摘要:为改善可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)系统的检测性能,以浓度为50×10-6和17×10-6的H2S气体检测为例,根据TDLAS系统的噪声特征,选择了4种数字滤波技术并利用Visual C++软件分别编写了程序对二次谐波原始信号进行压噪和有效信号的提取。结果表明,采用非线性最小二乘法与数字平均滤波技术相结合,使系统理论检测极限由原来的30×10-6提高到了5×10-6量级;对于反演后气体的浓度信号则采用Kalman滤波进行再去噪,使信噪比提高了近8倍。比较结果表明,经过上述滤波处理,TDLAS系统的信噪比和检测极限性能有明显改善。本文的上述方法实际应用到我们的TDLAS在线工业排放气体的测量系统中,取得了良好的效果。

摘要:对大颗粒散射特性分析通常采用物理意义清晰的几何光学近似模型(GOM)计算散射光强。本文分析了GOM,针对散射角的多值问题,提出一种基于MATLAB的遍历取值的求解方法,给出了球形大气泡粒子单一阶数散射光强和总散射光强分布图,并与Mie理论和Debye理论光强计算进行了比对,计算结果与Mie理论和Debye理论光强计算吻合很好,验证了算法的正确性。

摘要:根据Zernike矩基本原理,提出了基于9×9模板尺寸的Zernike矩边缘算子。首先推导Zernike矩模板计算过程,然后计算出2个9×9模板,并选取二值图像和经过5次平滑的模糊图像为对象对新算子进行了测试。结果表明:对于理想的二值图像,新算子具有较强的边缘细化能力,且边缘检测精度也较高;而对于模糊图像,虽然新算子的边缘检测效果也较好,但应注意边缘图像表征与亚像素坐标数据间存在不一致的现象。最后,采用先粗后精定位思想,使新算子的运算速度大幅提高,耗时仅为0.19s。

摘要:在分析结构光视觉测量原理和虚拟摄像机原理的基础上,针对高扇翅频昆虫的运动遮挡和激光投射器的投射盲区,提出了基于单摄像机和双激光投射器的虚拟多结构光视觉传感器测量系统;针对昆虫特性和虚拟多结构光传感器有效视场范围小的特点,设计了昆虫自由飞行引导和触发装置,实现了高扇翅频昆虫双侧翅膀运动参数的测量,并对实际昆虫运动参数测量结果进行了分析。实验结果表明,该系统不仅降低了系统成本,而且减少了多摄像机同步驱动的复杂性。

摘要:提出了一种采用光轴垂直的双目视觉测量技术获得运动物体运行姿态角的方法。首先,对光轴垂直立体视觉系统进行了建模;然后,采用光轴垂直原理求取被测物体在某时刻的中轴矢量;最后,通过建立中轴矢量与姿态角间的数学关系得到被测物运行时的姿态角。实验结果表明,该测量方法具有较高的精度和速度,能满足远距离运动的被测物体运动参数的测量要求。

摘要:提出了一种测量超短激光脉冲啁啾阶数及量值的新方法。根据二次干涉自相关(IAC)包络比值对啁啾有很高灵敏度的特性,通过对IAC包络比值进行分析计算获得判断啁啾阶数的方法,并得到包络比值中央半宽与啁啾量值间的对应关系。采用IAC二次谐波检测系统对加浓染料激光器输出的脉冲进行测量,结果表明,被测超短激光脉冲含有平方啁啾,啁啾参数为0.80,实现了对超短激光脉冲啁啾阶数及量值测量。

摘要:针对人脸识别中的特征提取,提出了一种新的核正交等度规映射(KOIsoP,kernel orthogonal isometric projection)人脸识别算法。首先用核方法提取人脸图像中的非线性信息,并将其投影在一个高维非线性空间,从而更好地提取人脸非线性流形结构信息。然后通过等度规映射做一线性映射得到基向量。最后正交化得到的基向量,使得算法更利于保留人脸非线性子流形空间与距离有关的结构信息和重构样本,以便获得更好的识别效果。ORL和PIE库上的人脸识别实验验证了算法的有效性。

摘要:基于颜色恒常性理论,对真彩色和彩红外城市航空影像中高大建筑物形成的阴影进行消除。首先采用光谱比技术和最大类间方差法(Otsu)阈值分割技术进行城市航空影像中建筑物阴影的检测,进而就颜色恒常计算的Shades of Gray算法中明可夫斯基范式(Minkowski norm)的p取不同值情况下的阴影去除效果进行实验,利用亮度、对比度及平均梯度值比较阴影去除效果的好坏。实验表明:在基于航空影像阴影区域及非阴影区域划分的基础上,本文方法比一般的阴影区反差拉伸方法效果好;且与一般场景影像的阴影去除不同,对两类航空影像,p取2时阴影去除效果最佳,说明这两类影像不能简单看成是一个灰色世界影像。

摘要:分析了人眼视觉特性、双眼视差异信息等三维特征,将立体视觉与图像的结构相似度(SSIM)相结合,提出了一种新的立体图像质量评价方法。该方法考虑了立体图像的亮度、纹理细节和空间位置等因素对人感知立体效果的影响,利用加权平均结构相似性(WMSS)联合统计学方法得到评价初值,用包含三维景物深度信息的双眼视差信息进行修正,作为立体图像质量的评价结果。实验表明,该方法符合人眼视觉特性,与主观评价(MOS)的一致性较好。

摘要:为了求得摄像机的投影矩阵,在进行标定时,以采样点组合矢量坐标到由投影矩阵决定的超平面距离平方和为目标函数,设计有侧向连接的Sanger网络;采用自适应次分量的提取方法,以自相关矩阵最小特征值所对应的特征向量为超平面的拟合系数,据此求得摄像机的投影矩阵,完成摄像机的标定。根据摄像机的数学模型得到的投影点坐标与实际图像检测结果的图像残差均方值作为标定性能指标,进行精度分析。实验表明,所提出的方法是自适应Sanger算法在摄像机标定中的新应用。

摘要:为了扩大成像系统的视场,设计了一套视场拼接系统。系统中,整个像面被分割成4部分,并分别由4个图像传感器接收,将4幅图像拼接可以获得完整的图像。将基于特征点的图像配准算法应用到光学拼接系统中,实现4幅图像的配准。由于4幅图像边缘有较严重的渐晕现象,为了提高图像配准的稳定性,提出了基于模板匹配的配准算法。将模板法和直接配准法的结果进行了对比,实验表明,模板法能够给出稳定的配准结果,从而能够保证配准的精度。

摘要:设计了基于绝缘层上硅(SOI)材料的8通道Si纳米线阵列波导光栅(AWG),器件的通道间隔为1.6nm,面积为420μm×130μm。利用传输函数法模拟了器件传输谱,结果表明,器件的通道间隔为1.6nm,通道间串扰为17dB。给出了结合电子束光刻(EBL)和感应耦合等离子(ICP)刻蚀技术制备器件的详细流程。光谱测试结果分析表明,器件通道间隔为1.3～1.6nm,通道串扰为3dB,中心通道损耗为11.6dB。

摘要:通过溶液法合成了Cu掺杂ZnO量子点。X射线衍射(XRD)和高分辨电子透射电镜(HRTEM)图像显示Cu掺杂ZnO量子点具有六角纤锌矿结构,晶粒大小为4～5nm。Cu掺杂抑制了ZnO量子点颗粒长大。室温光致发光(PL)谱观察到紫外带边和可见区两个发射峰。随着Cu掺杂浓度的增大,紫外荧光峰位发生缓慢红移,由366nm移到370nm;可见区发射峰位发生蓝移,由525nm移到495nm;同时,两个发射峰强度降低。光谱结果表明:Cu的掺入,一方面抑制表面与O空位有关的缺陷,在495nm出现了与Cu1+有关的发射峰;另一方面,Cu离子掺入ZnO量子点引入一些非辐射中心,降低了自由激子发射。

摘要:根据光纤自诊断系统模块化、集成化要求,将曲率光纤传感器以环形布置在PE膜的对称两面,研制了一种智能夹层系统,它可以同时测量结构的曲率和扭转。提出了智能夹层系统的标定方法。对埋有光纤智能夹层的玻璃纤维增强树脂基复合材料试件在CMT6305型电子万能试验机上进行了轴向拉伸、压缩试验和三点式弯曲性能试验,结果表明,智能夹层的埋入对智能结构力学性能有一定的影响,但影响不大。将光纤智能夹层埋入复合材料内部进行了结构曲率测试,在埋入过程中,光纤传感器的完好率达100%。与埋入前的标定结果相比,智能夹层在埋入后的曲率测量最大偏差为5.2%,说明光纤智能夹层可以在埋入复合材料之前进行标定。

摘要:研究了不同退火方式及PCBM阴极修饰层对聚合物太阳电池性能的影响。与前退火相比,后退火的器件性能显著提高,电池的开路电压Voc由0.36V增加到0.60V,能量转换效率η从0.85%提高到1.93%,短路电流密度Jsc和填充因子FF也有不同程度的改善;在电池的活性层与Al电极间沉积一定厚度的PCBM阴极修饰层也能改善电池的性能,当PCBM厚度为3nm时,聚合物太阳电池在100mW.cm-2强度光照下,Voc为0.59V,Jsc为6.43mA.cm-2,FF为55.1%,η为2.09%。

摘要:提出一种基于微流控技术的二维电光开关阵列装置,其基本形式为储气层+波导层+储液层的结构。通过气压与电润湿效应双重作用实现对光开关单元中液柱高度的控制,从而控制光路中光束的全透射和全反射以实现光的开和关。讨论了光开关的工作电压、插损和响应时间等参数。研制结果表明,该结构具有体积小、结构简单、功耗低、能实现集成化和微型化制作的特点。

摘要:研制了在SOI衬底上工作于近红外波段的垂直入射GePIN光电探测器。采用低温Ge缓冲层技术,在超高真空化学气相淀积系统(UHV/CVD)上生长探测器材料。测试表明,器件的暗电流主要来源于表面漏电流,暗电流密度随着尺寸的增加而减小,在2V偏压时暗电流密度可达17.2mA/cm2;器件在波长1.31μm处的响应度高达0.22A/W,对应量子效率为20.8%。无偏压时,器件的响应光谱在1.2～1.6μm波长范围内观察到4个共振增强峰,分别位于1.25、1.35、1.45和1.55μm左右,峰值半高宽约为50nm,共振增强效应是由SOI衬底的高反射率引起的。采用传输矩阵法模拟的响应光谱与实验测量结果吻合良好。

摘要:研究了基于单纵模分布Bragg反射(DBR)光纤激光器的拍频解调传感技术,并对其组网技术进行了探讨。由于光纤本身的固有双折射,DBR光纤激光器能够产生两种正交偏振模式的激光,而这两种偏振模式的频率差拍会在射频域形成对温度变化极为敏感的拍频(beatfrequency)。实验结果表明:在20～100℃的温度范围内,激光器拍频随温度的增加呈线性减小,其线性拟合度高达0.99981,拍频灵敏度为0.51063MHz/℃。这种偏振式光纤激光器具有高输出功率、高信噪比、低解调成本和窄输出线宽等特点,有助于构建大规模的光纤有源传感网络。参考近年关于光纤传感网络的报道,提出一种有源光纤环形传感网络的构想。

摘要:提出了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)反射带宽和反射光功率测量的加速度计,其是将单根FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面构成的,通过在简支梁中间粘贴重物感应竖直方向的加速度,通过梁的弯曲改变FBG反射带宽和反射光功率。实验结果表明:FBG的反射带宽具有很好的线性响应,其测量范围可达到8g,因带宽展宽造成FBG的反射率降低,因此反射光功率的线性响应范围只有4g;带宽和功率灵敏度分别为0.4nm/g和4.57μW/g;由于温度仅改变FBG的布拉格波长,而对其反射带宽和光功率几乎没有影响,所以加速度计对温度变化不敏感。

摘要:针对光子晶体光纤(PCF)在可见光波段的光谱展宽机制和特点,实验研究了入射激光的功率和中心波长等对超连续谱(SS)产生的影响,理论分析了光谱展宽的机制以及平坦度增大的原因。结果发现:在入射激光功率较低的情况下,利用包含色散、自相位调制、自变陡及脉冲内拉曼散射效应的非线性薛定谔方程可以准确地分析光谱的展宽情况,理论分析和实验结果一致;但是,当功率较高时,交叉相位调制及四波混频效应成为光谱在短波方向展宽不可忽略的重要因素。

摘要:对激光二极管(LDs)在阈值处不连续的电学特性作了详细分析,结果发现,各电学参量的突变之间存在紧密的内在关联。由表观IdV/dI-I曲线在阈值处的跳跃能直接得出结电导、结电压、串联电阻和理想化因子在阈值处的突变,因而证实传统的电学测量方法只能描述平均效果,忽略了各电参量随正向电流变化的详细信息。进一步实验表明,LDs在阈值附近的电特性的突变与光激射密切相关,这将为改进现有的LDs理论提供帮助。

摘要:探索了采用标准CMOS工艺实现单片光互连的可行性。采用特许(Chartered)半导体公司3.3V、0.35μm标准模拟CMOS工艺设计并制造了一种单片光互连系统,并用两种结构研究了衬底噪声耦合对互连性能的影响。测试结果表明:该光互连系统可工作于几×103Hz,验证了基于标准CMOS工艺的单片光互连系统是可行的。

摘要:通过传输矩阵模型,理论研究了不同端面反射的存在对取样光栅分布Bragg反射(SG-DBR)镜以及集成半导体放大器(SOA)的SG-DBR镜反射谱的影响,进而研究了端面反射的存在对SG-DBR激光器以及集成SOA的激光器模式的影响,结果表明,端面反射的存在会使取样光栅的各级反射峰由1个分裂为2个甚至多个,并可能使边峰的强度高过零级峰,这将会严重恶化SG-DBR激光器及其集成SOA的激光器模式特性和调谐特性。理论分析与实验结果基本吻合。当端面的反射率小于0.01时,端面反射对于SG-DBR激光器的影响可以忽略不计。

摘要:提出了一种新型的低噪声掺Er光纤放大器(EDFA)。将光波长交错器的输入端口与普通EDFA的输出端相连接,用于降低噪声,信号光由光波长交错器的偶信道端口输出。利用光波长交错器的梳状反射特性,抑制EDFA的放大自发辐射(ASE),改善EDFA的噪声特性,使其具有低噪声的特点。采用4m长的掺Er光纤(EDF)作为增益介质,小信号功率为-26dBm时,在1530～1560nm带宽范围内,测得低噪声EDFA的噪声系数低于3.83dB,仅比噪声系数的量子极限3dB大0.83dB。

摘要:提出了由2个3×3和1个3×3单模光纤耦合器级联组成的全光纤Mach-Zehnder干涉仪(MZI)型不等带宽交错(梳状)滤波器。分析结果表明:两对光纤干涉臂长度差相等时,各耦合器的耦合系数选取适当值,器件实现了奇偶信道上不等带宽输出,分别用于10和40Gb/s传输,信道间隔为0.8nm,信道隔离度大于25dB。与其它不等带宽梳状滤波器相比,该器件基于MZI型梳状滤波器,且在实际制作时可以对每个耦合器的分光比进行准确监测和控制,大大降低了制作困难。实验所得结果与理论分析相吻合。

摘要:开环光纤陀螺(FOG)常使用压电陶瓷(PZT)实现非互易性相位偏置,但相位调制中的非线性会造成工作点不稳定和Sagnac相位解调误差。本文对PZT二倍频调制和相位延迟导致的寄生调制信号进行了理论分析,进而提出在小角度Sagnac相移输入时利用二、四次谐波监控工作点,在Sagnac相移逐渐变大时利用一、三次谐波监控工作点;同时对比了相位延迟角为0°和90°所引起的工作点不稳定,采用较大相位延迟角可将工作点绝对误差降低到10-5水平,相位解调误差降低到10-5rad水平。

摘要:通过仿真研究了10和40Gb/s RZ-DPSK电预失真(EPD)系统中的自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)等非线性效应。EPD系统中的非线性效应比光色散补偿(ODC)中的大,但在不同比特率下非线性效应不同。对800km标准单模光纤(SSMF)传输的仿真的结果表明:单信道传输时受到SPM影响,比特率为10Gb/s的EPD系统的非线性阈值比ODC系统的小6dBm以上,而当比特率为40Gb/s时的EPD系统非线性阈值只比ODC系统小2dBm。波分复用(WDM)系统中受到SPM和XPM的影响,比特率为10Gb/s的EPD系统的非线性阈值比ODC系统的小6dBm,而比特率为40Gb/s时的EPD系统非线性阈值比ODC系统的小2dBm。研究结果表明,当比特率升高时,EPD系统的非线性效应减弱。

摘要:分析了基于低功耗自适应分簇(LEACH)路由协议的无线传感网络(WSN)在不同拓扑形状下的生命周期,并改进了长方形拓扑形状的路由协议。进而针对WSN在某些场合能量有限、易受干扰和安全性差等缺点,在长方形区域中引入分布式光纤传感结构。将传感光纤铺设在环境复杂和外界电磁波干扰大的监测区域,从而提高整个传感网络的生命周期和可靠性。理论分析和仿真结果表明,改进的拓扑和协议在提高可靠性的同时,有效地延长了光WSN的生存时间,性能优于传统LEACH协议。

摘要:为改善聚酰亚胺(PI)衬底Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜的附着性,提出在NaF沉积前预先在Mo层上蒸发沉积100nm厚的In-Ga-Se(IGS)薄膜的新掺Na工艺。结果表明:这种IGS-NaF-CIGS式新工艺可显著改善CIGS薄膜的附着,而且CIGS薄膜材料和器件特性没有显著退化;新工艺促进了NaInSe2的生成,减少了In-Se二元相的残余,但也造成薄膜电阻率的升高和电池填充因子的下降,进而导致制备的PI衬底CIGS电池的转换效率由9.8%降至9.0%。综合考虑附着性的改善和器件效率的轻微下降,新工艺利大于弊,有很好的应用前景。

摘要:研究了一种表面增强拉曼散射(SERS)活性Ag基底的制备新方法。通过电化学方法和液相生长方法相结合在金属Al表面制备SERS活性Ag膜。用扫描电子显微镜(SEM)表征Ag膜的表面形貌,以结晶紫(C25 H30N3Cl·H2O)为拉曼探针分子,研究了基底的SERS增强效果。研究表明:结晶紫分子吸附在Ag膜表面的SERS强度随电沉积时间的增加呈现先增强后减弱的趋势;进一步的Ag增强剂和引发剂的混合溶液对电沉积Ag膜的浸泡处理可以调节基底Ag膜的结构形态,增强电沉积基底Ag膜的SERS活性。

摘要:利用激光熔覆制备WC增强涂层,通过光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)和EDS对试样观察和分析,并依据颗粒相分布均匀性,获得推荐优化工艺参数是送粉量为7.8g/min、扫描速度为4mm/s、激光功率为2.0kW和离焦量为50mm。在此基础上,应用M-200摩擦磨损试验机考察了WC/Ni60涂层在40% NaOH强碱溶液作用下的摩擦磨损行为,结果表明,涂层的摩擦磨损机制随工况的变化而变化,钝化膜的生成和溶解成为一个动态过程,且所制备的涂层在中速中载时较干摩擦能够显著降低摩擦因数和磨损量。

摘要:基于对实验桥墩应变点分布的有限元法分析,设计了相适应的光纤Bragg光栅(FBG)传感网络。传感网络根据土层结构分10层布置,每层包括8个FBG应变传感器和1个温度补偿器。对桥墩进行自平衡静载荷实验,分12次完成,每次加载2350kN并持续2h,FBG传感网络实时监测不同载荷下桥墩桩结构的应变分布。监测结果表明:与传统的载荷-位移(Q-S)曲线方法相比,FBG传感网络在桥墩承载实验中能全程反映整体桩结构的变化,实现对桥梁的健康安全检测。

摘要:采用图像处理技术,提出了一种基于核主成分分析(KPCA)与支持向量机(SVM)的鱼年龄自动识别新方法。首先通过KPCA提取鱼的耳石图像的主元,然后用SVM对鱼的年龄进行学习、识别和预测。实验表明,该方法取得了较好的效果。 更多还原

摘要:针对传统心脏图像分析方法将运动分析和材料分析作为两个独立过程带来的弊端,本文基于心脏连续生物力学模型,利用有限元方法和扩展卡尔曼滤波器(EKF),将运动分析和材料分析作为一个问题来解决,取得了较好的结果。仿真实验验证了本文方法的有效性,给出了利用真实病人心脏图像实现三维运动和材料信息的同时重建的结果。 更多还原

摘要:利用数值模拟方法,研究了单光子共振及完全非共振情况下相对载波包络相位(RCEP)φ对在Ξ型三能级原子介质中传播的双色超短脉冲波形及频谱特性的影响。结果表明:在单光子共振情况中,RCEP对双色脉冲的传播形式及频谱特性有显著的控制作用。RCEP的大小可以决定脉冲振幅大小、传播速度快慢、脉冲分裂与否及子脉冲数目多少。当φ=π时,在传播过程中,脉冲不再发生分裂,而且脉冲的形状和强度基本保持不变。在完全非共振条件下,脉冲分裂不再发生,比单光子共振情况的频率范围大得多的超连续谱可以被得到。虽然RCEP对脉冲形式和频谱特性的影响不如单光子共振时那样强烈,但改变值φ仍可以使频谱范围及不同频率的强度分布有明显的改变。当φ=0时,可得到频谱更宽、连续性更好、高频分量强度更大的超连续谱。 更多还原