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2026年第34卷第10期
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基于标定参考阈值的分布式光纤振动传感系统 AI导读
摘要：分布式光纤振动传感系统长时间运行，其核心器件性能可能不稳定，比如光源功率波动以及探测器增益变化等，从而导致系统出现误报和漏报。传统的振动事件定位算法采用静态阈值，振动事件判别的灵敏度较低，此外由于缺乏对系统硬件性能变化的考虑，难以满足系统对长时间运行可靠性的要求。针对此问题，本文提出基于标定参考阈值的分布式光纤振动传感系统方案，通过设置标定单元对信号进行功率校正，同时利用标定单元获取阈值浮动系数，构建逐差阈值曲线，最后通过归一化处理进行振动事件定位。实验搭建了分布式光纤振动传感系统，采用脉宽为30 ns、峰值功率约为33 dBm的光脉冲，选用长约25 km的传感光纤在约10 km，20 km，25 km位置处施加振动事件，实验结果显示系统能准确识别和定位传感光纤沿线的振动事件。本文搭建的系统能克服因器件不稳定导致的信号波动问题，阈值定位算法灵敏度高、通用性好，且能保证较高的系统动态范围。关键词：分布式光纤传感;标定单元;功率校正;阈值定位3|0|0更新时间：2026-06-17 - 摘要：高精度瞄准是测角的基准，决定了测角的精度，在精密测量领域中具有重要作用，针对瞄准过程中由于光斑畸变造成峰值光强点与能量质心分离影响瞄准精度的问题，提出一种高精度差动对准动态测角瞄准误差抑制技术。通过在探测器前加入双狭缝光阑对光斑进行整形滤波并获取双路光强信号，两路信号进行差分运算实现误差分离与信号补偿，根据差动对准光强响应曲线过零点的高灵敏性得到精确的光斑定位，消除光斑畸变对瞄准精度的影响。理论分析与初步实验结果表明：该技术可以有效抑制由于光斑畸变引起的瞄准误差，瞄准重复性可达0.03″，测角精度达到0.1″。与现有质心定位技术相比，该技术的瞄准重复性好、测角精度高，为高精度的动态激光测角系统提供了一种实用的技术方案。关键词：角度测量;四象限探测器;瞄准误差;差动对准;动态测角2|0|0更新时间：2026-06-17
- 摘要：光致热弹光谱（LITES）技术得益于其高灵敏度和高选择性等优势在痕量气体检测领域得到了广泛的应用，该技术使用小体积低成本的石英音叉替代了价格高昂的光电探测器作为检测元件，通过检测激光与待测气体相互作用后光强的变化量来反演气体浓度信息。为了提高LITES传感系统的检测灵敏度，本文设计了一款有效光程长度为17 m的Herriot型多通池，并且提出了拍频（BF）调制解调方案来缩短传感系统的响应时间。研发的BF-LITES传感系统能够在800 ms的测量周期内完成整个信号的测量，与传统LITES系统20 s的测量周期相比，其信号测量周期缩短了25倍。实验搭建了BF-LITES传感系统，通过对调制频率、调制深度和扫描速率等参数的优化，最终测得对甲烷气体的检测灵敏度为256.74 ppb。经过Allan方差分析后可知，当平均时间增加至81 s时检测灵敏度可以提升至6.71 ppb。与传统LITES传感系统相比，设计的BF-LITES传感系统具有更高的检测灵敏度和更快的响应时间，在环境监测、工业过程控制和医疗诊断等领域有着较高的应用潜力。关键词：光致热弹光谱;拍频调制解调技术;Herriot型多通池;石英音叉2|0|0更新时间：2026-06-17
现代应用光学
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微阀序控高通量悬垂液滴生成微流控芯片设计 AI导读
摘要：针对传统血栓弹力图 （Thromboelastography， TEG） 检测样本消耗量大、操作复杂、成本高及通量低的问题，设计并制作了一种基于光学检测原理、集成气动序控微阀与液滴生成器的高通量微流控芯片，以实现低成本、便携式和自动化的血液黏弹性检测。首先，依据血栓弹力图检测流程，设计了集成进样单元、反应单元、液滴生成单元与废液单元的三层芯片，从上至下依次为气控层、弹性薄膜层和流道层。然后，利用有限元仿真软件中的流固耦合模块对气动微阀压力进行优化，以实现流动的精准控制。其次，采用精密铣削、激光切割及PSA压敏胶键合工艺依次完成三层芯片的加工与封合，采用喷涂氟化二氧化硅方法对液滴生成器下表面进行疏水化处理。最后，对芯片内流体流动、微阀序控与悬垂液滴生成进行测试。结果表明，在进样单元加载340 μL样本，通过气动控制系统对17个微阀进行序控，该芯片能同时实现4条通道的流体并行控制；通过正压与负压的协同输出，实现了反应流体控制与废液收集；通过构建接触角为78.50°的亲水通孔内壁与153.99°的疏水下表面液滴发生器，实现了4通道20 μL悬垂液滴的同时生成，无掉落或异常铺展现象。该研究为国产化便携式高通量TEG检测仪的开发提供了技术平台。关键词：微流控芯片;高通量;悬垂液滴;气动微阀2|0|0更新时间：2026-06-17 -
激光原位辅助切削刀具设计及其应用验证 AI导读
摘要：针对硬脆材料激光原位辅助超精密切削过程中，激光辐照后刀面易引发热累积、加剧刀具磨损、导致加工稳定性和表面质量下降的问题，设计一种激光仅从前刀面出射的新型金刚石刀具，以提升长距离加工过程中的表面质量与刀具耐磨性能。基于光学折射与全反射理论，建立激光在金刚石刀具内的传播模型，分析激光入射角、刀具前角和后角之间的几何约束关系，并通过刀具结构设计实现激光出射位置的精准调控。结合光学仿真与激光功率标定，对新型刀具与传统刀具的光束传递特性进行对比分析。在相同切削参数条件下，开展熔石英端面激光原位辅助切削对比实验，系统研究不同切削距离下的加工表面粗糙度及刀具磨损行为。结果表明，在相同输入激光功率下，新型刀具的出射激光功率整体高于传统刀具，表明其光束传递效率得到改善。在切削距离为1.0 km时，两种刀具加工所得表面粗糙度Sa差异较小，而当切削距离达到3.0 km时，新型刀具加工表面粗糙度Sa为31.19 nm，传统刀具为49.91 nm，表面粗糙度降低幅度约为37.5%。刀具磨损形貌分析显示，两种刀具均以后刀面沟槽磨损为主要形式，但新型刀具对应的后刀面磨损宽度相对较小。通过刀具结构设计实现激光仅从前刀面出射，可有效抑制后刀面热累积，减缓刀具磨损，在一定切削距离范围内显著提升熔石英激光原位辅助切削的加工稳定性和表面质量，为硬脆材料的高质量、长距离超精密加工提供了一种有效的刀具设计思路。关键词：熔石英;激光原位辅助切削;表面质量;刀具磨损2|0|0更新时间：2026-06-17 -
超薄玻璃飞秒激光切割工艺优化与热损伤抑制 AI导读
摘要：为推动汽车轻量化与智能化发展，以车用超薄玻璃为研究对象，系统探究切割微观形貌、材料烧蚀阈值与工艺参数之间的耦合关系，旨在实现高质量低损伤的飞秒激光切割。首先，使用波长为1 030 nm的红外飞秒激光对0.55 mm钠钙玻璃和高铝玻璃进行直线划刻，探索单光束飞秒激光核心工艺参数对切割形貌的影响。然后，采用面积推算法求解两种玻璃在0.05 MHz，0.2 MHz和0.5 MHz下的烧蚀阈值，解析两种玻璃的激光加工差异，揭示烧蚀阈值演化规律。接着，排除不可行工艺区间，初步确定工艺参数窗口，基于BP神经网络建立预测模型，进一步优化工艺参数选取。最后，使用合理工艺参数对两种玻璃进行自下而上全厚度切割。实验结果表明，在0.2 MHz下，高铝玻璃因烧蚀阈值低于钠钙玻璃，更易产生分布均匀的直线划痕，表现出更高的裂纹倾向；其切割截面表面粗糙度Ra值为0.50 μm，低于钠钙玻璃的0.75 μm，表现出更优的断面质量，二者均满足车用玻璃精密切割要求。结论认为，本文提出的融合切割形貌特征、烧蚀阈值分析和模型预测的工艺优化方案，实现了加工过程热损伤的有效抑制，在超薄玻璃切割中具有良好的可行性与可靠性。关键词：飞秒激光;车用超薄玻璃;烧蚀阈值;工艺优化;精密切割0|0|0更新时间：2026-06-17
微纳技术与精密机械
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鲁棒全局优化的晶圆多目视觉对准方法 AI导读
摘要：针对晶圆装配的高精度对准需求，提出了一种基于鲁棒全局优化的多目视觉对准方法，并构建了相应的性能评估框架。首先，通过多目视觉获取多靶标信息，并通过非线性最小二乘目标函数融合信息求解位姿；其次，基于测量精度阈值对靶标残差进行归一化，并结合Huber损失与迭代加权法自动降低异常靶标权重，以抑制划痕等误差的影响；在求解方面，将Armijo自适应回溯线搜索技术嵌入LM算法中，提高求解收敛稳定性与效率；进一步建立坐标映射与旋转诱导位移补偿模型，实现误差传递与运动补偿；提出角度-位移协同约束交并比（AD-IoU）指标，并开展了双层晶圆对准应用实验。结果表明：应用本文提出的鲁棒全局优化迭代方法，可以将收敛次数降至3次左右，在引入微米级（4 μm）局部靶标偏差时，AD-IoU均值仅降低0.06%，验证了本文方法的迭代效率与鲁棒性。关键词：多目视觉;晶圆对准;精密装配;LM算法0|0|0更新时间：2026-06-17 -
截距自适应搜索相位立体匹配的三维尺寸识别 AI导读
摘要：针对基于双目结构光三维重建过程中相位立体匹配效率较低问题，提出一种基于截距自适应搜索策略的快速相位立体匹配方法。首先，依据极平面与左右相机成像平面之间的交线对极线进行描述，并介绍了极线约束原理；然后，根据右极线横截距和纵截距值的大小对右极线在右相机成像面的分布情况分四个象限进行讨论，缩小沿极线相位立体匹配范围；最后，利用单行绝对相位单调递增的性质，采用二分法匹配左右同名点，再对匹配结果进行双线性插值实现亚像素立体匹配。实验结果表明：本文所提方法对标准球重建点云的球面直径绝对误差为0.011 mm，平面度绝对误差为0.013 mm，在匹配耗时上，相较于AD算法缩短了17.074%，相较AD-Census算法和SGM算法缩短了91%以上；此外，选择金属齿轮、陶瓷摆件和石英玻璃工件分别代表曲面、平面和不连续表面测量场景进行三维重建实验，并对不连续场景工件进行尺寸测量实验。上述实验证明了本方法能够快速有效地重建多场景物体，且具有较高的精度和效率。关键词：双目结构光;三维重建;立体匹配;极线约束;相位匹配2|0|0更新时间：2026-06-17 - 摘要：空间卫星目标检测是在轨航天器自主服务、空间态势感知等国家重大航天工程的核心支撑技术，直接决定航天任务的执行安全与可靠性。针对空间卫星目标检测中存在的弱纹理、目标非对称、多尺度分布及复杂光照干扰等难题，现有方案检测精度不足、背景干扰抑制能力弱等问题。本文以YOLOv11n为基线，设计三大改进模块构建Sat-YOLO，首先引入移动风车卷积SPConv替代传统下采样卷积，强化非对称卫星目标特征捕捉与稀疏特征聚合；其次在YOLOv11原生C3K2模块基础上集成ASTSA注意力机制，提出C3K2_ASTSA特征增强检测头，抑制太空背景噪声并提升目标特征判别性；最后设计多尺度大核分解注意力MLKDA模块，实现全尺度目标特征覆盖，提升检测精度。同时搭建航天器在轨模拟观测系统，构建包含8 000张样本的空间卫星专用数据集，涵盖复杂光照场景下卫星、太阳能电池板、不规则球形天线等三类目标，通过消融实验、对比实验及跨数据集验证，系统评估检测算法性能。实验结果表明：在自建空间卫星数据集上，Sat-YOLO精度达88.4%、召回率达85.5%，mAP@0.5达93.7%，mAP@0.5∶0.95达57.8%，相较于基线YOLOv11n，分别提升3.7%，1.3%，3.2%，2.9%；在ExDark暗光数据集上，综合性能优于RT-DETR-l，YOLO系列，MHSA-YOLOv5s，YKSB等主流对比方案。本文提出的Sat-YOLO有效缓解了空间卫星目标检测的核心难题，实现了检测精度的显著提升，具备优异的环境适应性和跨场景泛化能力，可为复杂空间场景下的卫星目标检测提供可靠的技术支撑。关键词：空间卫星;目标检测;注意力机制;多尺度特征;航天器感知3|0|0更新时间：2026-06-17
- 摘要：地下巷道、综合管廊等存在光照不足和尘雾干扰强等环境干扰，轮足机器人在此类非结构化空间内巡检易产生高频抖动，导致搭载其上的深度相机采集的图像序列稳定性差，降低三维重建的精度。针对上述问题，本文提出了一种面向复杂工况的图像增强消抖方法，首先对图像进行处理，减弱光照变化和尘雾的影响；随后构建KLT（Kanade Lucas Tomasi）特征跟踪与金字塔LK光流（Pyramidal Lucas Kanade）双分支运动估计框架：KLT分支使用随机采样一致性算法（Random Sample Consensus，RANSAC）剔除异常匹配点，获得稀疏特征运动估计；LK光流分支使用K均值聚类（K-means）筛选主运动矢量，获得连续光流运动估计。并提出自适应置信融合策略，通过动态权重分配获得全局运动估计，并对原始图像进行定量补偿，得到稳定的图像序列。实验结果验证KLRK-Stab （KLT and LK-based Robust Stabilization）方法在峰值信噪比（Peak Signal-to-Noise Ratio，PSNR）和结构相似性指数（Structural Similarity Index Measure，SSIM）等指标均优于其他算法。在三维重建层面上，点云厚度从消抖前的0.111~0.163 m收敛至0.058~0.084 m，表明三维重建精度获得了提升，本方法能够有效提升三维重建的可靠性。关键词：复杂工况;增强消抖;特征跟踪;光流;三维重建精度2|0|0更新时间：2026-06-17
- 摘要：图像融合可整合不同模态图像的一致与互补特征，有效弥补单一模态图像细节不足的问题。针对现有方法特征提取与融合相互独立，光照信息利用不足、复杂光照场景下融合效果不佳等问题，本文提出光照权重调配机制引导的双流逐层交互式红外与可见光图像融合网络。该网络采用逐层交互策略交替完成特征提取与跨模态融合。通过光照先验分类网络将全局光照信息嵌入双流网络中，缓解光照不均影响。在特征提取阶段融入阶梯式扩张策略与轻量级全局上下文信息块，实现多尺度长距离语义关联。同时利用差分特征与并行双注意力机制强化模态互补信息筛选与增强，并依据光照动态调整融合权重，避免单一模态主导。实验结果表明，该方法在多个数据集上指标优于主流方法，在MSRS数据集上，MI和QAB/F比次优算法分别提高了3.76%和7.86%。在弱光、浓雾等复杂光照场景下的目标轮廓与细节保留效果更优。由此表明本文方法有效平衡底层空间信息与高层语义信息，显著提升复杂光照场景下图像融合的精度与视觉效果。关键词：图像融合;光照权重;特征交互;多尺度;差分信息2|0|0更新时间：2026-06-17
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