最新刊期
2025年第33卷第10期
- “在平板玻璃平行度测量领域，提出了一种基于区域生长算法的干涉测量新方法，提高了检测效率和测量精度。”摘要：为了实现平板玻璃平行度高精度、快速测量，提出了一种利用区域生长算法对干涉条纹图进行分割处理的测量新方法。采用菲索干涉仪采集平板玻璃前后表面反射产生的自干涉条纹，利用区域生长算法对采集的自干涉条纹进行区域分割，提取出自干涉条纹，统计出测量口径内的干涉条纹明条纹数目，从而实现平行度的测量。将区域生长算法与Sobel算法对比后发现，区域生长算法在干涉条纹提取方面表现更优。利用该算法对不同类型的干涉条纹进行测量，并将测量结果与ZYGO的测量结果对比，结果显示，基于区域生长算法的平行度测量误差小于
- “Bessel光束研究取得新进展，成功生成均匀和非均匀偏振态Bessel光束，为光学成像等领域技术进步提供新方案。”摘要：Bessel光束因其独特的性质，在众多领域中具有广泛的应用。当前，研究者们正致力于开发能够动态控制偏振态的方法。然而，从单一入射光束中提取并控制任意阶偏振态模式一直是一个挑战。本文提出了一种基于光学笔模式提取原理的新方法，成功生成了均匀和非均匀偏振态的Bessel光束，从而克服了这一难题。该方法无需改变入射矢量光束的偏振态，而是直接从高阶矢量涡旋光束中提取出任意偏振模态的Bessel光束。利用光学笔技术，能够灵活地排列矢量Bessel光束的数量、位置、振幅和相位。实验结果与理论预测高度一致。这项研究不仅对深入理解 Bessel 光束的偏振特性具有重要意义，而且有望推动光学成像、光通信、粒子操纵等领域的技术进步。关键词：模式提取;Bessel光;光学笔;均匀偏振;非均匀偏振0|0|0更新时间：2025-07-08
- “最新研究发现，铝涂覆层光纤可实现血液温度和声阻抗的同步测量，为疾病早期诊断提供新方法。”摘要：本文基于铝涂覆层光纤中前向受激布里渊散射（Forward Stimulated Brillouin Scattering，FSBS）的温度和声阻抗的传感理论，探讨了涂层厚度对声学模式频率和线宽的影响，实现了温度和声阻抗的同步测量，提出了一种创新性、高灵敏度的血液中疾病检测方法。研究结果表明径向声模R0，m的频率和线宽变化与温度、声阻抗呈线性关系；不同涂层厚度的光纤对温度和声阻抗的灵敏度各异，光纤涂层厚度为3 µm和5 µm时分别具有最高的线宽声阻抗灵敏度3.90 MHz/（kg·mm²·s）和最高的频率温度灵敏度51.44 kHz/℃ ，温度和声阻抗的测量误差可低至0.015 ℃，0.033 kg/（mm2·s）和0.008 ℃，0.027 kg/（mm2·s）；涂层厚度偏差在±0.5 μm内，两种厚度涂层光纤的温度和声阻抗误差的变化范围分别是0.003~0.020 ℃，0.021~0.032 kg/（mm2·s）和0.003~0.009 ℃，0.004~0.058 kg/（mm²·s）。该传感系统可实现血液温度和声阻抗的实时监测，在检测区分血液的正常生理状态和多种病理状态（如高蛋白血症、贫血等）有着潜在应用价值，可为疾病早期诊断和精准医疗提供新的检测方法。关键词：前向受激布里渊散射;铝涂覆层光纤;温度和声阻抗传感;血液监测;疾病诊断2|0|0更新时间：2025-07-08
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用于深海环境的光纤水听器基元设计与测试 AI导读
“在深海探测领域，研究人员设计了基于推挽式结构的光纤水听器基元，实现了深海3000米处10Hz至2kHz水声信号的有效探测，为深海声波高灵敏可靠探测提供解决方案。”摘要：为了提高光纤水听器在深海环境中检测声波的灵敏度，设计了一种基于推挽式结构的深海光纤水听器基元，可以实现深海3 000 m处10 Hz~2 kHz目标水声信号的有效探测。首先，基于Michelson干涉仪介绍推挽式深海光纤水听器的构成与声压灵敏度理论，接着利用弹性力学理论分析声压转换机理，通过有限元方法模拟仿真水听器探头的弹性筒结构尺寸参数对声压灵敏度的影响，并针对水听器在深水环境下工作的稳定性进行了探究。根据计算结果分别制作了5组不同结构和制作工艺的光纤水听器基元。最后，通过高静水压灵敏度系统测试，模拟5组光纤水听器在深海3 000 m处的工作性能，验证水听器弹性筒的结构参数和制作工艺对其在深海环境中声压灵敏度的影响。实验结果显示，光纤水听器基元的结构和制作工艺可以显著地影响其在深海环境中工作性能和稳定性，经过结构参数和制作工艺优化后的光纤水听器在深海3 000 m处10 Hz~2 kHz频带范围下的水声信号的响应，其平均声压灵敏度可达到-127 dB re rad/µPa，相比优化前提高了7 dB re rad/µPa。综上所述，优化后的水听器基本满足深海高静水压下声波的高灵敏可靠探测要求。关键词：光纤水听器;推挽式结构;声波灵敏度;深水耐压测试2|0|0更新时间：2025-07-08
现代应用光学
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大量程平面二维时栅误差特性与实验研究 AI导读
“在平面位移测量领域，提出了一种新型二维位移测量方法，通过维度分解和位移解耦，实现了毫米级传感单元的微米级测量精度，具有重要的理论研究和工程应用价值。”摘要：针对传统平面二维光栅位移传感器在大量程平面位移测量中存在结构复杂、栅格刻划加工要求严格等问题，提出一种“维度分解+位移解耦”的平面二维位移组合测量方法。通过空间周期性传感结构构建了正交变化的磁场，建立平面二维位移与时间基准的映射关系。研究了传感器安装误差对二维位移测量精度的影响，通过建模仿真分析与实验验证重点分析了滚转姿态、俯仰姿态和偏摆姿态带来的二维位移测量误差。实验结果表明，安装误差会在两维位移测量中主要引入直流分量、2次和4次谐波误差。当动尺与定尺之间气隙高度为0.6 mm时，在240 mm×240 mm的测量范围内，X方向测量误差不超过±8.6 μm，Y方向测量误差不超过±8.8 μm，分辨力为0.15 μm。利用毫米级的传感单元在240 mm×240 mm测量范围内实现微米级测量精度的二维位移测量具有重要的理论研究价值和工程应用价值。关键词：大量程;二维位移测量;时栅传感器;误差分析2|0|0更新时间：2025-07-08 -
基于主动惯量补偿的高性能压电旋转驱动器 AI导读
“在超精密领域，专家提出了基于主动惯量补偿的压电旋转驱动器设计，有效抑制动子回退运动，实现高效稳定粘滑运动，具有较大应用潜力。”摘要：为了抑制小惯量动子明显的回退运动以实现高效稳定的粘滑运动，提出了一种基于主动惯量补偿的新型压电旋转驱动器设计。通过主动惯量补偿和驱动电压时序优化，实现对动子回退运动的抑制，从而提高速度与运动平滑性。基于主动惯量补偿法，分析了驱动器的工作原理。对驱动器结构进行分析与仿真，通过对比有无主动惯量补偿的效果，从理论上验证了主动惯量补偿法的可行性。并搭建了驱动小惯量动子的实验系统，对输出性能进行了一系列测试。实验结果表明：基于主动惯量补偿可以抑制79.77%的动子回退角度，基于主动惯量补偿的压电旋转驱动器最小分辨率为1.12 μrad及实现了813.85 mrad/s的最大转速。该方法可实现小惯量动子高效稳定的粘滑运动，达成压电旋转驱动器的高性能输出，在微纳操作等复杂工作空间的超精密领域具有较大应用潜力。关键词：主动惯量补偿;粘滑运动;小惯量动子;回退抑制;旋转驱动器1|0|0更新时间：2025-07-08 -
压电四维测力仪扭矩测量精度提升 AI导读
“在四维力测量领域，研究者提出了一种新型测量方案，通过增加石英晶组实现扭矩直接测量，有效提高了测量精度，具有广泛应用前景。”摘要：现有压电式四维力测量方法中，扭矩有通过侧向力解算和直接测量两种方式，解算法适用性广但受分力间交叉耦合影响大，直接测量理论精度较高但传感器布置方式受限。本文提出通过传感器内增加石英晶组，不依赖传感器特殊布置而实现扭矩直接测量的四维力测量方案。首先，确定传感器布局方案，在现有三向力测量基础上，各传感器内新增剪切力测量晶组用以测量扭矩；定义传感器加工、装配过程的误差，建立两种测量方法下扭矩测量误差传递模型，通过数值仿真对比测量精度上的差异；设计制备了测力仪，对测力仪关键尺寸进行参数化分析；开展静、动态性能检定实验，在此基础上，开展了多点扭矩加载标定实验，利用两种测量方案计算扭矩。实验结果表明：测力仪最大非线性误差、重复性误差<0.5%，向间干扰<3%，测力仪各向固有频率>1 400 Hz，静、动态性能符合设计要求；多点扭矩加载实验中新方案均方误差降低83.4%，最大测量误差降低26.5%。验证了新方案在提高扭矩测量精度方面的有效性，具有广泛的应用前景。关键词：扭矩测试精度;四维力测量;四向力传感器;测力仪设计;参数化分析1|0|0更新时间：2025-07-08 - “在精密加工领域，研究者提出了一种集成超磁致伸缩驱动器的电主轴微结构加工机构设计方案，有效提升了加工能力和精度，为复杂微结构元件加工提供新方案。”摘要：针对现有快刀伺服机构的性能难以满足对非回转类具有微结构阵列表面的元件的加工能力和精度，将超磁致伸缩驱动器（Giant Magnetostrictive Actuator，GMA）与电主轴集成，提出了一种面向电主轴的微结构精密加工机构的设计方案。首先，分析了GMA驱动磁场对主轴电机磁场的影响。其次，建立了其电-磁-机多场耦合模型和力感知模型，分析了偏置电流和预应力对其性能的影响以及不同偏置电流作用下力感知特性的变化规律。最后，搭建性能测试平台进行了实验验证。研究结果显示：GMA的激励磁场仅为主轴电机的驱动磁场4.09%；适当的偏置电流和预应力，有利于提高微结构精密加工机构的输出位移，且仿真与实验结果均验证了所建立的理论模型的有效性；力感知仿真结果与力感知模型的计算结果变化规律基本一致，输出电压与电主轴轴向力呈一阶导数关系；实验结果显示在偏置电流为1 A、预应力为1 MPa时，其输出位移可达26.2 μm，其输出推力可达22 N，表明该面向电主轴的微结构精密加工机构的设计方案可行，为解决复杂微结构元件的加工提供了一种方案。关键词：电主轴;微结构;精密加工;集成设计;力感知2|0|0更新时间：2025-07-08
微纳技术与精密机械
- “在浮选图像处理领域，专家提出了低照度图像颜色深度编解码校正及多尺度增强方法，显著改善图像亮度和颜色，提升对比度、清晰度和信息熵，使图像颜色更接近真实色彩，保留了更多纹理细节，并在有效抑制噪声的同时，实现了边缘增强。”摘要：浮选现场环境恶劣、光照条件复杂多变，针对现场采集的浮选图像易出现曝光不足、颜色失真等问题，提出了一种低照度图像颜色深度编解码校正及多尺度增强方法。首先，将低照度图像从RGB转换至HSV空间，针对明度（V）分量，采用非下采样剪切波变换（NSST）进行多尺度分解；其次，提出基于全局空间模块的色彩编解码网络，通过挤压提取、色彩编码、色彩解码、颜色校正构建颜色深度编解码校正网络模型，对色度（H）、饱和度（S）分量进行颜色校正；然后，采用自适应模糊集增强V分量的低频子带图像，利用尺度相关系数有效滤除V分量中各高频子带的噪声成分，同时使用非线性增益函数对高频边缘系数进行显著增强处理；最后，对增强后的V分量各子带图像作NSST反变换重构，并将重构后的V分量与校正后的H分量、S分量融合转换回RGB空间。通过实验验证，与当前的主流方法相比，本文方法CIEDE平均降低14.835 8，PSNR平均提高8.48 dB，结构相似度平均提高31.32%，连续边缘像素比保持在91%以上。本文方法显著改善了图像的亮度，提升了对比度、清晰度和信息熵，使图像颜色更接近真实色彩，保留了更多纹理细节，并在有效抑制噪声的同时，实现了边缘增强。关键词：浮选泡沫;低照度图像;颜色校正;颜色深度编解码网络;多尺度增强与去噪;非下采样剪切波变换;模糊集2|0|0更新时间：2025-07-08
- “在水环境污染监控领域，专家提出了基于二维Gabor小波和支持向量机的水体多分类识别和组分拟合方法，有效提高了水样组分解析效率。”摘要：水环境污染监控和精细化管理需求日益增强，迫切需要对水中有机污染物进行快速、准确地检测和识别。三维荧光光谱技术可以提供丰富的污染物光谱信息，已成为当前水体污染物识别和溯源的研究热点。当前方法多集中于基于深度学习的光谱数据分析，对光谱数据量需求较大，难以在现场推广。本文利用三维荧光光谱数据（3D-EEM），提出一种基于二维Gabor小波结合支持向量机（SVM）的水体多分类识别和组分精确拟合的方法，有效提取三维荧光光谱的纹理特征和谱峰位置，提高了水样组分解析的效率。该方法采用空白扣除法和Delaunay三角形内插值法减少光谱数据中的背景噪声和散射干扰，通过扩展Savitzky-Golay平滑方法抑制光谱波动干扰。而后利用二维Gabor小波和荧光峰位提取法提取了3D-EEM数据的纹理特征信息和三维荧光峰位的全局信息。最后，基于MSVC和CF_MSVR构建了EEM_MSVM模型，以实现对不同水体的高准确度分类识别和组分预测。实际水样的实验结果表明，水体类别的分类准确度达到97.6%，组分预测的均方根误差损失为5.3，相关系数为0.94，有效实现了对典型水体的准确分类和组分的解析。关键词：三维荧光光谱;荧光组分图谱;水体识别;溯源追踪2|0|0更新时间：2025-07-08
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方向引导与拓扑感知的光学遥感道路提取网络 AI导读
“在光学遥感影像道路提取领域，研究者提出了方向引导与拓扑感知的道路提取网络，有效提升了道路提取的精确度和完整度。”摘要：针对光学遥感影像道路提取过程中连通性弱、细微分支遗漏以及预测路网与真实路网拓扑结构不一致等问题，本文提出了一种方向引导与拓扑感知的道路提取网络。首先，设计多路径方向引导模块关注多方向连接关系，分离并独立学习不同方向的连通特征，增强道路分支间的联系，提高分割连续性；其次通过全粒度互补特征融合模块融合细、粗粒度特征的互补信息，强化道路细节与语义表达，提高网络对细微分支的捕捉能力；最后设计了拓扑感知损失函数，旨在从拓扑视角探索几何结构差异，增强模型对拓扑变化的敏感度，约束预测路网与真实路网的拓扑一致性。所提模型在DeepGlobe与Massachusetts数据集上的F1值分别为81.95%和79.98%，对比现有最佳方法提升了0.73%和1.5%，IoU为69.35%和66.38%，提升了0.98%和0.66%。实验结果表明，RDTA-Net提取出的道路精确度和完整度优于其他主流方法。此外，在遮挡、噪声以及光照等复杂场景下，仍具有优越的提取效果。关键词：道路提取;连通关系;方向引导;全粒度特征融合;拓扑感知0|0|0更新时间：2025-07-08 -
多尺度深层特征蒸馏的图像超分辨率重建 AI导读
“在图像超分辨率重建领域，研究者提出了MSDFDN方法，通过多尺度深层特征蒸馏提升图像质量，为超分辨率重建提供新方案。”摘要：针对现有的超分辨率重建算法难以充分利用图像的多尺度信息和深层特征的问题，提出了多尺度深层特征蒸馏的图像超分辨率重建方法（MSDFDN）。首先，采用ConvNeXt卷积替代传统卷积层，以较小的计算成本来增加网络的深度，从而提高网络的性能；其次，设计了多尺度深层特征蒸馏模块，通过构造不同尺度的ConvNeXt卷积层，结合残差特征蒸馏机制，绕过丰富的低频信息，提取残差块中的多尺度深层特征；最后，在模块的末端引入注意力机制，自适应地对提取的特征进行加权，使网络更加关注高频信息。在基准数据集以及自建PDC钻头复合片数据集上，与其他先进的轻量级超分辨率重建算法进行对比，本文方法所得图像的峰值信噪比和结构相似性定量数据均有提升，尤其在细节信息较多的Urban100数据集上4倍重建图像的峰值信噪比达到了26.49 dB，结构相似性达到了0.797 6。实验结果表明所提出方法具有更好的客观和主观度量结果。关键词：图像超分辨率重建;卷积神经网络;轻量级;多尺度特征蒸馏;注意力机制0|0|0更新时间：2025-07-08 -
超轻量化SAR影像小目标检测网络 AI导读
“在雷达影像目标检测领域，研究者提出了一种超轻量化小目标检测模型，通过多分支高效层聚合模块和特征丰富度引导的剪枝技术，实现了在最小体积下较优的检测速度和精度。”摘要：采用卷积神经网络技术的合成孔径雷达（SAR）影像目标检测方法尽管能够实现较好的检测精度，但模型复杂度较高，限制了其在军事快速决策、海上紧急救援等领域的实际应用与部署。为此，本文提出一种用于雷达影像的超轻量化小目标检测模型。首先，设计了多分支高效层聚合模块，以增强多尺度感知并适应实际设备的各种资源和计算能力。其次，利用细节增强与共享检测头重点关注小目标信息，减轻海、陆杂波干扰造成的误检。最后，采用特征丰富度引导的剪枝和知识蒸馏指导目标的表示学习，进一步压缩模型和提升性能。实验结果表明，该网络模型以4.186 G计算量和0.888 M参数量，在MSAR，SAR-Ship，AIR-SARShip-2.0，SSDD和HRSID数据集上检测准确率分别达到89.0%，98.1%，82.5%，98.6%和91.5%。本文算法具有较好的鲁棒性，网络模型在最小体积下可以取得较优的检测速度和精度。关键词：SAR影像;小目标检测;超轻量化;多分支高效层聚合;增强共享检测头;剪枝与知识蒸馏0|0|0更新时间：2025-07-08
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