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大视场相机最优投影模型识别及星光标定方法
1
作者 刘其林 董明利 +2 位作者 孙鹏 燕必希 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期158-169,共12页
针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法。首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型。随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法。通过... 针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法。首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型。随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法。通过将光束平差算法与北方苍鹰寻优策略相结合,对投影模型调节系数、相机内方位参数、相机外方位参数及镜头畸变系数同步优化,直到星点像面重投影均方根误差达到全局最小,得到最优投影模型及其参数。实测实验表明,大视场角相机星光标定后,星点像面坐标的重投影均方根误差为1/9 pixel。在连续帧星光标定实验中,通过卡尔曼滤波算法对相机参数随机误差进行了有效消除。该方法可在相机星光标定过程中识别最优投影模型并标定全部成像参数,具备连续帧标定及参数校准能力。 展开更多
关键词 在轨摄影测量 大视场角相机 最优投影模型识别 星光标定方法
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具有自标定功能的光纤光栅位移传感器
2
作者 倪岳 辛璟焘 +2 位作者 宋言明 吕峥 祝连庆 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期148-153,共6页
为了解决光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)位移传感器易受温度、振动等外界因素影响而导致测量重复性差的问题,本文利用磁铁非接触的力传递特性,以光纤光栅为核心元件,工字型梁、永磁体等为辅助元件研究了一种无接触的FBG位移自校准... 为了解决光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)位移传感器易受温度、振动等外界因素影响而导致测量重复性差的问题,本文利用磁铁非接触的力传递特性,以光纤光栅为核心元件,工字型梁、永磁体等为辅助元件研究了一种无接触的FBG位移自校准装置。利用移动端磁铁与位置标定端磁铁位置重合时,工字型梁所受磁力最大,进行位置信息的自校准,进而提高FBG位移传感器的测量重复性和测量精度。通过将自校准装置安装在卷尺结构的位移传感器上,对其传感特性展开实验研究,结果表明:在0~360 mm的测量范围内,校准前平均均方根误差为5.838 mm,校准后平均均方根误差为0.953 mm。本文采用自校准装置在很大程度上提高了FBG位移传感器的测量重复性,为位移传感器的环境适应性优化提供了一种新方法。 展开更多
关键词 光纤布拉格光栅 光纤传感 位移传感器 自校准
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特种芯光纤光镊技术研究进展
3
作者 李红 朱应鑫 +3 位作者 周雅妮 王海波 董明利 祝连庆 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1293-1304,共12页
光纤光镊具有结构简单、操作灵活、尺寸小的特点,在生化分析、生命科学等领域有广泛应用。特殊纤芯结构的光纤探针在近场倏逝波光阱力、纤芯光束耦合传输、微流控技术交叉协同应用等方面具有天然优势,能实现细胞、亚细胞级微粒收集、输... 光纤光镊具有结构简单、操作灵活、尺寸小的特点,在生化分析、生命科学等领域有广泛应用。特殊纤芯结构的光纤探针在近场倏逝波光阱力、纤芯光束耦合传输、微流控技术交叉协同应用等方面具有天然优势,能实现细胞、亚细胞级微粒收集、输运等功能,可以显著提升微粒的三维捕获能力以及动态操纵水平。本文综述了不同纤芯结构光纤光镊的结构特点与应用技术研究进展,对特种芯光纤光镊系统中探针制备、激光光源、耦合方式等关键技术进行了梳理和对比,总结与展望了不同结构特种芯光纤在光纤光镊中的作用与发展。 展开更多
关键词 光纤光镊 特种光纤 微粒操纵 微流控
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基于4f光学系统的周期性结构微小形变检测
4
作者 张帆 樊文强 +1 位作者 朱疆 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期16-24,共9页
为了快速、直观地检测出周期性结构的微小偏移,提出了基于4f光学系统的周期性结构微小偏移检测方法。首先使用VirtualLab Fusion光学仿真软件进行理论研究,建立预设偏移的周期性微结构模型,构造了光学传递函数,利用4f空间滤波方法,获得... 为了快速、直观地检测出周期性结构的微小偏移,提出了基于4f光学系统的周期性结构微小偏移检测方法。首先使用VirtualLab Fusion光学仿真软件进行理论研究,建立预设偏移的周期性微结构模型,构造了光学传递函数,利用4f空间滤波方法,获得与周期性微结构对应的像面幅值图。经分析得出在透明基底的周期性结构中,不论尺寸大小,若偏移量在相邻特征尺寸间距的80%范围内,经拟合后幅值变化与微结构偏移量呈线性关系,且幅值变化位置与微结构偏移位置一致。依据仿真的光学系统参数搭建了实验系统,实验结果与仿真一致,并且该套系统可以实现3.4 mm×2.6 mm的测量视场,分辨率能达5μm,能够实时快速地对周期性结构材料进行位移或缺陷检测。 展开更多
关键词 位移检测 4f光学系统 光强分布 VirtualLab Fusion
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穿刺手术柔性针路径规划技术现状和展望
5
作者 张帆 何彦霖 +2 位作者 周康鹏 祝航威 祝连庆 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期1-13,共13页
微创穿刺手术由于具有创伤小、恢复快等优势,近年来在临床上得到广泛应用,主要用来进行组织活检、局部消融和局部麻醉等操作。目前穿刺手术使用的手术器械是斜尖柔性针,相比较于刚性针,前者可以避开重要的器官和组织,对患者的损伤较小... 微创穿刺手术由于具有创伤小、恢复快等优势,近年来在临床上得到广泛应用,主要用来进行组织活检、局部消融和局部麻醉等操作。目前穿刺手术使用的手术器械是斜尖柔性针,相比较于刚性针,前者可以避开重要的器官和组织,对患者的损伤较小。在手术过程中,有效的路径规划算法可以辅助医生提高手术的安全性和准确性,现有的术中路径规划算法的误差在毫米量级,限制了其在临床手术中的应用,亟待探讨解决方法。为此,梳理了穿刺手术中柔性针的路径规划研究进展,分析了影响路径规划的因素,对穿刺针的路径规划算法进行了详细的介绍,指出了当前需要解决的关键问题,最后从最优路径选择、参数反馈以及术中实时路径规划方法等不同方面出发探讨了柔性针手术穿刺针路径规划的未来发展方向。 展开更多
关键词 穿刺手术 柔性针 路径规划算法 术中规划
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基于结构相似约束生成对抗网络的视网膜OCT图像去噪算法 被引量：1
6
作者 谢巧雪 马宗庆 +1 位作者 祝连庆 朱疆 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期11-20,共10页
光学相干断层扫描(OCT)图像中存在的散斑噪声会掩盖视网膜重要的形态学细节,妨碍视网膜病变的观察和临床诊断。提出了一种基于结构相似约束生成对抗网络的视网膜OCT图像去噪算法,基于残差策略改进生成对抗网络模型结构,并融合结构相似... 光学相干断层扫描(OCT)图像中存在的散斑噪声会掩盖视网膜重要的形态学细节,妨碍视网膜病变的观察和临床诊断。提出了一种基于结构相似约束生成对抗网络的视网膜OCT图像去噪算法,基于残差策略改进生成对抗网络模型结构,并融合结构相似性损失约束模型优化,实现散斑噪声抑制,同时增强对视网膜结构细节的保留。在杜克大学发布的SD-OCT公开数据集上的实验表明,所提算法的峰值信噪比和边缘保持指数分别为28.08和0.960,优于所对比的其他去噪方法,且适用于其他来自A2A SD-OCT研究的公开数据集。 展开更多
关键词 光学相干断层成像 视网膜 图像去噪 生成对抗网络 结构相似损失
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单目视觉空间移动靶位姿测量方法研究
7
作者 刘其林 董明利 +2 位作者 孙鹏 燕必希 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期196-204,共9页
为向室内定位技术定位精度及抗干扰能力提供高精度数据对比标准,提出单目视觉空间移动靶位姿测量方法。结合机器视觉投影矩阵求解与摄影测量后方交会技术,实现任意靶位姿下的相机外参数求解。首先,通过世界坐标系下地面控制点坐标及其... 为向室内定位技术定位精度及抗干扰能力提供高精度数据对比标准,提出单目视觉空间移动靶位姿测量方法。结合机器视觉投影矩阵求解与摄影测量后方交会技术,实现任意靶位姿下的相机外参数求解。首先,通过世界坐标系下地面控制点坐标及其像面坐标,计算真实相机站位;随后,根据靶点初始世界坐标及其实时像面坐标,求解虚拟相机站位;最后,根据虚拟及真实相机站位外参数,将靶点初始世界坐标变换至靶点实时世界坐标。实验结果表明,在10 m×4.5 m×3.8 m测量空间中,靶位移距离测量误差X方向均方根误差(RMSE)为0.3583 mm,Y方向RMSE为0.3509 mm,Z方向RMSE为1.4752 mm。靶姿态角φ测量RMSE为0.0940°,ω测量RMSE为0.0893°,κ测量RMSE为0.0254°。满足大范围移动载体的高精度实时定位定姿需求。 展开更多
关键词 空间移动靶 单目视觉 虚拟相机站位 实时定位 实时定姿
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临近空间飞艇蒙皮三维形变多芯光纤重构技术
8
作者 李默涵 孟阔 +3 位作者 孙广开 周康鹏 何彦霖 祝连庆 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期324-331,共8页
为解决临近空间飞艇气囊形态实时监测问题,提出了基于温度自解耦多芯光纤传感器的气囊蒙皮三维形变重构方法。根据飞艇气囊三维形态特征,设计了多芯光纤传感器布局和布设方式。将多芯光纤传感结构与Frenet-Serret方程相结合,建立了具备... 为解决临近空间飞艇气囊形态实时监测问题,提出了基于温度自解耦多芯光纤传感器的气囊蒙皮三维形变重构方法。根据飞艇气囊三维形态特征,设计了多芯光纤传感器布局和布设方式。将多芯光纤传感结构与Frenet-Serret方程相结合,建立了具备温度自解耦功能的蒙皮三维形变重构算法。以飞艇气囊柔性复合蒙皮为试验对象,设计并集成建立了蒙皮三维形变多芯光纤重构试验系统。试验分析了温度变化环境下多芯光纤传感器三维形变重构精度以及不同弯曲度下蒙皮三维形变型面重构精度,验证了所提方法的有效性。研究结果表明:利用多芯光纤传感器和温度自解耦方法能够在大变温环境下准确重构气囊蒙皮形变,蒙皮三维型面重构误差平均值小于1.5%,所提方法在临近空间飞艇气囊形态实时监测领域具有应用前景。 展开更多
关键词 临近空间飞艇 气囊形态监测 柔性复合蒙皮 多芯光纤传感器 三维形变重构
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高轨遥感卫星光轴指向误差夹角测量系统标定方法研究
9
作者 李悦昕 祝连庆 +2 位作者 张旭 辛璟焘 庄炜 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期160-166,共7页
针对空间环境应用中航天器结构形变夹角测量系统因系统误差导致测量精度较低的问题,提出一种基于自准直对比系统的夹角测量系统标定方法。通过该方法对夹角测量仪进行标定后得到标定系数,并应用仿真数据对系数进行验证。验证结果表明,... 针对空间环境应用中航天器结构形变夹角测量系统因系统误差导致测量精度较低的问题,提出一种基于自准直对比系统的夹角测量系统标定方法。通过该方法对夹角测量仪进行标定后得到标定系数,并应用仿真数据对系数进行验证。验证结果表明,夹角测量系统量程可达到±25′,测量分辨率可达到0.1″。使用标定后的夹角测量系统进行角度检测,并将测量结果与自准直仪进行对比。结果表明,该标定方法简单方便精准度高,计算测量结果与标准值的差值的绝对值,夹角测量仪测量精度达到±0.2″,标定后夹角测量仪精度满足卫星使用要求,该方法的应用将为卫星在轨结构微形变研究提供技术支撑。 展开更多
关键词 夹角测量系统 角度标定 自准直法 航天器结构型变
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基于双金属结构的光纤光栅温度不敏感滤波器
10
作者 廖晶晶 祝连庆 +2 位作者 宋言明 辛璟焘 吕峥 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期314-321,共8页
为提高光纤陀螺宽谱光源的平均波长稳定性,提出了一种用60μm超短光纤光栅制作带宽11.77 nm温度不敏感滤波器的方法。利用金属材料的热膨胀系数差,设计了双金属温度补偿结构,能够随温度的升高/降低对光纤光栅压缩/拉伸,有效地补偿光纤... 为提高光纤陀螺宽谱光源的平均波长稳定性,提出了一种用60μm超短光纤光栅制作带宽11.77 nm温度不敏感滤波器的方法。利用金属材料的热膨胀系数差,设计了双金属温度补偿结构,能够随温度的升高/降低对光纤光栅压缩/拉伸,有效地补偿光纤光栅由热光效应引起的波长变化。在30~60℃的温度范围内,光纤光栅的温度灵敏度系数为0.15 pm/℃,较未补偿前降低了60倍以上。该结构具有较好的温度不敏感性,可作为光源滤波器提高光源的平均波长稳定性并有望用于高精度光纤陀螺。 展开更多
关键词 光纤陀螺光源 光纤光栅滤波器 双金属结构 温度补偿
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nBn结构InAs/GaSb超晶格中/长双波段探测器优化设计
11
作者 刘文婧 祝连庆 +6 位作者 张东亮 郑显通 杨懿琛 王文杰 柳渊 鹿利单 刘铭 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期73-85,共13页
双波段红外探测可对复杂的红外背景进行抑制,在军用目标识别、医疗诊断和污染监测等方面有重要应用价值。基于二类超晶格的双波段红外探测器在成本和性能方面具有很大的优势,成为新型红外探测器领域的研究热点。然而其暗电流和串扰会极... 双波段红外探测可对复杂的红外背景进行抑制,在军用目标识别、医疗诊断和污染监测等方面有重要应用价值。基于二类超晶格的双波段红外探测器在成本和性能方面具有很大的优势,成为新型红外探测器领域的研究热点。然而其暗电流和串扰会极大地影响双波段红外探测器的性能。因此,设计了nBn结构的InAs/GaSb超晶格中/长波双波段红外探测器,通过仿真比较不同结构的器件在不同偏压下的中波/长波通道的响应率和暗电流大小,分析势垒层厚度、吸收层厚度、不同区域的掺杂对暗电流和串扰的影响,从而得到最佳的模型参数达到减小暗电流和降低串扰的效果。仿真结果显示:nBn结构的中/长波双波段红外探测器在77 K下,中波通道的暗电流密度为4.5×10^(-5)A·cm^(-2),在0.3 V偏压下,2μm处的峰值量子效率为64%,探测率可以达到3.9×10^(11)cm·Hz^(1/2)·W^(-1);长波通道的暗电流密度为1.3×10^(-4)A·cm^(-2),在-0.3 V的偏压下,5.6μm处的峰值量子效率为48%,探测率可以达到4.1×10^(11)cm·Hz^(1/2)·W^(-1)。相关结论可为器件设计和加工提供参考。 展开更多
关键词 红外探测器 双波段 NBN INAS/GASB超晶格 暗电流
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基于激基复合物主体的高效TADF/磷光杂化白光有机发光二极管
12
作者 张渊博 柳渊 +3 位作者 李亚男 边浩冬 李佳睿 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期38-48,共11页
发光层中载流子的平衡以及拓宽的激子分布对于制备高性能白光有机发光二极管(WOLEDs)至关重要。采用蓝光热激活延迟荧光(TADF)分子DMAC-DPS、绿光磷光分子Ir(ppy)2(acac)和红光磷光分子RD071制备了基于激基复合物主体的TADF/磷光杂化WOL... 发光层中载流子的平衡以及拓宽的激子分布对于制备高性能白光有机发光二极管(WOLEDs)至关重要。采用蓝光热激活延迟荧光(TADF)分子DMAC-DPS、绿光磷光分子Ir(ppy)2(acac)和红光磷光分子RD071制备了基于激基复合物主体的TADF/磷光杂化WOLEDs。在发光层中引入TCTA:DPEPO激基复合物作为主体不仅平衡了电荷和空穴传输,拓宽了激子复合区,并构建蓝-绿-红发光层之间级联式激子能量传递,有效提升了激子利用率,降低了器件的效率滚降。通过调控发光层中载流子平衡及激子分布,白光器件的最大电流效率(CE)、功率效率(PE)和外量子效率(EQE)分别为37.1 cd·A^(−1)、36.4 lm·W^(−1)和17.5%,并且在1000 cd·m^(−2)亮度下依旧保持在26.6 cd·A^(−1)、18.2 lm·W^(−1)和12.3%,对应色坐标(CIE)和显色指数(CRI)分别为(0.451,0.428)和88。值得注意的是,在1000~5000 cd·m^(−2)亮度范围内,CIE变化仅为(0.006,0.004),表现出优异的色稳定性。同时,通过单极性主体和双极性主体的对比,阐明了双极性主体中载流子复合及激子能量传递机制。最终,通过器件传输层的优化进一步降低了器件的工作电压,提升了载流子平衡性,器件EQE及PE分别提升至19.3%和52.6 lm·W^(−1),并保持了高的显色指数(CRI=90)及良好的色稳定性。 展开更多
关键词 有机发光二极管 激基复合物主体 载流子传输 激子复合区 能量传递
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FBG-FP的应变与温度解耦方法研究
13
作者 钱昱名 张钰民 +3 位作者 孙亚丽 吴越 庄炜 祝连庆 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期424-430,共7页
光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的温度与应变交叉敏感问题在实际工程应用中至关重要。本文提出了一种采用级联FBG的法布里-珀罗(FBG-Fabry-Perot,FBG-FP)传感器进行温度与应变同时测量的方法。级联FBG阵列由氩离子紫外激光器基于相... 光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的温度与应变交叉敏感问题在实际工程应用中至关重要。本文提出了一种采用级联FBG的法布里-珀罗(FBG-Fabry-Perot,FBG-FP)传感器进行温度与应变同时测量的方法。级联FBG阵列由氩离子紫外激光器基于相位掩模板方法制作,其形成的FP干涉峰和光栅反射谱包络可以实现温度与应变的解耦。在不同的温度条件下,由FBG-FP反射谱包络10 dB带宽所对应中心波长值可得FBG-FP的温度灵敏度系数为9.5 pm/℃。分别在无应力、有应力且恒温条件下,通过解读FP干涉峰的波长变化得到该级联FBG-FP的温度和应变灵敏度系数分别为9.1 pm/℃和1.03 pm/με。实测的温度与应变值可由干涉峰波长、反射谱包络与温度、应变的函数关系求得。结果表明该FBG-FP可以实现温度与应变的同时测量。 展开更多
关键词 法布里-珀罗 应力 温度 级联布拉格光纤光栅 解耦
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用于毛细管回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器
14
作者 袁国庆 李红 +2 位作者 罗新建 鹿利单 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期245-252,共8页
面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦... 面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦合谐振的光谱特征。研磨制备耦合器件,搭建实验系统进行实验验证。实验采集到洛伦兹凹谷型耦合谐振谱,与理论仿真分析相一致。谐振谱1563.074 nm波长附近的自由光谱范围约为1.734 nm,Q值约为6.15×103。所提出的光纤楔形端面耦合器具有较好的器件鲁棒性,耦合谐振结构简单,易于器件集成和小型化。 展开更多
关键词 回音壁模式 毛细管 光纤耦合器 楔形端面
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多元等离子体共振纳米结构的飞秒激光加工与拉曼检测应用
15
作者 冯艳硕 梁密生 +3 位作者 卞晓蒙 任光辉 边洪录 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期115-123,共9页
以多元金属纳米薄膜(金、银)为基底,利用飞秒激光加工技术制备得到多元等离子体纳米结构,并研究了其局域表面等离子体共振效应(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)和表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)性能... 以多元金属纳米薄膜(金、银)为基底,利用飞秒激光加工技术制备得到多元等离子体纳米结构,并研究了其局域表面等离子体共振效应(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)和表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)性能。利用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)软件模拟了不同情况下(单层金膜、金银双层金属薄膜的平面以及阵列结构)的电场分布情况。根据仿真结果,相较于平面金属膜来说,飞秒激光制备的微纳结构阵列附近区域产生电磁场增强,集中在结构边缘处,且其强度变化与预期结果基本保持一致。此外,使用浓度为10-4 M和10-6 M的罗丹明(R6G)溶液进行SERS性能测试。测试的结果表明,单层平面金膜基本没有SERS峰值信号出现,而单层金膜上制备的等离子体纳米结构附近出现峰值信号,双层金属薄膜上制备的等离子体纳米结构展现出更高的SERS峰值信号。多元金属等离子体纳米结构展示出更强的局域表面等离子体共振效应,从而在表面增强拉曼散射、光催化、生物传感等领域具有广泛的应用。 展开更多
关键词 飞秒激光加工 多元等离子体纳米结构 局域表面等离子体共振 表面增强拉曼散射
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变构型飞行器柔性蒙皮形状光纤重构方法
16
作者 王元锋 祝连庆 +1 位作者 何彦霖 周康鹏 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第15期1873-1880,共8页
变构型飞行器在飞行过程的大尺度变形监测是航空航天领域的研究难点和热点,现有方法难以实现飞行器飞行过程中的高精度三维变形监测。针对这一问题,提出一种基于光纤传感的变构型飞行器柔性蒙皮形状光纤重构方法,以实现飞行器飞行过程... 变构型飞行器在飞行过程的大尺度变形监测是航空航天领域的研究难点和热点,现有方法难以实现飞行器飞行过程中的高精度三维变形监测。针对这一问题,提出一种基于光纤传感的变构型飞行器柔性蒙皮形状光纤重构方法,以实现飞行器飞行过程中的变形监测。基于光纤光栅应变传感原理,推导了光纤应变和曲率之间的关系,建立了光纤传感局部坐标系和全局坐标系之间的转换矩阵,实现了光纤测点坐标到全局坐标系的转换,根据空间曲线拟合方法研究了基于曲线拟合的三维变形重构算法。同时,为了减小光纤传感器的测量误差,对光纤传感器进行标定测试,获得了传感器的应变灵敏度。为了验证所提方法的有效性,对柔性蒙皮样件在不同曲率下的三维变形重构进行了实验测试。实验结果表明,柔性蒙皮样件在0~15.38 m-1曲率的变形范围内,形状重构方法的平均误差为3.5%,最小误差不足2.1%。所提方法在航空航天等领域具有较好的应用前景。 展开更多
关键词 多芯光纤光栅 三维变形 柔性蒙皮 飞行器 重构算法
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光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法
17
作者 于昌新 何彦霖 +2 位作者 祝连庆 周康鹏 祝航威 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期38-45,共8页
手术探针末端的接触力反馈是保障手术安全性的重要因素之一。本文针对穿刺手术探针末端三维力测量的需求,研究了基于核极限学习机(KELM)神经网络的光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法。首先,设计了可植入光纤传感器的手术探针结构,... 手术探针末端的接触力反馈是保障手术安全性的重要因素之一。本文针对穿刺手术探针末端三维力测量的需求,研究了基于核极限学习机(KELM)神经网络的光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法。首先,设计了可植入光纤传感器的手术探针结构,将4根光纤布拉格光栅(FBG)传感器植入探针中,其中3根FBG用于力测量,1根FBG用于温度补偿。接着通过分析探针应力和应变之间的关系,建立了基于FBG的探针三维力传感模型。同时为了消除温度变化对光纤传感器的交叉影响,研究了光纤传感温度补偿方法。最后,为了验证本文所研究测量方法的有效性,对植入光纤光栅的探针进行了温度标定,并分别在常温和变温环境下进行了三维力测量。实验结果表明:KELM网络测量结果在常温环境下X、Y、Z方向上平均测量误差为0.22%、0.99%、0.65%;在20℃~40℃的变温环境下,X、Y、Z方向上平均测量误差分别为1.32%、1.03%、2%,本文所研究的KELM神经网络末端三维力测量方法具有较小的测量误差,在手术机器人力反馈领域有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 手术探针 光纤光栅 核极限学习机 温度补偿 三维力测量
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不同环境氛围高温再生光纤光栅温度特性研究
18
作者 孙亚丽 田婧 +3 位作者 张钰民 姚霁峰 吕峥 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期270-277,共8页
环境氛围对再生光纤光栅的温度特性有直接影响,文中将不同的环境氛围引入高温再生光纤光栅的制作过程,分析了850℃高温退火温度下光栅中心波长随时间的演化规律,获取了种子光栅擦除与再生光栅的生长特点。以紫外激光刻写的光纤光栅作为... 环境氛围对再生光纤光栅的温度特性有直接影响,文中将不同的环境氛围引入高温再生光纤光栅的制作过程,分析了850℃高温退火温度下光栅中心波长随时间的演化规律,获取了种子光栅擦除与再生光栅的生长特点。以紫外激光刻写的光纤光栅作为种子光栅,光纤涂覆层为聚酰亚胺,对比分析空气和氮气作为环境氛围的再生光纤光栅的性能。两种再生光纤光栅的反射率相差不大,然而在350~750℃升降温循环下,氮气环境氛围下的再生光纤光栅具有较好的温度稳定性,在700℃时其测温精度可达±2.9℃。氮气环境氛围条件下制备的再生光纤光栅有助于提升其稳定性及测量精度,在高温测量领域具有潜在的应用前景。 展开更多
关键词 再生光纤光栅 环境氛围 高温退火 稳定性 重复性
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大功率量子级联激光器的光学与热学协同优化设计
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作者 杨若珂 张东亮 +5 位作者 郑显通 田旺 柳渊 鹿利单 祝连庆 王伟平 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1350-1359,共10页
针对大功率量子级联激光器存在热积累严重的问题,本文基于MBE与MOCVD结合的二次外延生长InP基量子级联激光器结构的工艺方法,设计优化中波单管4W连续光输出的大功率量子级联激光器光学与散热性能。通过COMSOL软件对器件结构进行建模,设... 针对大功率量子级联激光器存在热积累严重的问题,本文基于MBE与MOCVD结合的二次外延生长InP基量子级联激光器结构的工艺方法,设计优化中波单管4W连续光输出的大功率量子级联激光器光学与散热性能。通过COMSOL软件对器件结构进行建模,设计器件光学和热学结构模型,分析不同结构参数对器件性能的影响,得到最优结构参数:在In053Ga047As层厚度为50nm,波导下包层InP为1μm,上包层InP为2μm,封装金层厚度为3μm时,器件光学和热学综合性能最优,其中波导光限制因子为074,核心区温度为378 K。本文研究相关结论可为后续大功率中波量子级联激光器结构与工艺设计提供指导。 展开更多
关键词 量子级联激光器 二次外延 波导结构 热学结构 协同优化
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变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构方法
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作者 王元锋 何彦霖 +1 位作者 周康鹏 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期197-205,共9页
变构型飞行器在执行不同飞行任务时会大尺度地改变机翼结构和蒙皮形状,蒙皮多维大尺度的变形重构是变形飞行器研究中的难点。本文针对这一问题,提出一种基于多芯光纤传感的变形飞行器蒙皮变形形状重构方法。该方法基于多芯光纤光栅应变... 变构型飞行器在执行不同飞行任务时会大尺度地改变机翼结构和蒙皮形状,蒙皮多维大尺度的变形重构是变形飞行器研究中的难点。本文针对这一问题,提出一种基于多芯光纤传感的变形飞行器蒙皮变形形状重构方法。该方法基于多芯光纤光栅应变传感原理,利用传感器上的多个光栅传感点,建立光栅波长漂移和曲率之间的转换关系,实现三维曲线重构。此外,为了重构变构型飞行器多维大尺度变形下的形状,本文研究了将重构曲线转化为飞行器机翼的展开角和翻转角,并结合两个角度和飞行器机翼的长宽等固有参数,通过拟合插值将两个角度变化引起的变形连续化,实现了柔性蒙皮多维大尺度变形重构。同时,本文为了减小温度造成的误差,利用多芯光纤中间纤芯不受拉伸和压缩、只受温度影响的特点,将中间纤芯与旁轴纤芯的中心波长漂移量做差,实现温度解耦。为了验证本文变形重构方法的有效性,对飞行器蒙皮多种不同情况下的变形进行了实验测试,并将形变重构结果与视觉测量进行了对比。研究结果表明,飞行器蒙皮多维大尺度变形重构的平均误差为7 mm,变形角度重构的平均误差为3.6%,可以实现变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构,该方法在航空航天器等结构变形监测领域具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 变形飞行器 光纤布拉格光栅 柔性蒙皮 多维大尺度变形重构
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