光弹法研究固体圆柱横截面上的脉冲声场

为了研究超声脉冲波在钢、铁、铝等金属棒内的传播规律。检验已有的声学理论,采用和金属声速接近的光学玻璃为样品,当超声垂直于样品侧壁入射时,利用研制的动态光弹成像系统研究了玻璃园棒内超声脉冲纵波、横波、瑞利波声场的传播特性。自动记录了0—99．9μs时间内各种超声波声场在玻璃园棒横截面上的传播图像（时间间隔0．1μs）,由此来模拟超声脉冲波在金属棒横截面中的传播行为。     

弹流油膜光学测试系统的特性分析

光干涉法是弹流润滑膜厚度测量的最有效的方法之一。传统的理论认为光弹流干涉主要是双光束干涉，即光干涉强度是油膜厚度的余弦函数，通常应用该余弦关系分析弹流干涉图象。然而，几个光弹流实验均表明干涉强度随油膜厚度的变化同科弦规律有明显的偏离。应用薄膜光学理论对光弹流测试系统进行了分析，干涉强度的计算结果和实验数据吻合一致，弹流光学系统的多光束干涉本质和金属膜的光吸收特性是干涉强度偏离余弦分布的原因。     

基于光流技术MEMS平面微运动特性的测量

实现MEMS动态测试技术中平面微运动特性的测量，关键是记录MEMS运动过程中的瞬间运动状态，并恢复MEMS面内的运动历程．为此，介绍了光流技术，并提出利用邻域优化法进行微结构运动的光流计算．组建了基于频闪成像的MEMS平面运动测试系统，通过该系统获得MEMS谐振器周期运动不同相位下的清晰图像序列．利用邻域优化计算该图像序列的光流，选取合适的邻域大小和阈值，得到了MEMS谐振器在特定驱动频率下的运动幅度-相位图及其拟合曲线，从而获得微谐振器在此驱动频率下的运动幅度值为2．12μm．实验结果表明，该方法是准确有效的．     

圆结构光光条中心亚像素级提取方法

从图像中准确提取光条中心对于主动视觉系统十分重要。分析微小物体内表面视觉检测系统中圆形结构光光条图像特征,将干扰光条分为漫反射和镜面反射两类。利用Hessian矩阵确定图像中光条法线方向,在光条法线方向上求解光条中心亚像素位置,用8方向搜索法剔除干扰光条。实验证明,光条提取和剔除干扰光条方法是有效的。     

基于支持向量机的红外成像跟踪算法

为提高传统红外成像跟踪算法的性能,克服相关跟踪对"图像灰度一致性"的要求,在分析光流方程和支持向量机基本理论的基础上,提出一种由光流方程引出的基于支持向量机的成像跟踪算法.以机动车的红外图像序列为研究对象,该算法利用支持向量机的分类值替代方差和误差函数,将每帧中分类值最大的位置看作当前帧中目标的位置,从而实现了对目标的跟踪.该算法不仅不要求满足"图像灰度一致性",而且有效地减少了跟踪的累积误差.研究结果表明,与传统相关跟踪算法相比,本文提出的跟踪算法的精度、稳定度和鲁棒性都有所提高.     

结构光深度获取系统校准方法

针对基于相位调制的结构光用于深度获取时,投影系统、图像采集系统光瞳中心不等高而引入测量误差,提出一种测量系统校准方法。该方法以N帧正交光栅像与一立方体物体为辅助,根据光场中立方体边缘的阴影位置及其表面光栅栅线变形情况实现系统的粗校准;通过计算立方体深度在光场水平方向引起的相位变化量,指导系统的精校准。该方法可为基于结构光的深度获取装置校准提供理论指导,为非经验装调工作者提供技术支持,实验数据论证了该方法的有效性。     

光开关转换时间测试仪的研制

作为自动交换光网络中的核心器件,光开关将在未来全光网中发挥着重要作用,并成为未来光联网的关键技术。准确测量光开关的转换时间为其应用在不同领域提供了参考。     

光脉动法颗粒浓度测量下限研究

光脉动法是一种新兴的光散射颗粒粒径测量方法,但是该方法对被测颗粒的浓度有一定的要求,浓度过高或过低都会直接导致最后测量结果的偏差。针对这个问题,本文中选取滑石粉作为被测颗粒样品,通过液固两相流实验,在理论分析结合实验数据的基础上设计了一套新算法,井以此对适用于光脉动法测量原则的颗粒浓度下限进行了研究。研究结果显示,该算法能较为准确地确定光脉动法颗粒浓度测量的下限。     

光开关转换时间测试仪的研制

作为自动交换光网络中的核心器件，光开关将在未来全光网中发挥着重要作用，并成为未来光联网的关键技术准确测量光开关的转换时间为其应用在不同领域提供了参考。     

序列图像中运动目标检测

提出动态背景下序列图像中的运动目标检测算法。利用像素邻域的各向同性对图像进行归一化,消除亮度变化等因素的影响;利用光流信息并结合小波变换由粗及精计算速度场来配准图像;用当前帧作参考图像,通过时域积分校正背景图像。当前帧与校正后背景图像作差得到差分图像。假设该差分图像中噪声分布为高斯分布,由高斯分布的3σ特性滤除差分图像中的噪声,则粗定位出目标;最后以聚类方法确定运动目标区域。分别对200帧可见光和200帧红外图像序列进行实验,检测率分别为95%和94%。     

微裂纹扩展的非共线超声混频定位研究

金属结构在早期服役过程中易出现微小裂纹,对早期微小裂纹扩展方向的检测与跟踪对避免结构失效而导致的突发性灾难具有重要的现实意义。基于非共线超声混频方法,开展金属材料微裂纹扩展的定位与表征研究。研究中选择两列横波相互作用产生混频纵波的非共线混频模式,通过实验测量验证了其混频效应和信号的传播性。选用铝合金7075-T6中预制的垂直和倾斜微裂纹为研究对象,提取每个测量点的超声混频非线性参数并进行归一化处理绘制成扫查成像图,从而表征微裂纹的长度与扩展方向。最后,将扫查成像图与光学显微镜的金相观察结果进行对比分析。研究表明,超声混频方法能够有效定位和跟踪铝合金材料中不同扩展方向的微裂纹,可为金属结构中微裂纹扩展提供检测方法。     

Photoelastic and acousto-optical properties of Cs2HgCl4 crystals

We use a Mach-Zehdner interferometric technique to study the piezo-optical properties of Cs2HgCl4 crystals at room temperature. All piezo-optical (pi(mn)) and photoelastic (p(in)) tensor constants are obtained. A substantial photoelastic effect and low ultrasonic velocities in these crystals determine a relatively high figure of merit M2 for isotropic diffraction (for a certain geometry of acousto-optical interactions, M2 approximately 110 x 10(-15) s3/kg). The new material may be considered, therefore, a candidate for applications in acousto-optical devices. The dependence of the acoustic walk-off angle on the direction of sound propagation is calculated for the principal crystallographic planes.     

烟气超声流量计时间测量准确度校准方法研究

大口径气体超声波流量计广泛应用于烟道排放监测和工业控制等领域。超声波流量计的传播时间测量准确度校准是非实流校准的重要环节,通过建立超声波流量计时间测量准确度校准装置,实现对大口径气体超声流量计传播时间的非实流校准。该文首先提出3种不同的超声流量计传播时间校准方法,分析不同方法的影响因素,其次通过改变探头间距离,对不同探头间距时超声波流量计传播时间的测量误差进行校准。试验结果表明:超声波流量计传播时间的测量误差随距离变化,并确定利用标准声速对超声波流量计传播时间进行修正的方法更为准确,测量结果不确定度为0.2%。     

一种基于声呐信息融合的水下图像增强方法

由于光在水中传输时的衰减和散射效应,使得光学成像细节丢失、对比度下降以及颜色偏移失真,导致水下图像雾化。因此在光线条件较为恶劣情况下,水下高性能相机对目标的有效捕捉范围较小,水下光学成像系统通常很难达到令人满意的成像效果。而声呐利用声波在水中传播衰减较小的特点可以进行更远距离的探测。因此,当水下目标距离光学探测设备较远而不能进行准确光学成像来捕捉目标时,可利用声呐采集得到的信息与光学图像进行融合,实现图像增强,提高成像效果。文章提出了一种基于声呐信息融合的水下图像增强方法,首先对水下光学图像分两步进行预处理,即基于暗通道先验模型的去雾增强和自适应图像增强,再使用声呐信息对水下图像进行局部增强,明显提高水下环境中所要探测目标的对比度与可识别度。     

风洞射流和汽车绕流对声传播的影响

汽车风洞气动噪声测试中,由于射流和汽车绕流场的存在,流场外测量不能获取汽车声源的准确信息?研究以两种流场对声传播方向(声源漂移量)的影响开展?通过在风洞射流核心区安放特定声源和实车的试验,分别得到了射流和汽车绕流场对声传播的影响?研究表明两种流场对声传播都会产生较大影响,试验分析应加以考虑;研究分别对风洞射流和汽车绕流进行了气动数值仿真,据此拟合出剪切层和汽车绕流场速度分布线性化模型,并结合几何声学方法,建立了连续多层均匀运动介质声传播模型,得到了预测射流和汽车绕流产生声漂移量的方法?研究表明该方法可以有效预测风洞声学实验中介质运动对声传播方向的影响,并可用于风洞声学试验中流动对传播方向影响的修正?     

一种水声声速的时频测量综合算法研究

针对飞行时间测量法中信号起振点难以检测而导致的测量误差问题,提出了一种基于时频的综合测量算法,以获得高精度超声波声速。首先运用信号时域互相关法,测量声波飞行的整周期时间;再利用信号频域信息中相位差,获得超声传播群延时信息;最终通过时域与频域综合信息获得高精度的飞行时间测量,从而提高声速的测量精度。声速测量平台采用“FPGA+微处理器”架构,对提出的方法进行验证,实测数据结果表明该声速时频测量算法有效,并具有较好的实用价值。     

复合材料层压板分层缺陷超声相控阵检测与评估

针对碳纤维增强树脂基复合材料分层缺陷的无损检测与评估问题,通过制备预埋分层缺陷的标准试样,利用超声相控阵技术对缺陷进行无损检测与定量评估,并对测量误差进行分析。首先,在层压板铺层中间埋入聚酰亚胺薄膜制备分层缺陷试样;然后,对试样进行超声相控阵检测,通过超声S扫和C扫图像对缺陷进行定性分析与定量测量,并结合声场仿真对检测误差进行分析。结果表明:所制备试样内分层缺陷形状规则、埋深及大小与预设一致;超声相控阵步进方向检测尺寸比较准确,而扫查方向尺寸误差较大;超声相控阵技术能够准确识别分层缺陷的形状、尺寸及位置,具有很高的检测精度,对较小缺陷具有很好的检测效果。     

水下稳态涡流场声传播的数值模拟和实验研究

声波穿过涡流场时声传播特性会发生改变,可由此判断涡流场的存在及其特征参数。文章首先推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟。然后开展水池超声传感器实验,采用现代计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真方法获取涡流场参数。最后将通过涡流场声信号的时延结果,与实验测量值进行对比分析。结果表明,对于涡核半径为30 mm,最大切向速度为1.2 m·s^-1的涡流场,数值模拟误差小于10%,验证了基于射线声学的水下稳态涡流场声传播数值模拟的有效性。     

超声水浸法高精度测量玻璃材料声速的研究

材料的声速与其杨氏模量和密度有关,通过测量材料的声速可以评价材料的特性。相关研究表明,超低膨胀玻璃的声速是评价其热膨胀系数的关键参数,通过测量声速可以实现对超低膨胀玻璃热膨胀系数的间接无损测量。针对市售的超声声速测量仪器存在系统复杂且不易集成化的问题,结合高精度的数据采集卡设计了超声信号采集显示软件,并基于超声水浸脉冲反射法搭建了高精度的声速测量系统,系统结构简单,操作方便且较易集成化。采用该测量系统对制备的超低膨胀玻璃样品的声速进行了测量,结果表明该系统具有较高的声速测量分辨率,声速分辨率可达为0.2 m.s^-1,为使用超声声速法高精度测量超低膨胀玻璃的热膨胀系数奠定了研究基础。