摘要:基于法布里-珀罗(F-P)干涉原理,设计制作了具有核磁共振成像(MRI)兼容能力的光纤非本征F-P干涉仪(EFPI)结构的触觉传感器。在整个光纤触觉传感系统中,利用螺旋微控装置对传感器施加力,通过光谱分析(OSA)测量干涉光谱,利用交叉相关解调技术解调出传感器腔长,同时由FS20系列力传感器进行标定。对传感器的性能指标进行了分析,本文传感器的测量范围为0～3N,测量分辨率为0.02nm,多次测量结果显示和理论的吻合度较高。

摘要:针对全光海底地震检波器技术的特殊应用需求,设计了一种基于双金属矩形膜片的缠绕式光纤加速度传感器。利用弹性力学理论对光纤加速度传感器的加速度灵敏度和一阶共振频率的特性进行了分析,制作了光纤加速度传感器样品并对其性能进行了测试。结果表明,本文加速度传感器的灵敏度为45dB re∶0dB=1rad/g,一阶共振频率在820Hz左右,与理论分析值很好吻合。在10～400Hz工作带宽中,交叉去敏度约为30dB。测试系统中,使用的相位生成载波(PGC)解调算法的最小相位检测精度为10-5 rad/Hz1/2,因此理论能探测的最小加速度信号为56ng/Hz1/2。由于采用全金属结构,本文类型光纤加速度传感器能够更好地满足海底永久布放检波器的特殊要求。

摘要:利用长周期光纤光栅(LPFG)和保偏光纤(PMF)Sagnac环透射光谱的调制特性,设计了温度和折射率同时区分测量系统。通过监测LPFG嵌入Sagnac环的透射谱中谐振峰波长和强度的变化,测定了波长和强度对温度和折射率的灵敏度系数,构建了传感系数矩阵。实验发现,谐振峰波长随温度变化,谐振峰强度随折射率变化,实现了温度与折射率的区分测量。实验测得该系统的温度灵敏度0.1 286nm/℃,折射率灵敏度为49.38dB/RIU。实验结果验证了方案的正确性,且实验系统搭建简便,体积小,成本低,具有一定的应用前景。

摘要:提出一种集成了激光扫描共聚焦显微术和荧光寿命测量技术的共聚焦荧光寿命显微系统,用于观察生物细胞等样品微观结构以及对环境条件信息成像。通过配合使用空心角锥棱镜和平面反射镜简化光路调整,成功搭建系统。实验结果显示,系统的空间分辨率能达到约180nm,荧光寿命时间分辨率达到约20ps。本文系统能为生物细胞学、材料学等学科研究提供直观途径。

摘要:为解决已有转速测量方法动态范围受限,需附加测量元件影响转动与测量精度等问题,本文提出了一种基于线阵CCD的转速传感器。利用固定于转轴上的特殊设计条纹的反射,将转动变换成平动,利用CCD在微位移检测方面的优势,再结合高灵敏度的PIN管作为位置标志,同时实现了在低速和高速范围内的非接触、实时性测量。转速测量实验表明,本文传感器在0～8 000r/min内,分辨率可达0.86r/min,平均相对误差为0.59%,线性度为1.6%。

摘要:提出了一种新的超宽带(UWB)脉冲产生的方法,并对其产生的数学原理进行了分析和实验验证。经过高斯信号调制的偏振控制器(PC)可以产生两个相位互补的相位调制信号,先通过PC调节两个正交的相位调制信号的静态相移,再经过偏振分束器(DBS)检偏后可以得到两路相位互补的高斯信号或二阶高斯信号,最后将这两路信号延时然后再经过偏振合路器(PBC)就可以分别得到一阶或三阶高斯信号。由于这3种脉冲的产生方式不同,频带宽度不同,在光纤中传输时对色散的容忍度也不一样,因此仿真分析了色散对这3种UWB信号传输特性的影响,得出了三阶高斯信号最适合UWB传输。

摘要:基于光谱幅度码(SAC)标记的生成原理,利用扫频相干探测技术,搭建对156Mbit/s SAC标记进行识别的SAC标记交换系统。加载40Gb/s强度调制(IM)净荷信息后,分别对背靠背、40km和80km传输距离下,本振光源(LO)线宽、发射功率以及净荷与标记频率间隔对标记接收质量的影响进行仿真分析。同时分析接收光功率(ROP)、光信噪比(OSNR)、标记与净荷频率间隔对净荷误码(BER)特性的影响。结果表明:传输40 km、80 km后,标记接收眼高度(EH)与背靠背系统相比差别较小,且都能达到-0.6 dB左右;同时,传输80 km后,当净荷BER为10-9时,其ROP与OSNR分别为-17.8dBm和14.5dB。

摘要:为了研究微量Sn掺As2S8非晶态薄膜波导非饱和光阻断效应的内在机理,采用双棱镜耦合技术,对波导样品进行了实验研究,在实验观测数据,分析了薄膜材料内部的化学键结构,结合电子能带理论和轨道杂化理论,建立了非饱和光阻断效应的动力学模型,并对实验数据进行数值拟合,得到了描述非饱和光阻断效应性质的参数。数值分析与实验结果吻合,说明本文模型能解释实验现象,揭示实验本质。

摘要:用高温熔融法制备了Ho3+单掺和Ho3+/Yb3+共掺、组分为TeO2-ZnO-Na2O的碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt(JO)理论计算分析了玻璃的强度参数Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等各项光谱参数。通过测量上转换光谱,着重研究了Yb3+掺杂对于Ho3+上转换发光性能的影响,分析了Yb3+/Yb3+以及Yb3+/Ho3+间的能量传递过程。结果显示,975nm泵浦下Ho3+的上转换发光主要来自于Yb3+/Yb3+间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb3+/Ho3+间的能量传递过程,并计算得到了声子贡献比和能量传递微观参数。同时,计算分析了Ho3+:5 I7→5 I8能级跃迁的吸收截面、受激发射截面和增益系数。研究表明,Yb3+/Ho3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为上转换激光器和2.0μm波段固体激光器的潜在增益基质。

摘要:利用正硅酸乙酯水解后的无定型SiO2网络结构,合成了不同尺度的纳米ZnO。X射线衍射(XRD)谱显示,当正硅酸乙酯的量从0ml增加到5ml,ZnO的粒径从14.6nm减小到1.9nm;光致发光(PL)光谱显示,发射峰位从560nm蓝移到510nm,发射强度明显增强。利用紫外-可见(UV-VIS)吸收光谱、PL光谱以及能级结构分析,我们认为,纳米ZnO随尺度下降所产生的发光增强来源于无定形SiO2所抑制的ZnO表面非辐射跃迁过程以及二者之间的再吸收过程;此外,纳米ZnO尺度的下降,使得其表面的光生电子和晶格内部的O空位(Vo)之间的距离减小,提高了辐射跃迁的几率也是获得高荧光效率的可能原因。

摘要:基于硫醇-烯类材料具有固化凝胶点滞后的特点,本文将多种硫醇-烯类材料应用于紫外压印的连续浮雕结构微光学元件复制加工工艺中,用以降低固化收缩对于加工误差的影响。实验结果表明,虽然该材料的固化收缩达到13%,但加工结果的收缩误差优于2%。反应离子刻蚀实验表明,通过调节刻蚀气体含量,该材料可实现连续浮雕结构的等比例图形传递。研究结果表明,应用基于硫醇-烯材料的紫外压印工艺制作连续浮雕结构微光学元件是一种行之有效的方法。

摘要:采用射频(RF)磁控反应溅射法在Si基底上制备了氮化铝(AlN)薄膜,利用X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米力学测试系统研究靶基距对AlN薄膜取向性、微结构、形貌和力学性能的影响。结果表明,靶基距较大时,形成的AlN薄膜为非晶态,薄膜表面较疏松;随着靶基距的减少,AlN薄膜变为多晶态,且具有(100)择优取向;随着靶基距的进一步减少,薄膜结晶质量变好,晶粒变大,薄膜变得更致密,择优取向也由(100)逐渐向(002)转变;靶基距较小时,AlN压电薄膜与基底结合得更牢固,而压电薄膜与基底结合的紧密程度对多层膜声表面波(SAW)器件性能优劣的影响至关重要。

摘要:室温下,采用直流磁控溅射法,在玻璃衬底上制备出Nb掺杂ZnO(NZO,ZnO:Nb)透明导电薄膜。研究了靶与衬底之间的距离对NZO薄膜结构、形貌、光学及电学性能的影响。实验结果表明,不同靶基距下制备的NZO薄膜均为c轴择优取向生长,(002)衍射峰的强度随着靶基距的减小而增大。靶基距增大时,薄膜表面逐步趋向平整光滑、均匀致密,薄膜的厚度逐渐减小。在靶基距为60mm时,制备的薄膜厚为355.4nm,电阻率具有最小值(6.04×10-4Ω.cm),在可见光区的平均透过率达到92.5%,其光学带隙为3.39eV。

摘要:针对传统白光扫描干涉术在对一些垂直尺度较大器件的测试中,存在测量时间长、信号利用率低等问题,本文提出了应用于白光扫描干涉测量的变速扫描策略,并开发了基于预定义模式的变速扫描和基于自动对焦模式的变速扫描两种具体的实现方式。本文方法能够控制测量系统仅在有干涉条纹存在的空间区域采集图像,而在其它区域加速运行,从而提高了测试效率。测量过程中,通过编写的测量软件控制纳米测量机(NMM),并利用NMM的高精度定位能力实现变速扫描。实验测试了一个100μm台阶结构,相对传统固定步长扫描法,变速扫描在保持高精度的基础上提高了测量效率。

摘要:提出了基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量方法。由计算机产生相移步长为π/2的4幅正弦条纹图像,利用液晶投影仪投影到被测物体表面,由CCD相机同步采集获得含有形貌信息的畸变条纹图并保存在计算机中,通过四步相移算法获得条纹相位信息。对于表面形貌不连续的物体,通过4幅畸变条纹图灰度算术和运算并进行二值化处理定位阴影或暗背景,利用二值图像修正解调的相位从而得到正确相位。实验结果验证了本方法的有效性。

摘要:为了实现混凝土结构的耐久性健康监测,提出基于长周期光纤光栅(LPFG)折射率特性,将LPFG预埋入混凝土结构中,通过对LPFG的波长解调,实现钢筋锈蚀监测。钢筋发生锈蚀后,钢筋钝化层表面附近Cl-浓度的改变将影响钢筋周围混凝土的折射率,对LPFG进行波长解调并进行温度补偿,获知环境折射率变化进而判断钢筋的锈蚀程度。实验结果表明,钢筋锈蚀率达到12.6%时,对应的锈水折射率1.353 6仍小于LPFG可监测到的折射率范围,并实验获得了LPFG谐振波长漂移量与钢筋锈蚀率之间的对应关系。本方法无需化学试剂,全光纤化,能够准确地实现混凝土结构中钢筋锈蚀的早期至中期监测。

摘要:为解决因驾驶室光照不均引起的图像质量下降问题,提出一种新的基于Retinex的驾驶员视频图像增强算法。首先将图像从RGB空间转换到YCbCr空间,保持Cb和Cr分量不变,对Y分量进行高、低频分解,低频分量部分包含图像全部光照信息;利用多尺度Retinex(MSR)算法对低频部分进行光照补偿,然后对Y分量进行拉普拉斯锐化和高斯平滑滤波,增强图像细节和消除噪声干扰;最后将处理后的Y分量与原来的Cb、Cr分量进行逆变换生成新图像。实验表明,与传统算法相比,本文算法能对驾驶员视频图像起到增强效果,同时也能很好地增强图像细节信息,有利于系统对驾驶员状态进行疲劳检测。

摘要:数字粒子图像测速(DPIV)研究中,应用最为广泛的缩短两幅粒子图像之间时间间隔的方法是跨帧技术,这一技术的发展会受到高速相机技术的限制。本文提出了一种新的缩短两幅粒子图像之间时间间隔的多波长激光脉冲照明与多光谱成像技术,利用多个不同波长的脉冲激光照明流场中的同一区域,由多波长成像系统采集不同波长照明下的流场中的粒子图像,不同波长的粒子图像之间的时间间隔只与光脉冲之间的时间间隔有关,不再受相机帧转移时间的限制。根据这一原理设计并搭建了一套双光谱数字粒子图像测速系统,将不同时刻粒子图像之间的时间间隔缩短至50ns。

摘要:提出了同时测定化学氧碘(O-I)激光器工作场所空气中氯气(Cl2)和碘蒸气(I2)浓度的方法。以Na2SO3溶液作为吸收液,两级吸收管串联法测定吸收液的吸收效率,采用大气采样器与多孔玻板吸收管同时采集空气中的Cl2和I2蒸气,离子色谱测量吸收液中Cl-和I-的浓度。当采样流量为1.0L/min,以10mL吸收液采集15L气体时,吸收液对Cl2和I2的吸收效率分别为99.4%±0.3%和99.7%±0.1%,对应检出限分别为0.019mg/m3和0.030mg/m3;P=0.95时的扩展相对不确定度分别为8.2%和6.3%。化学O-I激光器工作场所5个监测点中,Cl2的最高浓度为0.200mg/m3,I2的浓度低于本方法检出限,Cl2和I2的浓度均低于工作场所空气中的最高容许浓度值(1mg/m3),为评估Cl2和I2对作业人员健康的影响提供了重要依据。本方法操作简便,检测快速,干扰少,可用于环境空气与工作场所空气中Cl2和I2浓度的同时测定。

摘要:为了解决单样本掌纹识别的困难,研究了基于最近相关性分类器(NCC)的单样本掌纹识别方法。首先对掌纹图像进行分块,划分为若干个子图像;然后运用统计特征、傅里叶变换、离散余弦变换(DCT)和Gabor变换4种方法对子图像进行特征提取,将所有子图像的特征向量组合在一起形成该图像的特征向量;最后应用NCC进行分类识别。运用PolyU掌纹图像库,对本文算法进行测试。实验结果表明:与最近邻分类器(NNC)和支持向量机(SVM)相比,在不同大小的子图像上,运用不同的特征提取算法,NCC均提高了识别率;分类时间在0.3～0.7s之间,满足实时系统的需求。

摘要:针对局部方向模式(LDP)采样不充分和对噪声敏感的缺点,提出了一种改进的LDP(ILDP)人脸描述方法,利用局部井型邻域的梯度信息描述人脸特征。首先,将中心像素的井型邻域根据采样半径分成两个3×3的子邻域,每个子邻域包含按照原来相对位置排列的8个像素;然后,将两个子邻域与Kirsch模板卷积分别得到两组边缘梯度值,ILDP仅使用两组梯度值中各自最大值的方向编码成一个二位八进制数,产生ILDP码;最后,在人脸描述阶段将人脸图像进行分块并把每块转换成ILDP图,再对ILDP图进行直方图统计,将所有子块的直方图连接生成人脸特征。实验结果表明,ILDP比其它同类基于局部纹理特征的单一人脸描述器在对抗随机噪声方面更具鲁棒性。

摘要:提出一种基于稳定兴趣点空间分布的图像检索方法。首先使用基于优化梯度滤波(ODF)的兴趣点检测器,结合尺度归一化的方法,检测图像中的稳定兴趣点;再利用稳定兴趣点的空间分布,对图像进行环形和凸包区域划分;最后利用凸包颜色直方图和环形区域兴趣点邻域内伪泽尼克矩的加权特征向量,对图像进行特征描述。实验表明,本方法实现简单,对图像旋转、平移具有鲁棒性;与其他基于兴趣点的检索方法相比,降低了不稳定兴趣点的影响,平均检索速度较快且平均检索准确率提高了7.0～10.9%,可以更准确地查找到用户所需图像。

摘要:针对由于高光谱图像光谱和空间分布的复杂性导致核RX算法检测性能不高这一问题,提出了基于四阶累积量的波段子集非线性异常检测算法。首先先依据各相邻波段间的相关系数,将原始图像数据划分为多组波段子集;然后,利用主成分分析(PCA)构造的正交子空间对各波段子集进行背景抑制,得到图像误差数据;在此基础上,再次利用PCA提取各波段子集的特征信息,使异常目标信息集中于前面几个波段;最后,提取各子集主成分中含有最大四阶累积量值的波段,构成最优波段子集,并与核RX算法结合进行异常检测。利用真实的AVIRIS高光谱图像对算法进行仿真,结果表明,本文算法检测精度高,虚警率低,性能明显优于核RX算法。

摘要:针对景象匹配/惯性组合导航系统对景象匹配算法精确性、实时性和鲁棒性的要求,提出惯性组合导航用基于二进制鲁棒不变尺度关键点(BRISK)特征描述符的高精度快速景象匹配算法。首先,结合惯性导航的误差特性设置BRISK特征检测子及描述子参数,提取参考图和实测图的BRISK特征和描述符;然后,根据最近邻汉明距离准则获取匹配的BRISK特征点对;最后,利用RANSAC方法和最小二乘算法(LSA),求得位置和航向参数。实验结果表明,本算法具备亚pixel级精度、ms级实时性以及优越的抗噪声、抗光照变化和抗旋转尺度变换能力。

摘要:针对红外成像末导引阶段飞行器姿态调整及高速运动导致的目标尺度和姿态迅速变化的问题,提出了一种基于加速鲁棒特征(SURF)的红外成像目标跟踪算法。为了实现在末导引阶段对目标进行精确跟踪,采取了点跟踪的策略。首先根据跟踪点在上一帧的位置,在当前帧选取以相同位置为中心的图像子块并求其SURF特征,通过SURF特征匹配得到当前帧图像子块和模板的匹配点集,采用随机抽样一致性(RANSAC)算法剔除误匹配点对,进一步用最小二乘算法(LSA)精确地估计出对应的单应性矩阵;然后通过单应性矩阵把跟踪点映射到当前帧获取跟踪点在当前帧的位置,从而实现精确跟踪。试验结果表明,本文算法有较高的跟踪精度和较好的实时性。

摘要:观看舒适度是评价自由立体显示器性能的重要指标。立体图像的视差和空间频率影响人眼的感知深度,从而对观看舒适度有重要作用。本文采用3DS MAX三维建模软件和Photoshop图像处理软件得到不同视差和空间频率的立体图像,通过观看舒适度的客观度量结合主观评价确定视差及空间频率与观看舒适度的关系,得出观看舒适度较高时的视差范围和与之相对应的空间频率范围。实验表明,立体图像低空间频率所致的模糊可以增加观看舒适度。

摘要:在深入分析典型图割算法的基础上,提出了一种基于粗精交互融合和迭代图割的舰船可见光图像分割方法,主要包括矩形包围盒式的粗交互、基于高斯混合模型的迭代图割、多边形编辑式的精交互和窄带区域内的图割优化。仿真结果表明,本文方法基本达到了预期目标,交互少、分割效果好,可满足后续特征提取和目标识别的需求。

摘要:基于光束在各向异性介质中的傍轴矢量传输理论,对环状平顶光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输作了研究,导出了偏振场的慢变振幅表达式,并通过数值计算分析了光束的传输特性。结果表明,环状平顶光束在单轴晶体中垂直于光轴传输时,晶体的各向异性对其光强分布有较大影响,在正单轴晶体远场处ne/no值越大,光强越小,光束在xy平面内扩散越小;在负单轴晶体中传输性质则相反;随传输距离z的增加,中心光强逐渐加强,光强分布不再保持原来暗中空分布的特性。

摘要:利用日本岛津RF-5301PC荧光分光光度计,对枸杞子粉末中的维生素B2(VB2)直接进行荧光光谱检测,采集的光谱范围在530～650nm波段。采用MATLAB数值微分和高斯函数拟合方法,得到在激发波长为480nm、峰值波长为563nm时的荧光光谱信息;通过数值积分和线性拟合,得到荧光强度沿波长的积分与VB2含量呈良好的线性关系,其相关系数为0.998 43。实验测定枸杞粉末VB2含量为1.28±0.17μg/g,并阐释了枸杞子粉末荧光光谱红移的原因。研究表明:这种固体粉末荧光光谱检测方法具有快速、直接、简单和环保等优点,对药品成份检测、食品安全监测等领域的应用具有重要的参考价值。

摘要:基于单个反射式光电探头,在桡动脉位置测量了脉搏波。利用ATmega16单片机进行660nm和940nm的双波长LED发光控制和数据采集与分析。通过对脉搏波极值的读取实现血氧饱和度和心率的测量;其次,利用时间抽取基2快速傅里叶变换(FFT)对获取的桡动脉信号进行傅里叶变换,实现呼吸频率的测量。测量了10名志愿者的生理参数,并对利用本文设计的系统的测量结果和临床方法记录的结果进行数据的相关性分析,得到血氧饱和度、心率和呼吸频率的相关系数分别为r=0.985、r=0.982和r=0.933。通过相关性分析可以看出,可以利用本文系统进行无创、长时间和多参数的测量。