密钥传输系统分为状态学习和状态预测两个阶段，在状态学习阶段基于高斯混合模型的分类器对已知类别的量子态进行训练，学习不同类别量子态的幅度相位分布情况；在状态预测阶段则采用最小欧氏距离计算出待测量子态属于每个类别的后验概率，从而判定待测量子态的类别，并通过参数估计、反向协调和保密增强生成最终密钥。结果表明，在反向协调和集体攻击下128-APSK离散调制连续变量量子密钥分发协议能够有效生成安全密钥，当安全码率为10-6 bit/symbol时，传输距离可接近60 km。该研究为进一步提高离散调制连续变量量子密钥分发协议的系统性能提供了参考。
为了提高离散调制连续变量量子密钥分发协议性能，采用幅度相移键控(APSK)联合调制格式方法，在接收端采用高斯混合模型分类算法识别量子态来提升系统的性能。将密钥传输系统分为状态学习和状态预测两个阶段，在状态学习阶段基于高斯混合模型的分类器对已知类别的量子态进行训练，学习不同类别量子态的幅度相位分布情况；在状态预测阶段则采用最小欧氏距离计算出待测量子态属于每个类别的后验概率，从而判定待测量子态的类别，并通过参数估计、反向协调和保密增强生成最终密钥。结果表明，在反向协调和集体攻击下128-APSK离散调制连续变量量子密钥分发协议能够有效生成安全密钥，当安全码率为10-6 bit/symbol时，传输距离可接近60 km。该研究为进一步提高离散调制连续变量量子密钥分发协议的系统性能提供了参考。
2024, 48(3): 303-311.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.002
摘要:
为了避免激光清洗后的飞机蒙皮图像难以直接观察、分析蒙皮特性与机制的问题，采用了一种基于Lab颜色空间的k均值聚类算法和基于Canny算子的边缘检测相结合的漆层宏观图像和微观图像共同分析的方法。首先对清洗后的图像进行颜色空间转换，将原本的RGB颜色空间转换为Lab颜色空间，并通过k均值聚类的算法进行图像分割，再将各漆层连接处的电镜图通过Canny算子进行边缘检测提取边缘信息，然后通过处理后的图像分别进行特性和机制研究，最后将图像处理结果通过热应力分析进行验证。结果表明，采用该方法，激光能量密度分别为6.37 J/cm2和1.91 J/cm2时，飞机蒙皮的面漆和底漆能被激光完全消除。该研究为激光自动除漆提供了参考。
为了避免激光清洗后的飞机蒙皮图像难以直接观察、分析蒙皮特性与机制的问题，采用了一种基于Lab颜色空间的k均值聚类算法和基于Canny算子的边缘检测相结合的漆层宏观图像和微观图像共同分析的方法。首先对清洗后的图像进行颜色空间转换，将原本的RGB颜色空间转换为Lab颜色空间，并通过k均值聚类的算法进行图像分割，再将各漆层连接处的电镜图通过Canny算子进行边缘检测提取边缘信息，然后通过处理后的图像分别进行特性和机制研究，最后将图像处理结果通过热应力分析进行验证。结果表明，采用该方法，激光能量密度分别为6.37 J/cm2和1.91 J/cm2时，飞机蒙皮的面漆和底漆能被激光完全消除。该研究为激光自动除漆提供了参考。
2024, 48(3): 345-351.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.008
摘要:
为了实现对甲烷体积分数的高精度检测, 采用多层结构激发了具有高品质因素的光子自旋霍尔效应现象。利用非对称的排列方式, 将甲烷敏感膜引入结构中, 通过敏感膜的折射率变化, 实现对甲烷体积分数的检测; 研究了气体孔隙率、周期数、金属厚度和敏感膜厚度对光子自旋霍尔效应的影响, 并采用传输矩阵法进行了数值分析。结果表明, 该传感器可对体积分数为0~3%、折射率变化为1.4364~1.4478的甲烷气体进行检测, 灵敏度为29.6°, 最高质量因素和最低检测下限分别为395和0.00012。该传感器结构简单、检测能力强, 为光学传感器的研究提供了新思路。
为了实现对甲烷体积分数的高精度检测, 采用多层结构激发了具有高品质因素的光子自旋霍尔效应现象。利用非对称的排列方式, 将甲烷敏感膜引入结构中, 通过敏感膜的折射率变化, 实现对甲烷体积分数的检测; 研究了气体孔隙率、周期数、金属厚度和敏感膜厚度对光子自旋霍尔效应的影响, 并采用传输矩阵法进行了数值分析。结果表明, 该传感器可对体积分数为0~3%、折射率变化为1.4364~1.4478的甲烷气体进行检测, 灵敏度为29.6°, 最高质量因素和最低检测下限分别为395和0.00012。该传感器结构简单、检测能力强, 为光学传感器的研究提供了新思路。
2024, 48(3): 365-372.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.011
摘要:
为了快速无损检测草莓硬度, 连续5天采集了草莓高光谱数据和硬度信息, 提出一种基于高光谱多指数阈值逐层分割的硬度预测方法。首先分析各组分(果肉、霉变果肉、草莓籽和萼片)的光谱反射率差异并确定特征波段, 利用特征波段构建新的归一化特征指数, 完成分割阈值的确定, 采用逐层分割的方法以排除无关部分的干扰; 通过连续投影算法、主成分分析法及2次组合降维来降低光谱信息冗余度并提取特征, 利用随机森林与偏最小二乘法分别对原始光谱及降维后特征建立回归模型, 并确立最佳预测模型; 最后利用最佳预测模型对草莓果肉部分进行硬度拟合, 得到硬度分布图像, 实现了草莓硬度预测结果的直观显示。结果表明, 基于2次降维建立的偏最小二乘模型效果最好, 测试集和预测集的相关系数分别为0.9101和0.9099, 测试集均方根误差为0.1344。该研究为草莓硬度的无损检测和显示提供了参考。
为了快速无损检测草莓硬度, 连续5天采集了草莓高光谱数据和硬度信息, 提出一种基于高光谱多指数阈值逐层分割的硬度预测方法。首先分析各组分(果肉、霉变果肉、草莓籽和萼片)的光谱反射率差异并确定特征波段, 利用特征波段构建新的归一化特征指数, 完成分割阈值的确定, 采用逐层分割的方法以排除无关部分的干扰; 通过连续投影算法、主成分分析法及2次组合降维来降低光谱信息冗余度并提取特征, 利用随机森林与偏最小二乘法分别对原始光谱及降维后特征建立回归模型, 并确立最佳预测模型; 最后利用最佳预测模型对草莓果肉部分进行硬度拟合, 得到硬度分布图像, 实现了草莓硬度预测结果的直观显示。结果表明, 基于2次降维建立的偏最小二乘模型效果最好, 测试集和预测集的相关系数分别为0.9101和0.9099, 测试集均方根误差为0.1344。该研究为草莓硬度的无损检测和显示提供了参考。
2024, 48(3): 379-386.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.013
摘要:
为了避免现有的高光谱图像去噪优化模型仅考虑有限的高光谱内在结构特点、并未实现图像特征的精确表征的问题, 采用了一种基于空谱深度图像先验与平滑的高光谱图像去噪方法, 将紧框架变换与具有高表达与强学习能力的深度学习模型进行结合, 构建基于深度学习的噪声去除模型。首先在低秩矩阵分解的基础上, 利用特定的深度图像先验学习潜在的空谱特征; 然后分别构建端元与丰度矩阵的紧框架稀疏正则探究空谱局部平滑, 并解决深度图像先验的半拟合问题; 最后设计高效迭代算法实现模型求解。结果表明, 基于空谱深度图像先验的方法在各种复杂的噪声干扰下均表现出较好的视觉恢复性能, 峰值信噪比至少有1 dB以上的提升, 得到了高质量的恢复图像。该方法为高光谱图像去噪提供了参考。
为了避免现有的高光谱图像去噪优化模型仅考虑有限的高光谱内在结构特点、并未实现图像特征的精确表征的问题, 采用了一种基于空谱深度图像先验与平滑的高光谱图像去噪方法, 将紧框架变换与具有高表达与强学习能力的深度学习模型进行结合, 构建基于深度学习的噪声去除模型。首先在低秩矩阵分解的基础上, 利用特定的深度图像先验学习潜在的空谱特征; 然后分别构建端元与丰度矩阵的紧框架稀疏正则探究空谱局部平滑, 并解决深度图像先验的半拟合问题; 最后设计高效迭代算法实现模型求解。结果表明, 基于空谱深度图像先验的方法在各种复杂的噪声干扰下均表现出较好的视觉恢复性能, 峰值信噪比至少有1 dB以上的提升, 得到了高质量的恢复图像。该方法为高光谱图像去噪提供了参考。
2024, 48(3): 395-404.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.015
摘要:
为了解决复杂轮廓成形砂轮激光修整过程中在线检测难、轮廓检测精度低、速度慢等问题, 搭建了一套基于砂轮激光修整机床的图像采集系统, 提出了一种多轮廓图像合成检测方法, 定义了轮廓波动带的概念。首先利用引导滤波和灰度变换预处理砂轮轮廓图像, 增强轮廓特征; 再使用全局阈值分割和反二值化得到二值图像, 将二值图像序列合成为带有像素频率信息的轮廓频率图像, 通过阈值分割提取出轮廓波动带; 最后使用随机抽样一致算法结合最小二乘法对波动带最外侧的边缘点集进行拟合, 完成直线和圆弧特征的检测。结果表明, 该检测方法与单一截面视觉检测法相比, 检测效率接近, 但误差范围缩小了66.67%;与磨削复映检测法相比, 检测结果存在一个固定偏差, 平均误差在7 μm左右, 但检测效率提高了91.67%。该方法能高精度、高效地检测成形砂轮轮廓, 为成形砂轮轮廓检测方法提供了新思路。
为了解决复杂轮廓成形砂轮激光修整过程中在线检测难、轮廓检测精度低、速度慢等问题, 搭建了一套基于砂轮激光修整机床的图像采集系统, 提出了一种多轮廓图像合成检测方法, 定义了轮廓波动带的概念。首先利用引导滤波和灰度变换预处理砂轮轮廓图像, 增强轮廓特征; 再使用全局阈值分割和反二值化得到二值图像, 将二值图像序列合成为带有像素频率信息的轮廓频率图像, 通过阈值分割提取出轮廓波动带; 最后使用随机抽样一致算法结合最小二乘法对波动带最外侧的边缘点集进行拟合, 完成直线和圆弧特征的检测。结果表明, 该检测方法与单一截面视觉检测法相比, 检测效率接近, 但误差范围缩小了66.67%;与磨削复映检测法相比, 检测结果存在一个固定偏差, 平均误差在7 μm左右, 但检测效率提高了91.67%。该方法能高精度、高效地检测成形砂轮轮廓, 为成形砂轮轮廓检测方法提供了新思路。
2024, 48(3): 443-448.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.022
摘要:
为了解决激光散斑对高于20 ℃时的水温存在测量灵敏度下降等问题，提出了一种基于深度学习的激光散斑图像识别探测方法，构建了20.1 ℃、20.2 ℃及20.3 ℃的散斑图像数据集，采用一种多尺度卷积神经网络，结合适当的损失函数和数据增强技术，以优化激光散斑图像的特点; 通过深度学习模型在散斑数据集上的训练与测试实验，实现了水下温度信息散斑图像的高准确率识别，解决了对比度饱和测量灵敏度下降的问题。结果表明，与AlexNet、VGG、ResNet模型相比，GoogleNet模型对散斑图像的水下温度识别准确率达到了99%。该研究为深入了解温度场分布及其影响提供了理论支持，并为相关应用领域提供了有价值的参考。
为了解决激光散斑对高于20 ℃时的水温存在测量灵敏度下降等问题，提出了一种基于深度学习的激光散斑图像识别探测方法，构建了20.1 ℃、20.2 ℃及20.3 ℃的散斑图像数据集，采用一种多尺度卷积神经网络，结合适当的损失函数和数据增强技术，以优化激光散斑图像的特点; 通过深度学习模型在散斑数据集上的训练与测试实验，实现了水下温度信息散斑图像的高准确率识别，解决了对比度饱和测量灵敏度下降的问题。结果表明，与AlexNet、VGG、ResNet模型相比，GoogleNet模型对散斑图像的水下温度识别准确率达到了99%。该研究为深入了解温度场分布及其影响提供了理论支持，并为相关应用领域提供了有价值的参考。
2024, 48(3): 312-317.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.003
摘要:
为了能够筛查出高危人群中潜在糖尿病患者，使患者得到早期治疗和减少并发症产生，提出了一种基于光学相干层析成像(OCT)的高危人群糖尿病无创筛查方法。首先将3维OCT图像进行区域划分，利用主成分分析法，将众多血糖敏感区域散射系数转变为一个综合指标S，进而归一化得到0 min~120 min不同时刻的相对量Si(i=0, 1, 2…, 120)；然后将健康、轻度糖尿病、重度糖尿病人群在0 min~120 min不同时刻的血糖归一化经验值；最后通过8例临床对照实验验证了方法的可行性，得到了准确的筛查结果。结果表明，判定阈值1为0.47，阈值2为0.78;将S120与阈值1、阈值2进行比较，得到0 < S120 < 0.47为健康，0.47 < S120 < 0.78为轻度糖尿病，0.78 < S120 < 1为重度糖尿病。该方法具有较高的实用性，对于利用光学无创手段筛查高危人群糖尿病具有重要的意义。
为了能够筛查出高危人群中潜在糖尿病患者，使患者得到早期治疗和减少并发症产生，提出了一种基于光学相干层析成像(OCT)的高危人群糖尿病无创筛查方法。首先将3维OCT图像进行区域划分，利用主成分分析法，将众多血糖敏感区域散射系数转变为一个综合指标S，进而归一化得到0 min~120 min不同时刻的相对量Si(i=0, 1, 2…, 120)；然后将健康、轻度糖尿病、重度糖尿病人群在0 min~120 min不同时刻的血糖归一化经验值；最后通过8例临床对照实验验证了方法的可行性，得到了准确的筛查结果。结果表明，判定阈值1为0.47，阈值2为0.78;将S120与阈值1、阈值2进行比较，得到0 < S120 < 0.47为健康，0.47 < S120 < 0.78为轻度糖尿病，0.78 < S120 < 1为重度糖尿病。该方法具有较高的实用性，对于利用光学无创手段筛查高危人群糖尿病具有重要的意义。
2024, 48(3): 318-326.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.004
摘要:
为了探究激光雷达在湿下击暴流天气时的风场探测效果和低空风切变识别能力，采用多元资料结合具体事件进行理论分析和数据验证的方法，利用西宁曹家堡国际机场的测风激光雷达数据，结合地面观测记录，对2021-05-18的一次湿下击暴流过程进行了分析和研究。结果表明，下击暴流具有复杂的风场结构，主体到达机场前，首先造成了超过14 m/s的外流，并与环境风耦合形成逆风切变辐合线，且最强外流区位于辐合线后侧1 km~2 km；下击暴流抵达跑道上空时，造成了地面辐散风场，辐散中心风速远小于外流边缘且垂直气流存在着剧烈变化，下击暴流共持续约10 min；测风激光雷达对雷暴云内部垂直气流分布、跑道区域下击暴流辐散风场的水平和垂直结构以及地面风场辐合线的形成和演变均有良好的识别效果，交互使用雷达不同探测模式和数据产品有利于机场低空风切变的监测和预警。该研究为激光雷达在下击暴流风切变预报和研究中的应用提供了参考。
为了探究激光雷达在湿下击暴流天气时的风场探测效果和低空风切变识别能力，采用多元资料结合具体事件进行理论分析和数据验证的方法，利用西宁曹家堡国际机场的测风激光雷达数据，结合地面观测记录，对2021-05-18的一次湿下击暴流过程进行了分析和研究。结果表明，下击暴流具有复杂的风场结构，主体到达机场前，首先造成了超过14 m/s的外流，并与环境风耦合形成逆风切变辐合线，且最强外流区位于辐合线后侧1 km~2 km；下击暴流抵达跑道上空时，造成了地面辐散风场，辐散中心风速远小于外流边缘且垂直气流存在着剧烈变化，下击暴流共持续约10 min；测风激光雷达对雷暴云内部垂直气流分布、跑道区域下击暴流辐散风场的水平和垂直结构以及地面风场辐合线的形成和演变均有良好的识别效果，交互使用雷达不同探测模式和数据产品有利于机场低空风切变的监测和预警。该研究为激光雷达在下击暴流风切变预报和研究中的应用提供了参考。
2024, 48(3): 327-333.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.005
摘要:
为了减小凹形面金刚石砂轮的激光修整误差，建立激光遮蔽效应和激光斜面分散效应误差模型，分析了激光切向修整凹形面金刚石砂轮的误差来源，提出了偏转激光修整凹形面成形砂轮法，并通过理论分析和实验验证，探索了修整参数对凹形面砂轮轮廓精度和圆弧半径的影响。结果表明，在1°~1.5°的偏转角范围内，斜边轮廓修整精度为8 μm；在合适的偏转角度下，圆弧半径误差小于10 μm；在修整凹弧半径为0.2 mm和0.5 mm、补偿半径分别为0.03 mm和0.06 mm时，凹弧半径误差分别缩小0.02 mm和0.03 mm。偏转激光修整法有效地提高了修整精度，减小了修整误差，为凹形面金刚石修整提供了新思路。
为了减小凹形面金刚石砂轮的激光修整误差，建立激光遮蔽效应和激光斜面分散效应误差模型，分析了激光切向修整凹形面金刚石砂轮的误差来源，提出了偏转激光修整凹形面成形砂轮法，并通过理论分析和实验验证，探索了修整参数对凹形面砂轮轮廓精度和圆弧半径的影响。结果表明，在1°~1.5°的偏转角范围内，斜边轮廓修整精度为8 μm；在合适的偏转角度下，圆弧半径误差小于10 μm；在修整凹弧半径为0.2 mm和0.5 mm、补偿半径分别为0.03 mm和0.06 mm时，凹弧半径误差分别缩小0.02 mm和0.03 mm。偏转激光修整法有效地提高了修整精度，减小了修整误差，为凹形面金刚石修整提供了新思路。
2024, 48(3): 352-356.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.009
摘要:
为了实现在光学电压互感器中电压方向的测量, 利用Pockels效应和偏振光理论进行理论分析和实验验证, 提出了一种基于Pockels效应的电压方向测量方法, 得到不同方向的电压与出射光偏振态、光传播方向之间的关系。结果表明, 当施加的电压值为100 V时, 迎着光观测, 透射光的长轴和短轴分别位于空间角度20°和110°, 再通过λ/4波片后的光偏振方向位于坐标的二、四象限, 可判断透射光是右旋椭圆偏振光, 电压方向沿光传播方向; 长轴和短轴分别位于角度130°和40°的透射光通过λ/4波片后的光偏振方向位于一、三象限, 则透射光是左旋椭圆偏振光, 电压方向则沿光传播的相反方向。实验结果与理论分析相符, 可指导设计既能测量电压大小又能判断其方向的光学电压互感器。
为了实现在光学电压互感器中电压方向的测量, 利用Pockels效应和偏振光理论进行理论分析和实验验证, 提出了一种基于Pockels效应的电压方向测量方法, 得到不同方向的电压与出射光偏振态、光传播方向之间的关系。结果表明, 当施加的电压值为100 V时, 迎着光观测, 透射光的长轴和短轴分别位于空间角度20°和110°, 再通过λ/4波片后的光偏振方向位于坐标的二、四象限, 可判断透射光是右旋椭圆偏振光, 电压方向沿光传播方向; 长轴和短轴分别位于角度130°和40°的透射光通过λ/4波片后的光偏振方向位于一、三象限, 则透射光是左旋椭圆偏振光, 电压方向则沿光传播的相反方向。实验结果与理论分析相符, 可指导设计既能测量电压大小又能判断其方向的光学电压互感器。
2024, 48(3): 373-378.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.012
摘要:
为了实现黄铜样品中铜、锌元素质量分数的快速定量检测, 采用自由定标激光诱导击穿光谱技术(CF-LIBS)对3种黄铜样品开展了相关研究。分别选择铜元素的6条、锌元素的4条特征谱线为分析对象, 在单次脉冲和10次脉冲平均光谱采集方式下, 对比分析铜和锌元素特征谱线的相对标准偏差(RSD)。结果表明, 与单次脉冲相比, 10次脉冲平均使铜和锌的光谱RSD平均值分别下降8.8%和12.3%;采用CF-LIBS对3种黄铜样品中铜、锌元素质量分数进行定量计算, 铜、锌元素的温度与等离子体温度平均值之间的相对误差分别为5.2%、0.9%和7.1%;3种样品中铜元素质量分数的相对误差分别为5.6%、0.5%和1.6%, 锌元素质量分数的相对误差分别为9.2%、2.0%和13.3%。CF-LIBS有望为黄铜元素质量分数的快速及精准检测提供方法支持, 为进一步实现研制合金样品元素质量分数便携式检测设备提供数据和技术支持。
为了实现黄铜样品中铜、锌元素质量分数的快速定量检测, 采用自由定标激光诱导击穿光谱技术(CF-LIBS)对3种黄铜样品开展了相关研究。分别选择铜元素的6条、锌元素的4条特征谱线为分析对象, 在单次脉冲和10次脉冲平均光谱采集方式下, 对比分析铜和锌元素特征谱线的相对标准偏差(RSD)。结果表明, 与单次脉冲相比, 10次脉冲平均使铜和锌的光谱RSD平均值分别下降8.8%和12.3%;采用CF-LIBS对3种黄铜样品中铜、锌元素质量分数进行定量计算, 铜、锌元素的温度与等离子体温度平均值之间的相对误差分别为5.2%、0.9%和7.1%;3种样品中铜元素质量分数的相对误差分别为5.6%、0.5%和1.6%, 锌元素质量分数的相对误差分别为9.2%、2.0%和13.3%。CF-LIBS有望为黄铜元素质量分数的快速及精准检测提供方法支持, 为进一步实现研制合金样品元素质量分数便携式检测设备提供数据和技术支持。
2024, 48(3): 387-394.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.014
摘要:
为了探究La2O3对激光熔覆形状记忆合金涂层组织和性能的影响, 采用宽带激光熔覆技术在42CrMo中碳钢表面制备了掺杂La2O3的Fe17Mn5Si10Cr5Ni形状记忆合金复合涂层, 通过表征得到了La2O3对复合涂层的显微组织、维氏硬度、耐磨性、耐蚀性和表面残余应力的影响结果。结果表明, La2O3显著降低了晶粒尺寸, 掺杂质量分数w=0.009时, 晶粒尺寸达到最小值3.03 μm, 而复合涂层具有最大硬度454.7 HV0.2, 磨损量最低; 并得到最低的自腐蚀电流为4.287×10-7 A/cm2, 最高的自腐蚀电位为-0.843 V, 涂层保护率达到94.83%, La2O3明显提高了涂层的耐腐蚀性能; 此时涂层的残余应力由拉应力转变为压应力, 并在Fe-Mn-Si/La2O3产生的最大残余压应力值为-378 MPa。此项研究为低应力高性能激光熔覆涂层的开发和推广提供了实践参考。
为了探究La2O3对激光熔覆形状记忆合金涂层组织和性能的影响, 采用宽带激光熔覆技术在42CrMo中碳钢表面制备了掺杂La2O3的Fe17Mn5Si10Cr5Ni形状记忆合金复合涂层, 通过表征得到了La2O3对复合涂层的显微组织、维氏硬度、耐磨性、耐蚀性和表面残余应力的影响结果。结果表明, La2O3显著降低了晶粒尺寸, 掺杂质量分数w=0.009时, 晶粒尺寸达到最小值3.03 μm, 而复合涂层具有最大硬度454.7 HV0.2, 磨损量最低; 并得到最低的自腐蚀电流为4.287×10-7 A/cm2, 最高的自腐蚀电位为-0.843 V, 涂层保护率达到94.83%, La2O3明显提高了涂层的耐腐蚀性能; 此时涂层的残余应力由拉应力转变为压应力, 并在Fe-Mn-Si/La2O3产生的最大残余压应力值为-378 MPa。此项研究为低应力高性能激光熔覆涂层的开发和推广提供了实践参考。
2024, 48(3): 405-410.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.016
摘要:
为了根据实验规律获得更多激光修整青铜金刚石砂轮的工艺参数, 采用反向传播(BP)神经网络和粒子群遗传混合优化算法(PSO&GA), 建立了激光修整青铜金刚石砂轮的预测模型。首先通过分析激光修整的原理得出砂轮型面角度、激光偏转角度、入射角度和光斑重叠率为主要影响参数, 并以砂轮型面角度误差和峰谷(PV)值为评价指标修整了192组工艺实验数据; 建立了4×9×2的3层BP神经网络预测模型, 通过PSO&GA混合优化算法对预测模型进行训练优化; 最后选取16组实验数据测试BP神经网络预测模型, 预测结果比较准确; 并对比了梯度下降法(GD)、粒子群优化算法(PSO)和遗传算法(GA)的BP神经网络的训练效果。结果表明, 经PSO&GA-BP预测模型角度误差预测偏差在0.2°以内, PV值预测偏差在1.6 μm以内, 相较于其它优化算法, 收敛速度更快、精度更高。该研究为激光修整青铜金刚石砂轮提供了良好的预测模型。
为了根据实验规律获得更多激光修整青铜金刚石砂轮的工艺参数, 采用反向传播(BP)神经网络和粒子群遗传混合优化算法(PSO&GA), 建立了激光修整青铜金刚石砂轮的预测模型。首先通过分析激光修整的原理得出砂轮型面角度、激光偏转角度、入射角度和光斑重叠率为主要影响参数, 并以砂轮型面角度误差和峰谷(PV)值为评价指标修整了192组工艺实验数据; 建立了4×9×2的3层BP神经网络预测模型, 通过PSO&GA混合优化算法对预测模型进行训练优化; 最后选取16组实验数据测试BP神经网络预测模型, 预测结果比较准确; 并对比了梯度下降法(GD)、粒子群优化算法(PSO)和遗传算法(GA)的BP神经网络的训练效果。结果表明, 经PSO&GA-BP预测模型角度误差预测偏差在0.2°以内, PV值预测偏差在1.6 μm以内, 相较于其它优化算法, 收敛速度更快、精度更高。该研究为激光修整青铜金刚石砂轮提供了良好的预测模型。
2024, 48(3): 411-415.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.017
摘要:
为了提高激光诱导击穿光谱(LIBS)的检测灵敏度, 研究了不同种类、不同浓度的卤素离子对LIBS信号增强程度的影响。根据实验条件和吸收光谱信息筛选合适尺寸的银纳米颗粒, 两亲性分子十二烷基硫酸钠(SDS)提供粘性力, 硅片作为基底, 引入卤素离子与纳米银溶胶反应诱导纳米颗粒发生聚集。结果表明, 卤素阴离子可以有效地诱导纳米银颗粒聚集, 且卤素阴离子的加入可以显著增强目标元素Mg Ⅰ 382.9 nm, 383.2nm和383.8 nm的LIBS信号, Mg的检测限提升到μg/L量级; 不同种类卤素离子对纳米颗粒增强LIBS (NELIBS)信号增强的作用, 即F-＞Cl-＞Br-＞I-。此结果说明卤素阴离子诱导的纳米颗粒团聚现象可以有效增强LIBS信号强度, 能够实现液体中元素Mg的检测分析, 满足现代分析技术的新要求。
为了提高激光诱导击穿光谱(LIBS)的检测灵敏度, 研究了不同种类、不同浓度的卤素离子对LIBS信号增强程度的影响。根据实验条件和吸收光谱信息筛选合适尺寸的银纳米颗粒, 两亲性分子十二烷基硫酸钠(SDS)提供粘性力, 硅片作为基底, 引入卤素离子与纳米银溶胶反应诱导纳米颗粒发生聚集。结果表明, 卤素阴离子可以有效地诱导纳米银颗粒聚集, 且卤素阴离子的加入可以显著增强目标元素Mg Ⅰ 382.9 nm, 383.2nm和383.8 nm的LIBS信号, Mg的检测限提升到μg/L量级; 不同种类卤素离子对纳米颗粒增强LIBS (NELIBS)信号增强的作用, 即F-＞Cl-＞Br-＞I-。此结果说明卤素阴离子诱导的纳米颗粒团聚现象可以有效增强LIBS信号强度, 能够实现液体中元素Mg的检测分析, 满足现代分析技术的新要求。
2024, 48(3): 416-424.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.018
摘要:
为了提升对低空风切变的识别和预警能力, 基于国产FC-Ⅲ型测风激光雷达下滑道模式资料, 结合航空器空中报告, 对下滑道区域低空风切变识别的单斜坡法、双斜坡法和区域散度法进行了效果分析和评估, 并利用雷达识别结果, 统计分析得到了乌鲁木齐机场冬春两季低空风切变的时空分布特征。结果表明, 雷达采用区域散度法对该机场低空风切变的识别效果最好, 识别成功率可达86.7%;由时空分布特征分析可知, 14:00—16:00时是该机场低空风切变发生的高峰, 冬春两季的高发时段分别为14:00—18:00时和12:00—20:00时; 春季风切变的频次35.7%和风切变强度0.0042/s均高于冬季的17.6%和0.004/s; 跑道和两端下滑道空间位置的风切变雷达探测频率存在差异, 说明该雷达能较准确捕获风切变发生的具体位置。该研究为激光测风雷达在低空风切变识别的应用提供了参考。
为了提升对低空风切变的识别和预警能力, 基于国产FC-Ⅲ型测风激光雷达下滑道模式资料, 结合航空器空中报告, 对下滑道区域低空风切变识别的单斜坡法、双斜坡法和区域散度法进行了效果分析和评估, 并利用雷达识别结果, 统计分析得到了乌鲁木齐机场冬春两季低空风切变的时空分布特征。结果表明, 雷达采用区域散度法对该机场低空风切变的识别效果最好, 识别成功率可达86.7%;由时空分布特征分析可知, 14:00—16:00时是该机场低空风切变发生的高峰, 冬春两季的高发时段分别为14:00—18:00时和12:00—20:00时; 春季风切变的频次35.7%和风切变强度0.0042/s均高于冬季的17.6%和0.004/s; 跑道和两端下滑道空间位置的风切变雷达探测频率存在差异, 说明该雷达能较准确捕获风切变发生的具体位置。该研究为激光测风雷达在低空风切变识别的应用提供了参考。
2024, 48(3): 425-431.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.019
摘要:
为了解决漫射衰减系数Kd的反演依赖于原位测量数据的问题，提出了一种基于Klett和Fernald法反演Kd的融合算法。该融合算法以Klett法反演结果为基准，计算出激光雷达比作为Fernald法迭代时的先验信息，再用Fernald法反演出更加精确的水体漫射衰减系数Kd; 并运用数学解析模型作为融合算法的仿真数据源，解决了实测信号数据量不足的问题，最后基于自研的双频激光雷达系统，利用海试数据对融合算法进行了实验验证。结果表明，融合算法反演得到Kd值的均方根误差值为0.74 m-1，精度优于传统的Klett法和Fernald法；所提出的融合算法能够满足近岸浅海水体漫射衰减系数Kd反演的收敛和精度要求，且能在没有原位现场环境先验信息的条件下快速计算激光雷达比。该研究对浅海水域的深度测量以及海洋剖面光学参数的测量是有帮助的。
为了解决漫射衰减系数Kd的反演依赖于原位测量数据的问题，提出了一种基于Klett和Fernald法反演Kd的融合算法。该融合算法以Klett法反演结果为基准，计算出激光雷达比作为Fernald法迭代时的先验信息，再用Fernald法反演出更加精确的水体漫射衰减系数Kd; 并运用数学解析模型作为融合算法的仿真数据源，解决了实测信号数据量不足的问题，最后基于自研的双频激光雷达系统，利用海试数据对融合算法进行了实验验证。结果表明，融合算法反演得到Kd值的均方根误差值为0.74 m-1，精度优于传统的Klett法和Fernald法；所提出的融合算法能够满足近岸浅海水体漫射衰减系数Kd反演的收敛和精度要求，且能在没有原位现场环境先验信息的条件下快速计算激光雷达比。该研究对浅海水域的深度测量以及海洋剖面光学参数的测量是有帮助的。
2024, 48(3): 449-454.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.023
摘要:
为了降低热成形钢连接位置的硬度，提高塑性，采用高斯激光光束快速扫描试样表面，利用高温回火原理使材料的强度、硬度降低，成功实现了局部区域的材料软化。结果表明，软区组织为回火索氏体，扫描速率越慢，软区硬度越低；温度为800 ℃、扫描线速率为2 mm/s时，软区硬度为230 HV，是母材硬度的47.92%，软区抗拉强度降低767 MPa，是母材的50.53%，其断后伸长率17.36%，是母材的188.08%;软化拉伸试样为韧性断裂，杯锥状断面；软化后点焊不会改变焊核的硬度，可以加宽热影响区，避免其硬度骤降骤升的情况，改善热影响区应力集中的情况，防止焊点出现界面断裂，软化后能提高焊点断裂最大位移60%，最大能量吸收功提升了10.14%。本研究证明了激光软化热成形钢具有可行性，对热冲压汽车零件局部软化有一定指导意义。
为了降低热成形钢连接位置的硬度，提高塑性，采用高斯激光光束快速扫描试样表面，利用高温回火原理使材料的强度、硬度降低，成功实现了局部区域的材料软化。结果表明，软区组织为回火索氏体，扫描速率越慢，软区硬度越低；温度为800 ℃、扫描线速率为2 mm/s时，软区硬度为230 HV，是母材硬度的47.92%，软区抗拉强度降低767 MPa，是母材的50.53%，其断后伸长率17.36%，是母材的188.08%;软化拉伸试样为韧性断裂，杯锥状断面；软化后点焊不会改变焊核的硬度，可以加宽热影响区，避免其硬度骤降骤升的情况，改善热影响区应力集中的情况，防止焊点出现界面断裂，软化后能提高焊点断裂最大位移60%，最大能量吸收功提升了10.14%。本研究证明了激光软化热成形钢具有可行性，对热冲压汽车零件局部软化有一定指导意义。
2024, 48(3): 334-339.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.006
摘要:
为了能有效对抗高重频干扰，在分析高重频干扰破坏激光制导雷达信号处理机理的基础上，采用了随机重频照射激光波形，并利用激光目标指示器、目标和探测器的先验距离、速度特征，提出了基于自适应交叠波门的高重频干扰信号排查和鉴别方法，有效控制了重频干扰对目标捕获环节的影响，形成一套从波形设计到信号处理、目标捕获的端到端的抗高重频干扰解决方案，并进行了理论分析和实验验证。结果表明，在不同干扰场景下，有效捕获目标的时间均低于0.2 s，捕获时间在亚秒量级，与无干扰背景下目标典型捕获时间相当。此技术可有效对抗数十赫兹到250 kHz的固定/随机重频干扰，有利于提高制导武器对抗重频干扰的能力。
为了能有效对抗高重频干扰，在分析高重频干扰破坏激光制导雷达信号处理机理的基础上，采用了随机重频照射激光波形，并利用激光目标指示器、目标和探测器的先验距离、速度特征，提出了基于自适应交叠波门的高重频干扰信号排查和鉴别方法，有效控制了重频干扰对目标捕获环节的影响，形成一套从波形设计到信号处理、目标捕获的端到端的抗高重频干扰解决方案，并进行了理论分析和实验验证。结果表明，在不同干扰场景下，有效捕获目标的时间均低于0.2 s，捕获时间在亚秒量级，与无干扰背景下目标典型捕获时间相当。此技术可有效对抗数十赫兹到250 kHz的固定/随机重频干扰，有利于提高制导武器对抗重频干扰的能力。
2024, 48(3): 340-344.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.007
摘要:
为了评价离子源辅助对不同氧化物薄膜的影响, 采用不同的镀膜设备沉积了TiO2、Ta2O5、ZrO2、SiO2氧化物单层膜, 用椭偏仪测量了其折射率和厚度, 并用纳米压痕仪测量了不同载荷下材料的杨氏模量和纳米硬度, 比较了不同离子源沉积条件下膜层这两个参数的变化。结果表明, 离子源辅助能有效增加膜层杨氏模量和压入硬度, TiO2增加了2 GPa, Ta2O5增加了4 GPa, ZrO2增加了2 GPa, 和膜层的折射率变化趋势是一致的。纳米压痕法也可作为评价离子源轰击能力的一种手段。
为了评价离子源辅助对不同氧化物薄膜的影响, 采用不同的镀膜设备沉积了TiO2、Ta2O5、ZrO2、SiO2氧化物单层膜, 用椭偏仪测量了其折射率和厚度, 并用纳米压痕仪测量了不同载荷下材料的杨氏模量和纳米硬度, 比较了不同离子源沉积条件下膜层这两个参数的变化。结果表明, 离子源辅助能有效增加膜层杨氏模量和压入硬度, TiO2增加了2 GPa, Ta2O5增加了4 GPa, ZrO2增加了2 GPa, 和膜层的折射率变化趋势是一致的。纳米压痕法也可作为评价离子源轰击能力的一种手段。
2024, 48(3): 438-442.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.021
摘要:
为了提升半导体激光二极管端面抽运Z型腔固体激光器的稳定性，以Nd∶GdVO4固体激光器为例，采用数值模拟的方法，在考虑晶体热透镜效应的情况下，研究了Z型谐振腔的臂长、镜片曲率半径等参数对高斯光束的影响，得到了晶体热透镜焦距随抽运光功率变化的关系曲线、谐振腔稳定性随热透镜焦距变化的关系曲线、以及高斯光束束腰半径随谐振腔分臂长和镜片曲率半径变化的关系曲线，并绘制了高斯光束的轮廓曲线。结果表明，适当选取Z型腔的分臂参数可在晶体主平面和后端镜处获得较小的束腰尺寸。本研究结果可对Z型固体激光器谐振腔的搭建提供理论参考及依据。
为了提升半导体激光二极管端面抽运Z型腔固体激光器的稳定性，以Nd∶GdVO4固体激光器为例，采用数值模拟的方法，在考虑晶体热透镜效应的情况下，研究了Z型谐振腔的臂长、镜片曲率半径等参数对高斯光束的影响，得到了晶体热透镜焦距随抽运光功率变化的关系曲线、谐振腔稳定性随热透镜焦距变化的关系曲线、以及高斯光束束腰半径随谐振腔分臂长和镜片曲率半径变化的关系曲线，并绘制了高斯光束的轮廓曲线。结果表明，适当选取Z型腔的分臂参数可在晶体主平面和后端镜处获得较小的束腰尺寸。本研究结果可对Z型固体激光器谐振腔的搭建提供理论参考及依据。
2024, 48(3): 357-364.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.010
摘要:
激光粉末床熔融技术(LPBF)增材制造的奥氏体不锈钢因良好的可打印性和力学性能具有很好的应用前景, 但还存在一些问题限制其工业应用, 添加纳米增强相是调控其性能的有效策略之一。综述了纳米颗粒增强LPBF奥氏体不锈钢的研究进展; 讨论了纳米颗粒对致密度、微观结构和力学性能的影响, 并分析其强化机理。纳米颗粒的加入使复合材料孔隙率增加, 致密度下降; 胞状组织晶粒细化, 且具有较低的各向异性; 添加了增强相的奥氏体不锈钢在强度显著提高的同时还保持良好的延展性, 主要归因于晶粒细化、位错强化、Orowan强化以及载荷传递强化的综合效应。最后展望了LPBF增材制造纳米颗粒增强奥氏体不锈钢在未来需要进一步探索的研究方向。
激光粉末床熔融技术(LPBF)增材制造的奥氏体不锈钢因良好的可打印性和力学性能具有很好的应用前景, 但还存在一些问题限制其工业应用, 添加纳米增强相是调控其性能的有效策略之一。综述了纳米颗粒增强LPBF奥氏体不锈钢的研究进展; 讨论了纳米颗粒对致密度、微观结构和力学性能的影响, 并分析其强化机理。纳米颗粒的加入使复合材料孔隙率增加, 致密度下降; 胞状组织晶粒细化, 且具有较低的各向异性; 添加了增强相的奥氏体不锈钢在强度显著提高的同时还保持良好的延展性, 主要归因于晶粒细化、位错强化、Orowan强化以及载荷传递强化的综合效应。最后展望了LPBF增材制造纳米颗粒增强奥氏体不锈钢在未来需要进一步探索的研究方向。
2024, 48(3): 432-437.
doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.020
摘要:
介绍了国内外钛合金等金属增材制件孔隙型缺陷的无损检测研究现状和进展，对离线无损检测技术、基于特征量监测的间接式检测和在线式无损检测技术进行了对比分析。重点报道了金属增材制造制件中孔隙激光超声检测技术的最新动态，并在此基础上，给出了金属增材制造制件激光超声在线无损检测未来应关注的研究方向及建议。
介绍了国内外钛合金等金属增材制件孔隙型缺陷的无损检测研究现状和进展，对离线无损检测技术、基于特征量监测的间接式检测和在线式无损检测技术进行了对比分析。重点报道了金属增材制造制件中孔隙激光超声检测技术的最新动态，并在此基础上，给出了金属增材制造制件激光超声在线无损检测未来应关注的研究方向及建议。
