保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的光学游标效应及温度传感器

为了实现高灵敏度的温度传感,通过在基于保偏光纤Sagnac干涉仪的Sagnac环内增加一段保偏光纤,控制两段保偏光纤快轴熔接角度接近45°,设计并制造了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环结构。在理论上通过Jones矩阵推导了保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环的干涉谱公式,基于仿真分析研究了主要参数对保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出特性的影响。仿真结果表明,保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环实现了光学游标效应,两段保偏光纤的平均长度、两段保偏光纤的长度差分别影响保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环输出干涉谱的波长间隔和包络周期;在实验中,将保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环应用在光纤温度传感器中。实验结果表明,在2cm的感温区域,保偏光纤转轴熔接Sagnac干涉环温度传感器的灵敏度就达到了-2.44nm/℃,是普通Sagnac干涉环温度传感器(-0.163nm/℃)的14.97倍。     

螺旋相位调制双曲余弦高斯光束的梯度力研究

光梯度力在光镊技术中起着非常重要的作用。数值模拟了螺旋相位调制双曲余弦高斯光束在焦平面上光梯度力的变化。研究结果表明:双曲余弦高斯光束的偏心参数、螺旋相位的拓扑数可以显著地调节光梯度力分布,并且会出现一些新奇的光梯度力分布,如构成圆环形光陷阱、矩形光陷阱、阵列光陷阱等;另外,对于不同数值孔径、不同拓扑数,光梯度力随双曲余弦高斯光束的偏心参数的演化规律也显著不同。     

基于机器视觉的双工位载带检测系统研究

叙述了基于机器视觉的双工位载带检测系统的硬件设计方案和机械结构方案。提出了适合载带检测的图像处理算法,该算法主要包括瑕疵检测算法与尺寸计算算法。将标准合格载带样本图像作为训练集,从这些样本图像中获取检测区域图像的特征量信息作为在线检测时的比较标准。经过实际上线测试验证,载带缺陷检出率均不低于99.6%,重要缺陷漏检率为0%;检测一帧图像时间10 ms,检测速度达到12 m/min。     

激光诱导击穿光谱法快速定量检测皮革中的铅和铬

建立了激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)结合自由定标法快速定量分析皮革中重金属元素Pb和Cr的方法.采用由调Q脉冲Nd:YAG激光器、中阶梯光栅光谱仪、ICCD检测器和旋转样品台等组成的激光诱导击穿光谱系统,采集了3类皮革样品的激光诱导击穿光谱.选取Pb和Cr的特征谱线,优化激光能量、延时时间和焦深参数,结合自由定标法建立了样品中Pb和Cr的玻尔兹曼曲线,计算获得3类皮革样品中Pb和Cr的含量.Pb含量分析相对标准偏差在3.22%~7.66%之间,Cr含量分析相对标准偏差在12.19%~14.00%之间.t检验表明,两种元素测量值与实际值无显著差异.     

隐匿危险品高准确度太赫兹光谱识别方法

爆炸物等危险品的分子振动和转动能级在太赫兹频谱段具有独特的指纹谱特性,且太赫兹波对非极性物质及介电材料有较强的透过性及低能性,因此利用太赫兹光谱可以实现障碍物隐匿复杂环境下的危险品无损探测。目前各种相关材料的太赫兹吸收光谱标准库并不完善,且市面上各类太赫兹光谱仪硬件参数不同、检测标准不统一,导致单纯依赖特征吸收峰的识别方法并不可靠。针对上述问题,提出一种不依赖于吸收峰准确性的物质识别技术路线:提取物质在不同频率分辨率、不同障碍物隐匿情况下的太赫兹吸收谱,利用Marr小波变换在频域上展开得到具有特征唯一性的小波频域尺度图,建立样本集;其次,结合迁移学习方法,利用Xception网络对样本集进行训练识别。实验结果表明,此方法可以很好地对不同障碍物隐匿环境中的危险品进行分类识别,识别准确率可达94%。说明此方法的识别准确性不受系统频率分辨率即吸收谱精确度等系统因素影响,为邮件及快递包裹等障碍物隐匿危险品无损检测、定性识别提供了一种新的技术思路。     

漏磁结合涡流的非铁磁性金属材料探伤研究

针对非铁磁性金属的内外壁损伤检测问题,设计了一种中低频的交流电磁场检测模型,对漏磁及涡流效应在交流电磁场检测中的耦合机制进行了分析,并制作电磁检测装置进行实验验证。基于COMSOL有限元仿真建立二维仿真模型,针对不同深度、不同大小的表面缺陷及埋深缺陷进行仿真检测,得到相应的检测线圈电压幅值、相位与缺陷深度的关系;以仿真结果为基础制作了电磁检测装置,并对非铁磁性金属待测试件进行检测,结果表明,制作的电磁检测装置可以穿透18 mm不锈钢板检测到高5 mm、长12 mm的矩形埋深缺陷及上表面深3 mm、Ф5 mm的微型圆孔缺陷。结果表明,低频激励信号对于待测试件的上下表面缺陷均有良好的检测效果,而中频激励信号仅适用于上表面缺陷检测。     

基于像素偏振阵列的图像传感器航向角检测

目的:模仿昆虫的导航能力,研究基于像素偏振阵列结构图像传感器的偏振导航方法。方法:使用具有像素偏振阵列结构的芯片搭建偏振导航传感器,采用两种航向角解算方法进行导航实验。在基于图像的航向角计算方法中,以太阳子午线方向建立新的坐标体系后重绘偏振角图片,提取出所有偏振角接近90°的特征点位置进行直线拟合,结合实际太阳方位角解算出航向角。结果:两种导航方法均实现了航向角检测,基于图像的航向角解算方法精度较高,航向角测量最大误差为0.882°,误差均值为0.332°。结论:基于像素偏振阵列结构的图像传感器实现了航向角检测,精度满足导航需求。     

高温光纤布拉格光栅“T"型应变片技术研究

对一种适于300℃高温环境下应变检测的光纤布拉格光栅应变片技术进行了研究。选用聚酰亚胺涂覆层光纤制备了耐高温光纤布拉格光栅,并对制得的高温光纤布拉格光栅的进行了八小时高温煺火性能测试。设计了适于二维表面应变检测的“T”型高温恒弹合金光纤光栅应变片,对应变片的封装工艺方法进行了研究,最后采用等强度悬臂梁方法,对封装的高温光纤光栅应变片进行了高温性能和应变性能测试,测得了光纤光栅“T”型应变片对温度和应变的灵敏度,验证了高温光纤光栅应变片的工作适用性。     

光纤光谱仪的色素溶液浓度检测系统设计

设计了一种基于光纤光谱仪的溶液色素浓度检测系统.利用该系统对柠檬黄、日落黄、胭脂红与亮蓝四种人工合成色素的混合溶液以及每种色素的标准溶液进行吸光度检测,进而计算出混合色素溶液中各色素的质量浓度.实验结果表明,该系统测得混合色素溶液中各色素的质量浓度与理论值的相对误差分别为2%、3%、4%、2%,与北京普析通用仪器有限责任公司生产的TU-1901型双光束紫外可见分光光度计的测量结果具有很好的一致性,表明该系统同时具备结构紧凑与测量可靠的特点,在一定程度上可以代替分光光度计进行吸光度检测.