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最新刊期
2010 年 第 4 期
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生物发光法细菌快速检测仪的研制及应用
摘要：基于ATP生物发光法，研制了一种细菌快速检测仪。该检测仪内置高精度A/D转换器，以小型光电倍增管进行光电转换，结合实验室自制的生物传感器，集光路、电路及软件设计于一体，组成了完整的细菌快速检测系统。其用于大肠杆菌标准品溶液检测时，检测结果与培养计数法结果的相关系数（R）达到0.976 0，同时获得了仪表检测光强和细菌浓度关系曲线。针对实际样品检测中存在的问题，提出了相应的数据处理改进算法，引入了校准方程修正系数，用于食品及卡介苗样品检测，获得了良好的检测结果。对猴头菇类食品样品检测的结果与培养计数法检测结果的R达到0.993，重复性检测的相对平均偏差(R.A.D.)为7.69 %，变异系数(CV)为9.07 %。对卡介苗(BCG)样品检测结果与培养计数法检测结果的R达到0.997，R.A.D.为5.72 %，CV为7.73 %。与传统培养计数法相比，该仪表具有较好的检测速度，准确度和重复性。关键词：细胞检测仪；生物发光；快速检测；三磷酸腺苷(ATP)- 45
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发布时间：2020-08-13 -
非异常区TM偏振波宽波段特性在激光器调谐光栅设计中的应用
摘要：通过刻划工艺控制光栅槽形零级面宽度，使-1级和0级衍射效率同时达到期望值是激光器调谐光栅研制中的技术难题。基于光栅电磁场理论，利用光栅非异常区入射波长与光栅周期之比λ/d≈1.414附近较宽波段范围内TM偏振波的衍射效率变化梯度小，而且同一波长的衍射效率随闪耀角增大呈单调递增或随槽顶角增大呈单调递减趋势的特性，给出了-1级振荡0级输出激光器调谐光栅的全三角槽形模型及设计方法。该方法用常规三角槽形光栅即可实现任意比值的-1级与0级衍射能量分布，避免了以往通过控制类梯形槽形零级面宽度来制作此类光栅的工艺不确定性，降低了制作难度。应用该模型设计并制作了-1级衍射效率为65%的0级输出激光器调谐光栅，其在10.6 μm处的衍射效率误差为0.6%。该方法还适用于-1级振荡-1级输出激光器调谐光栅的设计，实现了两类激光器谐振光栅在设计方法以及制作工艺上的统一。关键词：激光器调谐光栅；非异常区；TM偏振；全三角槽形模型- 42
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发布时间：2020-08-13 -
高透光率金属网栅微波/红外二色波组合器
摘要：为了实现微波/红外半实物仿真技术中的信号耦合，提出了一种基于高透光率金属网栅的宽频段二色波组合器结构，并建立了金属网栅二色波组合器的微波反射特性和红外透射特性分析模型。为了验证基于高透光率金属网栅的二色波组合器的可行性和分析模型的有效性，利用激光直写工艺在锗基底上制作了金属网栅二色波组合器样片；为了减小倾斜入射时不同极化情况下微波反射率的差异，金属网栅垂直极化和平行极化方向的周期分别设为500 μm和400 μm。在微波暗室中测量了金属网栅二色波组合器样片在12~18 GHz频段的微波反射率，并利用傅里叶红外光谱仪测量了样片在10~12 μm波段的红外透射率。计算和测量结果显示，高透光率金属网栅二色波组合器的微波反射率优于-1.5 dB，红外透射率约为83%，表明高透光率金属网栅可用作一种新型的宽频段微波/红外二色波组合器。关键词：二色波组合器；微波；红外；金属网栅- 71
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发布时间：2020-08-13 -
折/衍混合消热差共形光学系统设计
摘要：为了满足共形整流罩光学系统无热化工作的要求，基于硅、锗和硒化锌3种材料以及制作于整流罩内壁的衍射面设计了采用折/衍混合消热差方法的红外成像共形光学系统。介绍了共形光学系统像差特性以及衍射光学元件的像差、温度及色散特性，提出了利用可消像散的衍射面结构的温度补偿能力来设计共形光学系统消热差结构的方案，并设计了应用于中波红外成像结构中的万向支架式共形光学系统。软件分析结果表明，该系统充分利用了衍射光学元件的位相补偿，热膨胀系数小和色散因子大等特点，在-40～70 ℃能够较好地保证±20°搜索观察视场中的成像质量，且所有观察视场中的MTF值均大于0.43。关键词：共形光学；整流罩；消热差；光学设计- 55
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发布时间：2020-08-13 -
高功率CO2激光对远场HgCdTe探测器的干扰实验
摘要：理论分析和实验研究了高功率CO2激光对远场光导型长波红外HgCdTe探测器的干扰损伤。采用激光辐照探测器的温升理论模型，根据实验参数，讨论了高功率激光对长波红外探测器的损伤机理，计算了温升与辐照时间和功率的关系，并和CO2激光器在距离15 km处辐照光导型长波红外HgCdTe探测器的实验结果进行对比分析。实验结果表明，2.5 kW连续CO2激光经过大气衰减后在15 km处激光功率密度可达0.161 W/cm2，计算可知此时会聚到探测器靶面处的功率密度为140 W/cm2；靶面处功率密度为20.5 W/cm2时，对探测器产生干扰；靶面处功率密度为110 W/cm2时，达到损伤，计算此时探测器表面温度已达到Hg析出温度，这一实验现象和理论计算预期结果相吻合。实验结论对研究探测器的激光防护和激光干扰星载探测器技术具有指导意义。关键词：CO2激光；长波红外探测器；HgCdTe探测器；温升模型；干扰阈值；损伤阈值- 79
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发布时间：2020-08-13 -
全固态复合内腔和频570nm连续波黄光激光器
摘要：研制了全固态连续波570 nm黄光激光器，黄激光分别由两片Nd∶YAG的1 444 nm和946 nm谱线非线性和频产生，两条谱线分别对应各自的晶体能级跃迁4F3/2-4I15/2和4F3/2-4I9/2。实验采用复合腔结构，利用KTP晶体II类临界相位进行内腔和频。测量了570 nm黄激光输出功率随泵浦功率的变化，结果表明，当注入到两片Nd∶YAG晶体的泵浦功率分别为24 W和15 W时，获得了560 mW的连续波570 nm黄激光输出，其4 h功率稳定度优于±2.8％。在输出功率为560 mW时，采用光束质量分析仪测量了激光输出光斑质量，结果显示，在570 nm最大和频激光输出时的光束质量因子M2为2.3。所提出的复合内腔和频技术可为新波长激光器的发展提供参考。关键词：全固态激光器；黄光激光器；复合腔；和频- 36
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发布时间：2020-08-13 -
水下声信号的激光干涉测量
摘要：为准确测量水下目标的发声频率，在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时，用激光照射水面，携带声波信息的水面散射光与参考光干涉，利用精密光学测量装置探测光程差的改变，通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带，频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明，水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级，系统可以实时探测出4~15 kHz的水下声信号，且测量标准偏差＜7 Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。关键词：激光技术；激光干涉术；水下声信号；频率探测- 59
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发布时间：2020-08-13 -
采用亚微米埋入式光栅的彩色滤光片
摘要：为进一步提高彩色滤光片的色度性能和光能利用率，设计了一种宽带宽高透射率的亚微米埋入式光栅结构，该结构由PMMA基底、ZnS膜层、二维Al金属光栅和SiO2覆盖层等组成。采用严格耦合波理论分析了ZnS膜层厚度、周期、占空比等结构参数对透射光谱特性的影响，并在此基础上优化结构参数，获得了宽带宽滤波输出。当透射光谱中心波长为635，530和455 nm时，相应透射效率分别为68%，78%和71%，半极大值处全宽（FWHM）约为100 nm。计算结果表明，与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比，所设计光栅结构的中心光谱透射效率可提高19%，并有效减少了三色输出光谱之间的重叠区域，提高了彩色滤光片的色度性能。关键词：亚微米埋入式光栅;宽带光谱;彩色滤光片- 43
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发布时间：2020-08-13 -
用于大气遥感探测的临边成像光谱仪
摘要：分析了大气临边成像光谱探测的原理，依据应用要求设计研制了光栅色散型紫外/可见临边成像光谱仪原理样机。该样机采用宽波段折射式消色差前置望远光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配的结构形式，工作波段为540~800 nm(一级光谱)和270~400 nm(二级光谱)，通过切换紫外、可见带通滤光片来实现两个波段分别探测，质量为8 kg， 体积为450 mm×250 mm×200 mm。用该样机进行了实验室光谱实验，并对光谱分辨率进行了分析，测量了该样机的实际光谱分辨率。测量结果表明，该样机的实际光谱分辨率为1.3 nm，接近其理论光谱分辨率1.12 nm，满足设计指标1.4 nm的要求，并具有体积小、质量轻等特点，适合空间遥感应用。关键词：临边成像光谱仪；原理样机；大气遥感；光学设计；光谱实验- 55
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发布时间：2020-08-13 -
表面等离子体激元透镜设计及其数值计算
摘要：提出了一种新的表面等离子体激元透镜的设计方案,该方案通过在两个亚波长小孔的外表面放置电介质光栅实现对入射光束的有效会聚。利用遗传算法研究了波导中表面等离子体激元的色散关系，结果表明，通过调节亚波长小孔的宽度和介电常数可以有效地调控有效折射率,从而实现对亚波长金属平板波导结构中表面等离子体激元传播特性的调控。利用时域有限差分方法(FDTD)结合完美匹配层(PML)边界条件数值模拟了此结构中的光场分布，讨论了光栅周期数对成像特性的影响, 从而深入理解了纳米聚焦效应的物理机制。结果显示，随着表面光栅数的增多，焦距和焦斑大小都在增加。光栅数从5增加至11时，焦距由1.715 μm增大至2.325 μm，焦斑大小由0.615 μm增大至1.715 μm，这一结构有可能被用作未来集成光路中的纳米聚焦器件。关键词：金属波导；表面等离子体激元透镜；亚波长小孔；时域有限差分法- 52
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发布时间：2020-08-13 -
运用统计小波的光纤光栅结构健康监测技术
摘要：针对振动型结构健康监测方法的特点，搭建了基于非平衡M-Z干涉仪和相位载波解调技术的光纤光栅损伤识别系统。运用小波包分解振动信号，建立了基于小波包节点能量相对变化率之和的结构损伤识别指标；介绍了统计过程控制原理，推导了使用均值-极差控制图分析损伤识别指标，识别结构连续损伤的过程。实验测试了铝制简支梁结构处于健康状态和3种损伤状态下的各40次振动信号。信号时域图显示各状态振动信号持续时间均约为0.05 ms，幅值基本相同。依据结构健康状态下的统计过程控制限 (12.85,41.35)进行了均值-极差控制图损伤识别分析，结果表明，搭建的损伤识别系统能连续地对结构进行健康监测。关键词：光纤光栅；小波包分解；统计过程控制；结构健康监测；损伤识别- 53
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发布时间：2020-08-13 -
土壤中石油矿物油的荧光特性测量
摘要：为了实现对土壤中石油污染物含量的监测，保护土壤环境，采用荧光光谱测量分析方法对原油、柴油、机油3种矿物油进行了荧光特性研究。首先，理论分析了石油有机物受激发射荧光的机理；然后，利用荧光光谱仪对水和土壤中的原油、柴油、机油分别进行了荧光测量实验，考察了它们在不同浓度条件下的光谱特性。结果表明，原油、柴油、机油在水中和土壤中受紫外光激发时都能够发出很强的荧光，荧光光谱位于可见光区350~700 nm；当它们在水和土壤介质中的浓度为0.0~1.0 mg/kg时，其荧光强度与浓度均成线性关系，在水中最低检测浓度为0.005 mg/kg，在土壤中的最低检测浓度为0.010 mg/kg。实验证明了利用荧光光谱法对土壤中的石油污染物进行检测分析是可行的。关键词：矿物油；水；土壤；荧光特性；光谱分析- 62
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发布时间：2020-08-13 -
CUDA架构下的液晶自适应波面数值解析
摘要：在GPU通用计算架构下，首次提出了CUDA架构下的液晶自适应光学波面数值解析方法。针对高分辨率液晶自适应光学系统，介绍了液晶自适应光学的波面数值解析算法，论述了CUDA的通用架构；然后，建立了CUDA实现波面数值解析的编程模型，在此模型中引入了并行线程的有效利用，全局存储器的高效访问和数据直接回写3种优化方案；最后，给出了GPU与CPU的实验对比结果。结果表明：CUDA计算分辨率为512×512，对35项Zernike多项式的波面数值解析需时不到1 ms，计算速度是传统CPU波面数值解析的几十倍。提出的方法减小了系统延时，提高了校正速度，建立波面数值解析CUDA编程模型采用的优化手段可为其它数学计算模型提供参考。关键词：图形处理器(GPU) ；CUDA；液晶 ；自适应光学；波面解析- 43
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发布时间：2020-08-13
现代应用光学
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Preisach迟滞逆模型的神经网络分类排序
摘要：为了补偿影响压电陶瓷执行器纳米定位系统精度的迟滞非线性，提高系统的控制精度，开展了基于压电陶瓷执行器的迟滞非线性逆模型的研究。兼顾到迟滞的擦除特性和建模的精确度，提出了一种Preisach逆模型分类排序法的神经网络实现方法，用神经网络取代了传统的反查值方法，以避免插值误差。建立三层BP神经网络，运用实测数据进行训练，确定各层权值；然后，结合排序得到的电压和位移极值信息，通过神经网络方法拟合出较精确的输入电压值。运用若干组实验数据检验了此逆模型的有效性，结果表明，该神经网络的实现方法将逆模型的平均误差降低到了1.5 V以下，最大误差绝对值降低到了2.7 V以下。与反查值方法相比，神经网络实现方法有效提高了压电陶瓷执行器纳米定位系统的迟滞逆模型的精度。关键词：压电陶瓷定位器；定位精度；Preisach迟滞模型;分类排序;逆模型;神经网络- 34
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发布时间：2020-08-13 -
绝对式多极磁电轴角编码器的设计
摘要：为了实现多对极磁电式轴角编码器的高分辨率绝对式检测并降低其成本，基于改进格雷码构建了一种新型多极磁电轴角编码器模型，提出一种基于校准查表的信号处理方式，以消除磁场非线性和装配误差对测量精度的影响。设计了两个由永磁体磁环构成的码道：粗码道，根据改进格雷码生成N和S极充磁顺序，采用圆周均匀分布的线性霍尔元件得到转子所处磁极区域的绝对偏移量；细分码道，N和S极等距间隔排列，定子上3个线性霍尔元件将磁信号转换为电信号，查表得到转子于所处信号周期内的相对偏移量。在离线状态下，用高分辨率的增量式光电轴角编码器进行校准，对其A/B相脉冲输出和磁电式轴角编码器的霍尔信号同时采样并上传到计算机进行高精度信号重构，得到标准角位移和霍尔信号映射关系，通过单片机的自编程技术将数据存储于主控芯片中固定地址以供查表；角位移检测状态下，根据霍尔信号查表得到绝对角位移。根据上述原理研制出12极磁电式轴角编码器样机，实现了分辨率为±0.72′，精度达±1.2′以下的单圈绝对位置检测。该编码器通过增加磁极数还可进一步提高测量精度。关键词：磁电轴角编码器；查表；校准；绝对检测- 43
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发布时间：2020-08-13 -
主辅通道型微混合器的设计与制作
摘要：为了实现微量液体的快速均匀混合，设计了一种PDMS双层结构的新型微混合器。研究了混合器的制作方法以及几何尺寸和Re数对混合的影响。依据Fick第一定律介绍了主辅通道型微混合器的设计原理；采用有限元方法对不同几何尺寸及Re数下混合器中液体的速度流场及浓度场进行了数值模拟；数值分析显示，随着主辅通道出口宽度比的减小，通道长度的增加和雷诺数的减小，混合器的混合率增加。最后，依据仿真结果制作了主辅通道深度比为0.71，出口宽度比为1，通道长度为9 mm的微混合器并进行了去离子水和红墨水的混合实验。实验结果表明：当Re<5时，设计的混合器能实现液体的快速混合，并且混合率随着Re的减小而增大，基本满足低Re数下微量液体快速均匀混合的要求。关键词：微通道;微混合器;浓度梯度;扩散;PDMS- 39
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发布时间：2020-08-13 -
点激光测头激光束方向标定
摘要：为了使点激光测头能在任意方向上实现测量功能，提出一种逆向工程中标定激光束方向的方法，设计了一种标定面方向可调的标定块配合标定。标定过程中，让激光测头在标定面上分别沿X、Y、Z3个轴方向做等间距运动，根据进给步长与激光束长度变化量之间的关系确定激光束的方向。以三坐标测量机为平台，给出了以任意方向安置点激光测头时，测量值从传感器坐标系到基准坐标系的转换过程，并对标定算法及整个标定过程进行了详细描述。最后，通过与接触式测量进行对比实验，验证标定后点激光测头的测量效果。实验结果表明，用该方法标定的点激光测头在3σ范围内沿任意方向的测量误差为（0.045 2±0.016 8） mm，满足逆向工程的测量要求。关键词：逆向工程；点激光测头；光束方向；标定- 43
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卧式板型直线超声电机的微型化
摘要：基于L1B4板型直线超声电机，研制了一种外型尺寸为36 mm×5 mm×4 mm的卧式板型微型直线超声电机。论述了电机的工作原理和运行机理，使用解析法和有限元法进行了微型化结构设计，分析了定子的振动模态，并实现了频率简并。通过模拟压电激励的动态频率响应，对比了样机的5片压电陶瓷布置方案和常用的两片压电陶瓷布置方案的共振位移响应曲线，证实了采用5片压电陶瓷布置方案增大了输出端点处产生的振动位移。样机特性测试实验表明，当激励信号电压为150 Vpp，频率为62 kHz时，电机最大速度为183.7 mm/s，输出推力为50 mN。预期该电机可以用于电机安置空间比较狭窄且需要一定动力的直线驱动场合。关键词：直线超声电机;L1B4振动模态;微型电机- 48
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变焦距镜头凸轮结构优化设计
摘要：变焦距镜头普遍采用机械补偿法来改变焦距，变焦凸轮是其实现连续变焦的关键。为了减小变焦距镜头的质量和体积，本文研究了用机械补偿方式改变变焦距镜头焦距的原理，采用NX/Nastran软件对变焦凸轮结构进行了仿真分析，并针对分析结果对变焦凸轮结构进行了优化设计。优化结果使变焦凸轮质量减小了88 g，壁厚减小了1.5 mm，外径尺寸减小了3 mm。对优化后的变焦凸轮进行了模态分析和热分析。模态分析显示，凸轮主体一阶频率为50.3 Hz；热分析显示，凸轮在90 ℃温差作用下变形大小为0.006 mm。最后通过对光学传递函数的检测以及振动和高低温试验验证了仿真分析的正确性，表明对变焦凸轮的优化设计是成功的。关键词：变焦距镜头；凸轮；结构设计- 81
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IPMC型柔顺手爪作动器的设计与性能测试
摘要：为克服传统手爪机构传动链多，耗能大，结构复杂等缺点，设计并制作了一种应用电致动智能材料（IPMC）的柔顺手爪。运用Pro/E软件设计IPMC手爪的主体结构，并分析其运动过程，最终装配完成IPMC手爪；运用激光位移传感器，精密电子秤和Canon相机测试了研制的4片IPMC驱动薄膜的末端位移，端部力和平均运动速度，并通过Labview测试系统对其进行采样和分析。实验结果表明：IPMC手爪驱动元件的角位移在3 V电压激励下超过了180°（-3 V电压下负向位移与+3 V电压下正向位移之和）；其末端位移大小为其自身（除固定部分外）总长；手爪驱动薄膜每片重量约为0.5 mg，可抓握质量为1.6 g左右的物体。该手爪结构简单、位移大、耗能低；同时，由于IPMC的柔顺特性，在抓取物体时它会贴附在其表面，而不破坏其表面精度。因此，这种手爪适用于抓取表面粗糙度要求高的物体。关键词：仿生机械；柔性手爪；人工肌肉；IPMC；离子交换膜；EAP- 59
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使用自激振荡法提高原子力光子扫描隧道组合显微镜的扫描速度
摘要：介绍了采用频率偏移控制样品/探针间距的原子力光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)。制备了尖端直径＜100 nm，锥角为60～90°的锐利大锥角探针用于轻敲自激振荡模式的AF/PSTM，该探针固定在压电陶瓷片上置于一个正反馈回路中激励探针振荡。使用锁相器解调自激振荡探针的频率，调整Z方向压电陶瓷的运动使得锁相器检测到的值维持恒定来跟踪样品的起伏。对外加激励模式和自激振荡模式进行了对比。理论分析表明，自激振荡方法减小了探针响应时间；测试试验显示，采用自激振荡模式AF/PSTM的带宽为50 Hz，比外加振荡模式快一个数量级。采用改进后的仪器对光栅样品以1 Hz的速度进行了扫描，扫描结果显示，采用自激振荡的方式得到的形貌和光学图像比外加激励模式更清晰，不仅响应时间更快，通过提高Q值还可以提高分辨率而不会增加系统进入稳态的时间。关键词：原子力/光子扫描隧道组合显微镜；自激振荡模式；响应时间- 70
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机抖激光陀螺温度场的有限元模拟与实验
摘要：为了研究机抖激光陀螺内在热源对陀螺性能的影响，利用有限元分析软件ANSYS建立了机抖激光陀螺的温度场模型，对有限元模型进行了温度场仿真分析。描述了有限元模型的简化方法，介绍了材料热参数的处理及热生成率和换热系数的计算方法，最后给出了机抖激光陀螺的稳态温度场1 h和3 h的瞬态温度场分布，指出了机抖激光陀螺的最高、最低温度分布区域及温度梯度分布情况。设计了高精度的铂电阻测温电路，其测温精度为0.005 ℃，仿真与实验对比结果表明，计算误差优于2%，验证了模型的正确性和合理性。本文的研究方法可为陀螺盒体内部测温点的选取提供指导意见，有助于提高机抖激光陀螺的温度补偿效果。关键词：机抖激光陀螺；温度场；有限元分析- 67
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车载经纬仪的静态指向误差补偿
摘要：为了降低载车平台变形对经纬仪静态测角精度的影响，补偿较大变形产生的测角误差，实现移动站弹道测量，分析了平台变形对光电经纬仪静态测角误差影响的基本原理，利用固定在方位轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致的经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角，并计算其测量坐标系的变化量。建立了平台中心变形角的底部轮廓图，经过有限的平台变形采样，存入计算机，在计算机中以方位、俯仰角为输入变量建立二维查找表，通过插值计算全方位角和全俯仰角的平台变形量，进行事后补偿。实验结果表明，该方法能够有效地补偿因平台变形而带来最大为142″的测角误差，使方位测角精度提高44″，俯仰测量精度提高8.5″。该方法为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。关键词：车载平台;经纬仪；变形测量;指向误差- 47
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高速运动测量机的研制与试验
摘要：为了对高速运动测量装置进行校准，研制了一种闭环控制的高速运动测量机，该测量机可根据需要设定运动参数，按照正弦波和三角波速度曲线进行高速运动。高速运动测量机采用了花岗岩工作台和空气静压导轨技术，其高速驱动控制系统采用直线电机和PMAC运动控制卡，并以反射式钢带光栅作为位移检测和反馈控制传感器。采用铷原子钟作为控制数据采集的时间基准，通过精密时间间隔发生器同步控制基于现场可编程门阵列（FPGA）的高速数据采集系统，实现对位移的高速数据采集。试验表明，采用正弦波和三角波速度曲线进行高速运动时，高速运动测量机在300 mm行程的速度已分别达到5.3 m/s和7.6 m/s，最大位移跟随误差分别为-1.56~1.01 mm和-1.41~2.23 mm。该测量机可用于高速运动装置的校准测量。关键词：高速运动；测量机；直线电机；空气静压轴承；铷原子钟- 67
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舰载光电设备跟踪掠海目标的控制
摘要：舰载光电设备跟踪低空掠海目标时会由于载体摇摆受海面杂波的影响而导致跟踪失败，本文将基于CA模型的有限记忆最小二乘滤波与“近似-比较”模型前馈控制相结合，提出了一种能够全自动跟踪低空掠海目标的控制算法。该算法首先根据CA模型的最小二乘法从惯性导航角度数据滤波出速度数据前馈到速度回路；然后，通过“近似-比较”模型判断是否捕获了海面杂波；如果捕获了海面杂波，随即切换跟踪方式从电视跟踪转为数引跟踪。对提出的算法进行了试验验证，结果表明，该算法再次捕获掠海目标时间为437 ms,比人工干预的5.93 s提高了一个数量级。该算法在实现了全自动捕获、跟踪的同时，缩短了由于视轴“扎海”跟踪失败后再次捕获掠海目标的时间。关键词：舰载光电跟踪;CA模型;有限记忆最小二乘滤波;低空掠海目标;近似-比较法- 55
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发布时间：2020-08-13 -
直接甲醇燃料电池测试用温度控制系统
摘要：为了精确控制燃料电池阳极燃料的温度，搭建了直接甲醇燃料电池（DMFC）测试用温度控制系统。针对温度控制对象为定速流动的特点，设计了用于加热流动液体的特殊结构，即将不锈钢软管以双层跑道的布局紧密贴合于三层黄铜板之间，以延长液体在加热块中的流动时间，保证出口流动液体温度的精确控制。计算了不同内径的不锈钢软管最小管长和控制系统的最小加热功率。采用半导体制冷片为流体加热/制冷元件，设计制作了其功率驱动和换向电路。采用基于PID闭环控制的VC++ 程序设计方法实现了温度自动控制。实验结果表明：温度控制系统的平均升/降温速度为14 ℃/min，稳态温度控制示值误差＜±2 ℃，能够满足DMFC恒定温度条件下实时测试的要求。关键词：直接甲醇燃料电池；测试；温度控制- 61
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发布时间：2020-08-13
微纳技术与精密机械
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三坐标测量机驱动的摄像机标定技术
摘要：为了降低摄像机的标定费用和提高标定精度，提出了一种基于三坐标测量机平动的摄像机标定技术，对该技术的原理、数学模型、标定步骤和标定精度进行了研究。根据摄像机标定的基本原理，利用三坐标测量机沿X、Y、Z轴移动和正交精度都很高的特点，以三坐标测量机带动待标定摄像机产生和白色陶瓷标准球球心（标定特征点）在X、Y、Z轴方向上的相对平动，得到标定特征点在测头坐标系中不同位置的坐标；在每一个确定位置，摄像机拍摄标定特征点的像，经图像处理后，计算出像点在计算机帧存坐标系中的坐标。引入测头坐标系，建立了该项摄像机标定技术的数学模型，给出了标定步骤，组建了标定系统。比对标定实验结果表明，基于三坐标测量机平动的摄像机标定系统与专用标定系统的标定精度相当，数据相差在±1 μm以内，满足工程实际精度要求，成本低、标定效率高。关键词：摄像机标定；三坐标测量机；平动； 测头坐标系； 数学模型- 40
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发布时间：2020-08-13 -
用群体智能理论处理联合变换相关器输入面图像
摘要：为提高联合变换相关器的性能，将群体智能理论应用于联合变换相关器输入面图像的预处理。介绍了群体智能的概念，阐述了其潜在的分布式特征及符合自组织生物学过程的特点，在此基础上提出了一种基于群体智能的联合变换相关器输入面图像特征提取方法。介绍了经典联合变换相关器的工作原理并分析了其优缺点，对群体智能的预处理方法与几种常用的输入面图像预处理方法在联合变换相关器中的应用效果进行了比较研究。结果显示，输入面图像经灰度变换后对相关结果的改善并不明显，而sobel梯度处理、形态学方法和群体智能特征提取方法都有效改善了联合变换相关器的相关结果。针对所处理的联合图像，基于群体智能的联合变换相关器的输出面互相关峰值为4 240，比sobel梯度处理联合变换相关器的互相关峰值高2 906，比形态学联合变换相关器的输出面互相关峰值高1 616，表明用群体智能理论处理联合变换相关器输入面图像，效果优于传统方法。关键词：联合变换相关器；预处理；群体智能；灰度变换；微分算子；形态学- 58
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发布时间：2020-08-13 -
面向IC封装的显微视觉定位系统
摘要：为了实现IC封装设备视觉定位系统的整体构建，在分析面向IC封装的视觉系统的基础上，对显微成像系统、视觉系统标定以及模式识别定位算法进行了研究。针对面向IC封装的视觉定位系统的特点，搭建视觉系统，并进行了系统标定。用Matlab编写了模式识别定位软件界面，并进行了相关试验研究。实验分析了系统的定位精度和稳定性，实验结果表明，标定误差基本满足正态分布，XY方向的平均误差为0.014 5和0.106 5 pixel，方差为0.310 3和0.277 5 pixel。经过对视觉定位系统的标定，并使用某种IC芯片进行实际定位实验，结果显示匹配定位误差可以控制在3.5 μm（0.4 pixel）以内。该视觉系统实现了亚像素级的定位精度。关键词：IC封装;视觉定位;显微视觉;系统标定;模板匹配- 64
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发布时间：2020-08-13 -
利用阶跃响应的4f光学系统图像复原
摘要：4f系统的输出图像存在带限低通、随机噪声和相干噪声并存的特点，对其进行复原处理时不仅要注重保护细节，而且还要处理高频随机噪声和低频相干条纹。为了提高其图像质量，针对这些特点提出了一套图像处理方案。首先，利用4f系统的阶跃响应获取相干噪声的位置和强度的先验信息；然后，对阶跃响应图像和待复原的图像分别进行同样过程和侧重保护图像细节的随机噪声去除，利用4f系统的线性特性将两幅去除随机噪声后的图像进行点除以消去相干噪声来完成复原。实验表明，该方案对峰峰信噪比和结构相似度指数都有很好的复原效果，其分别提高了5 db和6%左右；从视觉效果上看，该方法很好地保护了图像细节，符合4f系统的要求。关键词：信息光学；图像复原；阶跃响应；轮廓波变换；4f系统- 56
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发布时间：2020-08-13 -
软性电路板金面缺陷的无监督检测
摘要：为实现软性电路板（FPC）金面缺陷的准确自动检测，提出了一种以Gabor滤波器和Mean Shift聚类算法为基础的完全无监督FPC金面缺陷检测方法。首先，用Gabor滤波器组、数学形态学与Gaussian平滑处理抽取待检测图像的多维特征；然后，使用主元分析（PCA）将每个像素特征维数降为二维；最后，使用Mean Shift方法对二维特征数据进行聚类并将聚类的结果转化为二值图像。整个检测过程无需预先知道缺陷的类型和FPC金面的纹理类型，是一种完全无监督的检测方法。对带有各种缺陷的FPC金面进行检测实验，结果表明，该方法能够准确地将各类缺陷区域从背景区域中分离出来，具有自动缺陷检测系统所要求的识别能力强、稳定性高的特点。关键词：缺陷检测；Gabor滤波器；Mean Shift聚类- 58
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发布时间：2020-08-13 -
光电探测系统通讯控制卡设计
摘要：为了实现对各个光电探测分系统之间通讯的集成控制，基于PCI总线设计开发了通讯控制卡。首先，介绍了硬件电路的设计，包括各模块组成和现场可编程门阵列（FPGA）电路和PCI9054电路的设计。然后，阐述了PCI本地总线控制器，讨论了围绕PCI9054开发PCI系统硬件的注意事项和软件设计方法，并且介绍了通讯卡的各个功能模块。验证了通讯控制卡的各项指标，结果显示，PCI总线传输率可以达到26.3 MByte/s,最小计时为1 ms，精度为0.1 ms,8路RS-422同时工作时通讯速率为230.4 kbit/s。设计开发的通讯控制卡稳定可靠、精度高、抗干扰能力强，已经在多个重要项目中应用。关键词：光电探测系统；PCI总线；PCI9054；RS-422；现场可编程门阵列- 79
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发布时间：2020-08-13 -
利用脉冲耦合神经网络的图像融合
摘要：为了获得对同一场景更为准确、全面和可靠的图像描述，提出了一种基于脉冲耦合神经网络（PCNN）的图像融合方法。将多源传感器图像配准后的各个源图像用9/7小波变换的提升算法进行分解，从而得到各个源图像的低频分量和高频分量。对于低频分量，采用像素绝对值选大法进行融合；而高频分量则作为PCNN的输入，在迭代结束后，通过比较PCNN点火次数得到一系列融合子图像；然后，用9/7小波的提升算法将获取的一系列多尺度融合子图像进行反变换得到最终的融合图像。设计了可见光图像与红外图像的融合实验，对融合图像的熵、平均梯度、标准差、空间频率进行了定量比较。当使用标准源图像进行融合时，各值比使用传统小波变换与PCNN相结合的图像融合方法分别高0.010 4，0.245 9，0.113 1和0.284 6。关键词：红外图像；图像融合；9/7小波；提升算法；脉冲耦合神经网络- 53
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发布时间：2020-08-13 -
星点质心亚像元定位的高精度误差补偿法
摘要：在CCD星敏感器设计过程中，星点坐标的提取精度不仅影响星图识别的正确性，也直接影响星敏感器的最终姿态输出精度。本文通过分析传统质心法亚像元提取算法误差模型，证明该模型存在系统误差和随机误差。针对系统误差，提出了用最小二乘拟合法来估计质心位置和系统误差大小的对应关系，利用这个关系对系统误差进行补偿；针对随机误差，提出用边缘阈值法和星图整体相消法来消除。本文还分析了CCD成像数学模型，星光成像的能量分布近似服从二维高斯分布，星点高斯分布弥散半径不同，用于误差补偿的曲线方程也不一样，根据不同的高斯弥散半径，设计了误差补偿模板，用于补偿质心法的系统误差。实验表明，采用误差补偿模板，可以将质心法精度从1/20 pixel提高到1/200 pixel，满足了星敏感器高精度星点质心提取的要求。关键词：星敏感器;星点提取;亚像元;最小二乘法- 76
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发布时间：2020-08-13 -
利用改进的Retinex进行人脸图像光照处理
摘要：为了提高光照变化条件下的人脸识别率，针对Retinex算法处理人脸侧光照图像时会误增强阴影的边缘提出了一种基于新的传导函数的自适应平滑Retinex算法。该传导函数用空间梯度和像素的局部不一致性两种方式共同测量灰度的剧烈变化，在平滑图像的同时没有边缘增强效应，且不会损失人脸特征边缘。在平滑估计的迭代过程中,选取上一次与此次迭代结果中的较大值作为约束条件来保证估计出的亮度图像能满足Retinex理论的约束条件。在Yale B人脸库上的实验结果表明，本文算法能有效克服强侧光照时的阴影现象且没有损失人脸特征边缘；与较经典Retinex算法相比,侧光照时的识别率在最好情况时提高了24.2%，无强侧光照时也可提高4%左右，具有光照鲁棒性，可适用于任何光照条件下的人脸识别。关键词：人脸识别；Retinex算法；自适应平滑；传导函数；侧光照；阴影- 59
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发布时间：2020-08-13
信息科学
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