Experimental study of weld position detection based on keyhole infrared image during high power fiber laser welding

Keyhole is one of the important phenomena in high-power laser welding process. By studying the keyhole characteristic and detecting the seam offset during high-power fiber laser welding, an infrared sensitive high-speed camera arranged off-axis orientation of laser beam was applied to capture the dynamic thermal images of a molten pool. The 304 austenitic stainless steel plate butt joint welding experiment with laser power 10 kW was carried out. Through analyzing the keyhole infrared image, the weld position was calculated. Least squares method was used to determine the actual weld position. Image filtering technique was used to process the keyhole image, and the keyhole centroid coordinate were calculated. Also, least squares method was used to fit the keyhole centroid curve equation and establish a nonlinear continuous model which described the deviation between keyhole centroid and weld seam. The heat accumulation effect affected by the infrared radiation was analyzed to determine whether the laser beam focus spot deviated from the desired welding seam. Experimental results showed that the keyhole centroid has related to the seam offset, and can reflect the welding quality.     

基于光栅红外光谱法的润滑油溶解水含量现场定量检测

研究光栅红外光谱法在润滑油溶解水现场测定的应用。介绍光栅红外光谱法检测润滑油中溶解水的原理,探讨定量检测润滑油中溶解水含量的方法及干扰因素。结果表明：分辨率在15 cm-1的光栅红外满足润滑油中溶解水定量检测的要求;通过多元线性回归结合SIMCA润滑油分类能够实现现场定量检测润滑油中溶解水含量,并可降低其他污染物干扰。光栅红外光谱法大大简化了现场油品分析过程,且受环境影响小,可广泛应用于离线实验室和现场油液检测项目。     

基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法研究

随着红外成像相关产业的兴起,红外成像技术具有的隐蔽性好、探测范围广、定位精度高、穿透距离远,以及轻质小巧、低耗可靠等优点备受青睐,已成为当前智能化光电探测发展的主流方向。然而,红外弱小目标的图像细节特征少、信噪比低等特点成为红外图像应用的瓶颈,如何提高红外弱小目标成像效果成为目前的研究热点。POCS算法是目前超分辨率复原中应用非常广泛的一种复原算法,但是该算法运算量大,处理时间较长,同时对图像的边缘细节保留能力较差。针对POCS超分辨率复原算法迭代时间较长,无法满足光电探测系统实时性的问题,提出了基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法(GPOCS)。该算法根据图像的梯度分布对图像中的像素点进行分类,采用不同的迭代系数进行计算。改进算法能够较好的保留边缘信息并抑制噪声,进而在保证超分辨率复原性能的基础上大大缩短了运算时间。实验结果表明:GPOCS算法复原结果在背景处噪声得到一定的抑制,整体复原能力优于传统的POCS复原方法。该算法能够有效地保留边缘细节,同时处理时间小于传统的POCS复原方法,减少了1个数量级已经是接近实时。GPOCS算法能够自适应的选取迭代步长,较好的保留边缘信息并抑制噪声,进而在保证超分辨率复原性能的基础上大大缩短了运算时间,虽然不能满足实时性的要求,但是也已经是接近实时。     

水性红外隐身涂料制备工艺优化

目的优化水性红外隐身涂层材料制备工艺,提高低发射率红外隐身涂料隐身性能。方法采用红外辐射率测量仪、红外光谱吸收仪等,研究涂层固化温度、涂层表面粗糙度和涂层厚度对低发射率红外隐身涂料隐身性能的影响。结果固化温度对涂层红外发射率和基体树脂红外吸收光谱影响不大,但随着固化温度升高,涂层固化时间明显缩短;随着涂层表面粗糙度的增加,涂层红外发射率增加;表面粗糙材料红外发射率受测试角度影响小于表面光滑材料;在基材上制备不同厚度的涂层,当涂层厚度小于30μm时,涂层红外发射率受基材表面红外发射率影响较大,当大于30μm时,影响较小。结论可以根据实际时间需求选择合适的涂层固化温度,宜选择刮涂方式使涂层表面保持一定的粗糙度,涂层厚度宜为30~40μm。     

急倾斜坚硬岩柱动态破裂“声–热”演化特征试验

急倾斜坚硬岩柱稳定性预测对科学采矿具有重要意义。以乌鲁木齐矿区急倾斜特厚煤层安全开采为背景,基于平面组合加载试验平台,构建急倾斜坚硬岩柱动态破裂"声–热"演化特征模型试验,采用岩石破裂声发射和红外热像综合监测方法,揭示开采扰动作用下岩柱破裂过程中的声发射与温度演化规律。研究表明:坚硬岩柱破裂过程中红外热像呈现温度辐射区(可分为低温边界区、中温过渡区和高温中心区);岩柱破裂经历弹性变形、微破裂至破裂失稳过程,该过程中温度辐射区温度逐渐降低,AE能率呈持续性增长;动态破裂"声–热"演化实质为热弹效应和摩擦热效应。这对急倾斜特厚煤层安全开采具有科学意义。     

红外热成像仪对围护结构缺陷温度场变化规律的研究与分析

目前,利用红外热成像仪检测与研究建筑物缺陷方面,主要集中在对缺陷诊断方法的介绍和缺陷的案例分析,很难在保证建筑物完整性的前提下,对围护结构的缺陷类型快速作出判断。为了保证建筑物的完整性和节能性,减少建筑物的能源消耗,利用红外热成像仪,主要对鼓包、发霉、裂缝三种缺陷进行了温度场变化规律的分析与比较。在整个测试过程中,鼓包体的温度变化相对比较平缓;发霉体在升温过程中的温度变化明显小于降温过程中的温度变化;裂缝在升温过程中的温度变化明显大于降温过程,但是裂缝的温度变化都和周围的围护结构温度变化基本一致。为远距离判断围护结构的缺陷类型提供了一定的判断依据。     

风云卫星的红外遥感亮度温度国家计量标准装置

综述了国际上美国、德国、俄罗斯的典型红外遥感亮度温度标准装置的研究现状,着重介绍了由中国计量科学研究院研制的用于风云卫星红外载荷黑体定标的红外遥感亮度温度国家计量标准装置(VRTSF)。给出了VRTSF的设计方案,描述了它的结构和光路。设计了满足风云卫星红外载荷定标黑体工作环境的真空低背景实验舱,建立了满足量值溯源需求的标准黑体辐射源作为量值标准器。标准变温黑体辐射源的温度覆盖190K~340K,口径为30mm,空腔发射率为0.999 9,温度不确定度优于50mK@300K/10μm(k=2)。该装置的光谱为(1-1 000)μm,光谱分辨率为0.2cm-1,可满足多种红外载荷的定标需求。该装置具有高温度不确定度水平、高光谱分辨率和扩展性强等特点,如未来该装置温度覆盖至(100-500)K,将会满足大部分红外载荷量值的溯源需求。     

红外目标模拟器的光学设计

设计了一种用于红外光电系统性能测试的目标模拟器的光学系统。原理上采用一个无焦系统与后聚焦系统的组合系统,利用Zemax光学设计软件进行优化设计,最终设计结果为工作波段8~12μm,焦距230.599mm,视场12°,入瞳距600mm,入瞳直径100mm。整个光学系统有9个光学透镜,最大口径229.77 mm,光学系统达到衍射极限,全视场MTF均优于0.39,80%的能量集中在23μm的弥散圆内。各项指标都满足设计要求,能很好地应用于红外光电系统的性能测试。     

应用内外定标修正实现红外测量系统辐射定标

由于现有的大口径短波红外测量系统的辐射定标需要制备大口径红外平行光管,不仅机动性差且成本较高,故提出了一种基于内、外定标修正的辐射定标新方法。该方法将一个中、高温腔型黑体置于红外系统内部,通过切换反射镜,将中、高温腔型黑体辐射引入红外光学系统,并对部分光路进行中、高温段的内定标。然后,使用大面源黑体对全系统进行中温段的外定标;提取并处理公共温度范围的内、外定标数据以获取内、外定标之间的修正系数。最后,对中、高温段的内定标数据进行修正从而获取全系统的辐射定标数据。使用该方法对某Φ400mm口径的红外测量系统进行了辐射定标,并根据定标结果反演了黑体的辐射亮度和温度。结果显示:辐射亮度反演的最大误差为1.67%,温度反演的最大误差为1.02℃。实验结果证明了该方法可以准确、有效地对大口径短波红外测量系统进行辐射定标。     

The Actuality and Progress of Whole Sky Infrared Cloud Remote Sensing Techniques

Clouds are crucial regulators of both weather and climate. Properties such as the amount, type, height, distribution and movement of them have an impact on the earth''s radiation budget and the hydrological cycle, thus cloud observation is very important. The disadvantages of zenith pointing measuring instruments and whole sky visible imagers limit the application of them. A summary of the actuality and application of ground-based whole sky infrared cloud measuring instruments and analyses of the techniques of radiometric calibrations, removal of atmospheric emission and calculation of cloud cover, amount, type are conducted to promote the automatically observation of the whole sky. Fully considering whole sky infrared cloud sounding theories, techniques and applications, there are still a lot of studies on improving the properties of instruments, enhancing the techniques of cloud base height measurements and establishing instrumental cloud classification criterion before actual operations.