最新刊期
2025年第33卷第3期
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基于双光梳的精密离心机动态半径外基准测量 AI导读
“在精密离心机动态半径测量领域，专家建立了外基准测量系统，有效测量0g~15g加速度下的动态半径变化量，动态测量精度优于0.56 μm，满足高速、高精度测量要求。”摘要：为实现对精密离心机动态半径的精准测量，基于双光梳测距技术的高测速、高精度、绝对测距优势，结合柱面镜与会聚光路组成的空间光学布局，建立了离心机动态半径外基准测量系统。介绍了基于双光梳测距的外基准测量装置构成及其工作原理，分析了柱面镜靶标曲率半径误差与装调误差对动态半径测量精度的影响，并提出互补偿误差修正方法。然后，搭建实验系统对精密离心机在不同加速度下的动态半径进行了实时测量，评估了静态测量精度和动态测量精度。最后，分析了测量误差的来源并提出了系统优化方案。实验结果表明：系统可有效测量出加速度在0g~15g内的动态半径变化量。在2 kHz的重频差下进行20次滑动平均，动态测量精度优于0.56 μm，动态半径最大值为204.90 μm，满足精密离心机动态半径的高速、高精度测量要求，可用于提升离心机加速度标定精度。关键词：绝对测距;精密离心机;动态半径;外基准;双光梳30|4|0更新时间：2025-03-26 -
中红外驻波V型腔衰荡14CO2光谱检测 AI导读
“在核设施污染物检测领域，专家提出了基于驻波V型腔衰荡吸收光谱的14CO2检测技术，实现了高灵敏检测，为监测核电站废气中的放射性二氧化碳排放提供解决方案。”摘要：针对核设施对气态污染物高灵敏检测的需求，提出了一种基于驻波V型腔衰荡吸收光谱的14CO2检测技术，结合量子级联激光器，搭建了一套中红外吸收光谱检测系统，实现了对14CO2气体的高灵敏检测。系统采用由三个高反镜组成的驻波V型腔，在不增加光学腔物理长度的情况下将光谱分辨率提升一倍。通过台阶式扫描激光波长从而依次触发相邻腔模的衰荡事件，在实现对完整分子光谱测量的同时，保证了腔衰荡光谱信号的信噪比。为了避免由于腔长和激光频率漂移造成的触发位置变化，实验中对台阶电压值进行了动态修正，从而实现了对14CO2光谱的长期稳定测量。通过Allan方差分析，得到该系统的探测极限为2.5×10-10 cm-1，最小可探测14CO2浓度为1.2×10-12。这项技术可用于监测核电站废气中的放射性二氧化碳排放。关键词：光谱检测;激光吸收光谱;腔衰荡光谱;放射性二氧化碳15|2|0更新时间：2025-03-26 -
光声光谱二氧化碳传感的种子活力检测 AI导读
“在种子呼吸研究领域，专家设计了CO2光声传感系统，通过测量南粳水稻种子CO2产生速率，验证了种子呼吸速率与活力成正比，相关度达0.979，为测定水稻种子活力提供参考。”摘要：为研究种子呼吸过程中二氧化碳（CO2）含量变化与种子活力之间的关系，设计了一款基于差分亥姆霍兹光声池的CO2光声传感系统，并通过测量不同种子活力的南粳水稻种子的CO2产生速率，对系统进行了性能测试评估。自主设计了基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）开发板的信号处理模块，实现了激光驱动电流的精准调控以及光声信号的解调，通过优化调制频率、激光调制深度和工作压力等系统参数，传感系统在1 089 s的积分时间内获得了0.6×10-6的最低检测极限。根据国标GB/T 3543.1，选用30 g南粳水稻种子进行了发芽实验，并与光声传感实验测得的CO2演化浓度进行了线性拟合。结果表明，南粳水稻种子呼吸速率与种子活力成正比，二者的相关度达到0.979，为使用光声光谱技术测定水稻种子活力水平提供了参考依据。关键词：光声光谱技术;种子活力检测;亥姆霍兹光声池;二氧化碳59|73|0更新时间：2025-03-26 -
阵列飞行时间实时非视域成像技术 AI导读
“在非视域成像领域，专家提出了阵列飞行时间实时非视域成像方法，解决了成像速度慢、范围小和系统复杂昂贵的问题，为非视域成像技术发展提供了新方向。”摘要：为解决现有非视域成像技术存在的成像速度慢、成像范围小和成像系统复杂昂贵的问题，提出了阵列飞行时间实时非视域成像方法，建立面阵飞行时间三次散射非视域成像理论模型，研究了成像距离和光源照射角度对系统重建结果的影响及系统性能，构建飞行时间非视域三维成像的评价指标。该方法利用850 nm的调制激光作为光学信号源，以飞行时间相机作为传感器接收经中介面散射回的三次散射目标信号，通过解调算法获得的深度信息重建出隐藏的非视域场景目标。实验结果表明，该系统在3.5 m距离内，可实现中介面和非视域目标均为近朗伯体情况下对15 cm×19 cm×30 cm的石膏人像等小型目标的实时非视域场景重建，光源的照明角度在60°~90°内可调，非视域实时成像速度为2.056 5 frame/s，像素规模为320×240，目标对应区域的最大像素规模为150×100，横向多个目标图像不发生混叠的最小距离为3.5 cm。本文提出的阵列飞行时间实时非视域成像技术的成像范围大、成像速度快且成像分辨率高、抗干扰能力强。关键词：非视域成像;实时成像;阵列飞行时间11|3|0更新时间：2025-03-26 -
晶圆定位标记光学成像的自适应聚焦评价 AI导读
“在晶圆定位标记领域，专家提出了基于多向梯度方差的自适应聚焦评价算法，有效提升了自动聚焦的灵敏度和稳定性。”摘要：晶圆定位标记尺寸小，形貌多，传统聚焦评价函数进行计算时存在稳定性差、灵敏度低等问题。针对上述问题提出了一种基于多向梯度方差的自适应聚焦评价算法。首先针对标记图像进行特征边缘像素点自适应采样提取；然后联立Brenner函数和Roberts函数，构建适用于晶圆定位标记的多向梯度评价函数，对采样的像素点进行评价计算，得到初始聚焦评价函数值；最后对图像集的初始聚焦评价函数值进行方差计算，优化函数抗噪性，得到最终的聚焦评价函数值。实验结果表明，本文所提算法相较于传统评价算法平缓区域波动量降低了61.49%，灵敏度提升了2.56倍。本算法的提出为实现晶圆定位标记乃至其他具备明显边缘特征结构的微纳标记图像实现高灵敏度自动聚焦提供了一种更优的计算策略。关键词：成像系统;图像质量评价;边缘分析;自动聚焦;聚焦函数19|7|0更新时间：2025-03-26
现代应用光学
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薄壳元件的磁控磁流变弹性体均匀抛光 AI导读
“在超精密抛光领域，研究人员基于磁控磁流变弹性体原理，提出了一种均匀抛光方法，通过精确控制压力实现薄壳元件内表面均匀抛光，为薄壳元件表面处理提供了新方案。”摘要：为实现薄壳元件内表面的高质量超精密抛光，基于磁控磁流变弹性体（Magnetorheological Elastomer， MRE）抛光原理提出了一种均匀抛光方法。该方法通过在薄壳元件外表面施加磁场，精确控制MRE对内表面的压力，从而实现内表面均匀抛光。利用COMSOL Multiphysics软件对MRE进行磁-弹性耦合数值模拟，确定元件表面的抛光压力及其分布，获得抛光区域的速度分布，并基于Preston方程构建抛光去除函数模型。随后对该模型进行离散化采样，推导材料去除量向量，并采用非负最小二乘法计算抛光区域各点的驻留时间。最后，在磁场强度为0.32 T的条件下，使用磁控MRE抛光装置对尺寸为60 mm×60 mm×1 mm的熔石英玻璃工件进行了78 min的抛光实验。实验结果表明，通过控制抛光区域各驻留点的时间，磁控区域的表面材料平均去除深度为84.4 nm，去除深度波动范围为10.9%，实现了表面均匀抛光。由此证明了该方法实现薄壳元件内表面均匀抛光的有效性。关键词：超精密加工;均匀抛光;薄壳元件;磁流变弹性体;去除深度;磁场7|2|0更新时间：2025-03-26 -
真空吸附装夹对镜片面形调控的影响 AI导读
“在光机系统加工装配领域，专家基于圆周简支平板变形理论，分析真空吸附对薄平面镜片面形的影响，验证了调控镜片面形的有效性，为提高镜片加工和装配精度提供解决方案。”摘要：真空吸附装夹可以使镜片受力均匀，减少表面划伤，广泛应用于光机系统加工装配领域。为了研究真空吸附对薄平面镜片面形的影响，基于圆周简支平板变形理论和薄板理论分析镜片与夹具间不同接触状态和不同真空度对镜片变形的影响规律。建立流固耦合模型分析不同负压条件下对镜片面形产生的影响，验证真空吸附调控镜片面形方法的可行性。最后，通过吸附装夹实验分析镜片在负压前后的面形变化。实验结果表明：负压吸附前后，镜片吸附面的面形误差由10 μm内降低至7 μm内；镜片与夹具之间的间隙由9 μm 降低至4 μm以内，最小值为0.8 μm。负压吸附使得镜片吸附面面形更加贴近夹具面形，验证了真空吸附调控镜片面形方法的有效性。本文提出的真空吸附装夹调控镜片面形以提高镜片加工和装配精度的方法，可有效降低镜片初始面形误差对光机系统的影响。关键词：真空吸附;平面镜片;吸附孔式夹具;装夹变形;面形调控7|2|0更新时间：2025-03-26 -
三自由度并联压电粘滑运动平台 AI导读
“科技媒体新闻记者报道：针对精密微操作任务，专家设计了三自由度并联压电粘滑平台，满足宏行程、高精度、大负载和多自由度的性能要求。实验验证了平台性能，为精密微操作任务提供解决方案。”摘要：针对细胞穿刺、显微操作以及微装配任务中对宏行程、高精度、大负载和多自由度的性能要求，利用压电柔顺机构设计了三自由度并联粘滑驱动平台。将压电纤维片粘贴至拱形驱动机构，构成驱动单元并结合粘滑致动，实现并联平台的大范围高精度运动。柱形支撑增强了平台承载能力，万向轴承减小了移动平台的非驱动摩擦，提高整体运动性能。通过有限元法建立拱形柔顺驱动单元的静力学模型，并对输出位移和固有频率进行仿真分析。最后，搭建实验测试系统验证平台性能。实验表明，在步进模式下，压电粘滑平台沿X，Y向平动的最大单步位移可达294.7 μm和304.5 μm，绕Z轴转动的最大单步转角为9.96 mrad，最大垂直负载为110 N；在扫描模式下，平动和转动的位移分辨率分别为6 nm和0.28 μrad。因此，所设计的并联压电粘滑平台满足精密微操作任务所需的性能要求。关键词：压电驱动;柔顺机构;粘滑运动;三自由度7|2|0更新时间：2025-03-26
微纳技术与精密机械
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强环境噪声下的双目视觉受电弓轨旁异常检测 AI导读
“在轨道交通领域，专家改进立体匹配方法，提出受电弓轨旁异常检测新算法，提升检测精度和效率。”摘要：为了应对列车受电弓轨旁异常检测场景下，强环境噪声对双目视觉系统结构参数造成较大的扰动，导致视差图计算结果不准确进而影响异常检测精度的问题，对原有立体匹配方法进行改进后并结合异常特征检测方法，提出一种应用于该场景下的受电弓轨旁异常检测方法。采用扩展邻域的代价计算和加权代价聚合方法，有效解决在强环境噪声时由于环境振动或自身结构蠕变导致双目极线不准确的情况；采用局部二值模式方法计算代价分布函数，使算法更适用于已知工件的固定场景检测；结合实际应用场景，限定视差计算搜索空间，优化计算效率，提升轨旁检测的实时性；最后对三维重建后的点云信息进行异常特征检测，在受电弓轨旁异常检测系统中验证了算法的有效性。实验结果表明，本文提出的算法较传统算法测量精度提升60%以上，时间效率提升30%以上，有效解决了该场景下轨道交通现场检测设备效率低和精度不足的问题。关键词：受电弓检测;立体匹配;异常检测;视差优化;三维重建10|2|0更新时间：2025-03-26 - “在导航技术领域，专家提出了一种无需提前获取UWB锚点位置的多锚点辅助视觉/惯性紧耦合导航方法，显著提升了定位精度和稳定性。”摘要：视觉惯性UWB松耦合导航方法需要提前构建UWB坐标系统和获取UWB锚点位置，导致它在实际应用中耗费大量时间和精力。针对单锚点辅助的视觉惯性紧耦合导航方法，由于单个UWB锚点只提供了一维距离约束信息，对系统的精度和稳定性的提升有限。为了降低系统的配置难度和提高系统的定位性能，提出了一种无需提前获取UWB锚点位置、具有普遍适用性的UWB多锚点弹性辅助视觉/惯性导航紧耦合方法。首先，基于即插即用的思想提出了一种UWB多锚点在线异步位置估计方法，以确保UWB锚点信息的及时利用。其次，采用弹性因子图优化框架建立视觉惯性UWB紧耦合的因子图模型，从而实现视觉/惯性/UWB多锚点的紧耦合导航。最后，利用开源VIRAL数据集和真实世界采集的数据集对所提出的方法进行了验证。实验结果表明：相较于先进的VINS-MONO和VIR-SLAM开源算法，本文方法的定位精度分别平均提升了30.61%和23.19%。这表明所提出的UWB多锚点弹性辅助视觉/惯性紧耦合导航方法具有更高的定位精度和更强的稳定性。关键词：UWB多锚点;异常值检测;锚点位置估计;因子图优化;紧耦合导航8|2|0更新时间：2025-03-26
- “在非标复杂构件领域，专家提出了基于改进Canny-FAST算法的折叠翼几何尺寸自动化测量方法，提高了测量精度和效率，满足精度要求。”摘要：为了实现非标复杂构件折叠翼几何尺寸的高精度、高效率测量，提出一种基于改进Canny-FAST算法的折叠翼几何尺寸自动化测量方法，解决了传统人工测量方法存在的测量精度低、重复性差及效率低等问题。通过在传统Canny-FAST算法中引入Douglas-Peucker算法的方式以简化折叠翼轮廓特征，解决了传统Canny-FAST算法在提取特征复杂轮廓角点时提取精度低、稳定性不好等问题，提高了折叠翼几何尺寸的测量精度。基于提出方法研制了折叠翼几何尺寸自动化测量系统，通过建立该系统中测量模块和运动模块的自动交互通讯，实现折叠翼几何尺寸高精度、高稳定性和高效率的自动化测量。经实验表明，自研的折叠翼几何尺寸自动化测量系统长度测量精度优于65 μm，角度测量精度优于0.049°，满足折叠翼几何尺寸测量精度要求。关键词：折叠翼;图像拼接;自动化;Canny-FAST算法;Douglas-Peucker算法55|16|0更新时间：2025-03-26
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改进暗通道先验的大幅面倾斜影像快速去雾 AI导读
“在图像处理领域，研究者提出了改进暗通道先验的倾斜影像快速去雾算法，有效提升了影像质量与处理效率。”摘要：针对经典暗通道去雾算法针对大幅面倾斜影像存在远地端去雾不彻底，且处理效率不高的问题，提出一种改进暗通道先验的倾斜影像快速去雾算法。采用分级窗口加权融合的方法求解暗通道进而细化透射率，然后结合辐射传输方程，根据倾斜影像的固定成像角度构建雾气分布模型，实现透射率变换；最后进行大气光值估计并完成去雾。在此基础上设计了并行计算方案以提升去雾速度。实验结果表明，在浓雾条件下处理后影像信息熵提升约22.7%，平均梯度提升约30.0%；批处理去雾相较经典暗通道算法速度提升约11倍，显著提升了处理效率。本文算法能够克服倾斜影像雾气分布不均的影响，显著改善影像质量。关键词：影像去雾;大幅面倾斜影像;辐射传输方程;暗通道先验;并行运算9|2|0更新时间：2025-03-26 -
融合生成对抗网络的大气无线光信道密钥提取 AI导读
“在无线光信道安全领域，专家提出了一种基于改进生成对抗网络的密钥提取方案，有效降低了合法双方生成初始密钥的不一致率，并通过NIST随机性测试。”摘要：无线光信道密钥提取是实现物理层安全的一种有效手段，合法双方通过探测并估计信道特征从而生成密钥序列。窃听方可能通过合法方接收孔径外的光信号获得密钥相关信息。为此提出一种密钥提取方案，该方案通过改进生成对抗网络模型，合法双方用该模型从信道测量序列中估计可用于密钥提取的特征。然后，合法双方对各自的信道特征估计序列进行随机交替量化，得到初始密钥。实验结果表明，合法双方经本方案生成密钥序列具有较高的一致性。在25 dB信噪比环境下Alice和Bob估计的信道特征序列的相关系数为0.998 3，经量化生成初始密钥的不一致率为
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