短波红外单光子探测器的发展(特邀)

InP/InGaAs短波红外单光子探测器(SPAD)是目前制备技术较为成熟且获得广泛应用的单光子探测器,通过半导体热电制冷(TEC)即可达到的工作温度(-40℃左右),具有体积小、成本低,方便安装和携带的应用优势;另外,基于常规半导体二极管的芯片制造工艺很容易实现大面阵单光子阵列,除了探测信号,还具备三维数字成像功能。国外包括美国、瑞士、意大利、韩国、日本等对InP/InGaAs SPAD进行了长期持续的研究,目前已研制出单管的货架产品,性能还在不断的优化和改进之中,其单光子探测器阵列呈现了清晰的三维成像效果,正在逐步应用。国内包括重庆光电技术研究所、中国科学院上海技术物理所、西南技术物理研究所、中国科学技术大学、云南大学等对InP/InGaAs SPAD芯片先后进行了器件设计和器件制备研究,目前单管的性能已经达到与国外报道相当的性能。国内单光子探测器阵列的研究获得了一定的进展,但芯片规模和器件性能有待提升。文中对国内外InP/InGaAs短波红外单光子探测器的发展,在设计和研制中存在的问题,以及近10年来的优化改进进行了介绍,重点介绍了高温、高速以及单光子焦平面阵列的发展,并结合新颖...     

自适应调控卷积与双路信息嵌入的城市街景实例分割

城市街道场景实例分割是无人驾驶不可忽略的关键技术之一,针对城市街景实例密集、边缘模糊以及背景干扰严重等问题,提出一种自适应调控卷积与双路信息嵌入的城市街景实例分割模型RENet.首先使用自适应调控卷积替代原有的残差结构,利用可变形卷积学习空间采样位置偏移量,提高模型对图像复杂形变的建模能力,同时对多分支结构进行通道混洗以加强不同通道间的信息流动,并应用注意力机制实现通道权重的自适应校准,提高模型对复杂场景下模糊、密集目标的分割精度;然后设计低维空间信息嵌入分支,对不同尺度特征图进行空间信息激励与重编码,在抽象语义特征中嵌入低维空间信息,提高模型轮廓分割准确性;最后引入高级语义信息嵌入模块,实现特征图与语义框的对齐,弥补特征图间语义与分辨率的差距,提高不同尺度下特征信息融合的有效性.在自建数据集上的实验结果表明,与原始YOLACT网络模型相比,RENet模型在复杂街道背景下的平均分割精度最高达到51.6%,提高了10.4个百分点;网络推理速度达到17.5帧/s,验证了该模型的有效性和在工程中的实用性.     

基于数字图像处理的柔性水翼形变测量

针对振荡水翼式潮流能发电装置中柔性水翼的形变测量问题,设计了一套基于高速相机的非接触式测量系统,可在不影响水翼水动力学特性的前提下,连续采集水翼运动过程中的图像并计算水翼形变。建立了图像坐标系和水翼世界坐标系的坐标转换模型,给出了相关参数的标定方法和形变的计算公式。提出了一种基于Canny算子的水翼迎流面边缘检测方法,给出了边界的多项式拟合算式,从而可计算出水翼迎流面边缘上任一点的形变。设置了不同实验条件进行了验证,识别出的水翼总长度误差在2%以内,形变量符合实际规律。实验结果表明该方法能够有效测量水翼迎流面边缘上任一点的形变,且具有现场布置简单、不影响水动力学特性的优点。     

运用光线追迹算法的高温物体视觉三维测量

对于高温下的视觉三维测量,如何削弱高温辐射以及成像畸变对构件测量产生的影响,在航空航天和汽车制造等领域 具有极其重要的意义。 基于黑体辐射理论分析了物体在不同温度下的辐射特性,确定了成像光谱范围,建立了高温双目立体视 觉测量模型,运用有限元建模仿真与光线追迹算法相结合的方法分析光线在高温场中传播的偏折规律,并分析了温度和光线波 长对光线偏折量的影响。 最后,通过搭建双目立体视觉测量系统,使用 CMOS 相机、窄带滤光片和平行光源组成的测量系统削 弱高温辐射光的干扰,对分析结果进行实验验证。 实验结果表明,测量系统能够在高温下获得清晰的图像特征;光线追迹算法 分析的结果和实验数据有很好的一致性;相较于常温测量结果,800 ℃ 以下视觉测量结果的误差小于 0. 28 mm,球间距测量标 准差小于 0. 11 mm,能够满足构件在高温环境下的测量需求。     

新型组合贴壁风对锅炉水冷壁高温腐蚀气氛影响的模拟研究

为了有效解决某电厂600 MW机组旋流对冲燃煤锅炉水冷壁高温腐蚀问题,提出了一种基于二次风-压缩空气组合式贴壁风的装置与方法,并建立了数值仿真模型,对添加新型组合型贴壁风前后炉内流动、燃烧、组分浓度进行了研究分析。结果表明,添加新型组合贴壁风后,侧墙水冷壁附近区域O2摩尔分数大幅提高,CO摩尔分数和烟气温度显著降低,有效改善水冷壁附近区域还原性氛围,解决了高温腐蚀的问题,但NOx排放量略有增加。     

高温气冷堆核电机组一次调频控制策略研究

华能高温气冷堆核电示范工程（HTR-PM）是首台商业运行的高温气冷堆核电机组,研究其一次调频能力具有重要意义。在分析HTR-PM机组控制特性的基础上,提出高温气冷堆核电机组一次调频控制策略,并开发了HTR-PM机组全范围实时动态仿真模型。针对电网频率快速变化时,HTR-PM机组一次调频过程的动态响应特性进行仿真试验。试验结果表明,理论上,在一次调频参数、控制逻辑等设置合理的情况下,在一次调频允许投入的负荷区间内,当频率扰动时可以实现输出功率变化,同时保证蒸发器出口蒸汽压力在允许偏差范围内。     

核电蒸汽发生器堵管技术研究进展及其在高温气冷堆的应用前景

高可靠性的蒸汽发生器堵管技术是核电站安全运行的重要保障,与压水堆相比,以高温气冷堆为代表的第四代核电技术由于蒸汽发生器内传热管服役温度显著提高,对现有的蒸汽发生器堵管技术提出了新的挑战。对此,本文首先基于国内外文献报道,总结了现有压水堆蒸汽发生器堵管技术的工作原理与技术特点;其次,总结了国内外蒸汽发生器自动化堵管系统的开发与应用现状;之后,就高温气冷堆蒸汽发生器的服役工况与场地条件,提出了现有堵管技术在高温气冷堆应用方面面临的挑战及改进方向;最后,针对堵管技术的发展现状与高温气冷堆的技术需求,从装备要求、施工可行性和堵头质量的长期有效性等方面指明了自动化堵管技术的发展方向,以期为高温气冷堆蒸汽发生器自动化堵管技术的发展提供借鉴。     

BS-PT基高温压电超声换能器研究

针对高温超声检测技术的应用需求,该文研究了基于钪酸铋-钛酸铅(BS-PT)基高温压电陶瓷材料的高温超声换能器。利用PiezoCAD器件仿真软件设计并制作了一款1 MHz的高温压电超声换能器,且在200 ℃下对该器件的电学和声学性能进行了测试和分析。结果表明,随着测试温度的升高,换能器的脉冲回波幅值虽略有降低,但其中心频率、带宽变化不明显,带宽仍保持在20%左右。该文设计并制备的BS-PT基高温压电超声换能器可以在200 ℃环境中正常稳定工作。     

不同形变配准对头颈部CT图像的剂量评估研究

形变图像配准(deformable image registration, DIR)是自适应放射治疗(adaptive radiotherapy, ART)中轮廓推衍和剂量累积的关键过 程。 本研究比较3种不同形变配准算法在自适应放疗过程中轮廓推衍和剂量累积的变化。选择头 颈部癌症患者的放疗影像数据图像进行这项研究,刚性配准后采用B样条弹性配准和LCC- Demons配准算法,其中B样条弹性算法研究了两种优化指标:归一化互相关、归一化互相 关结合弯曲能量惩罚(bending energy penalty, BEP) 正则化。剂量评估采用剂量参数D₉₅、Dmin、D_mean、Dmax和均 匀性指数(homogeneity index, HI)来评价累积剂量与初始剂量的差异。几何评估使用Dice 相似性系数(Dice similarity coefficient, DSC)和 Hausdorff距离(Hausdorff distance, HD)来评价体积之间的重叠度。经过实验,几何评估所得的PTV(planning target volume)靶区、左腮腺、 右腮腺Dice系数在B样条弹性配准的两种优化算法和LCC-Demons算法中分别为:0. 82、 0.83、0.86,其中在LCC-Demons算法下得到的Dice系数达到了最大值0.91, 所得的Hausdorff距离均在1—3 mm之间,DSC重叠度结果与表明偏差 距离均在临床可接受的 范围内。对于剂量评估,相应的HI值分别为:1.089、1.082、1.081,LCC-Demons同样达到 了最小值1.081,本实验中LCC-Demons在轮廓推衍和剂量映射中均取 得了较好的效果,同 时也为临床环境下对配准质量的评估提供了一定的借鉴。