Nd∶GdYAG激光晶体的光谱分析及热学性能研究

本文对所生长的Nd∶GdYAG晶体的吸收光谱和荧光光谱进行了测试,采用Judd-Ofelt理论对振子强度和线强、强度参数Ω_(t)、4 F_(3/2)→4 I_(J)能级间的跃迁概率、能级辐射寿命、荧光分支比等光谱参数进行了计算,相关数据与YAG、LuAG、YVO4等晶体进行了对比。Ωt计算得出Ω2=(0.813±0.200)×10^(-20)cm^(2),Ω4=(3.381±0.187)×10^(-20)cm^(2),Ω6=(5.135±0.278)×10^(-20)cm^(2),相比YAG、LuAG、YVO4等晶体,Nd∶GdYAG晶体的强度参数Ω2较大,表明Gd^(3+)的掺入增大了基质的无序度。计算并拟合了300~1200 nm的吸收截面和折射率,其中808 nm处的吸收截面为5.0×10^(-20)cm^(2),1064 nm处的折射率为1.80。实测4 F3/2能级的荧光寿命为228μs,与计算的能级辐射寿命240μs接近;1064 nm处的发射截面为1.23×10^(-19)cm^(2),接近Nd∶YAG晶体的发射截面。室温下Nd∶GdYAG晶体的热导率为5.992 W/(m·K),略小于Nd∶YAG和Nd∶GGG,但大于Nd∶YVO4晶体。研究表明,Nd∶GdYAG是一种有应用前景的新型激光晶体材料。

基于特征增强知识蒸馏的目标检测压缩算法

本文提出一种基于特征增强知识蒸馏的目标检测压缩算法(ODCA)。首先,使用坐标注意力增强教师网络中间层特征对前景目标的表征能力;然后,采用二进制掩码在空间上区分前景和背景,并定义带权重的空间信息损失以平衡前景和背景特征蒸馏强度;最后,使用卷积操作统一教师和学生网络通道数,构造通道信息损失学习特征的通道间分布信息。在Pascal VOC数据集上的实验结果表明,所提算法将学生网络的平均精度均值从68.3%提高至75.7%。

曹家滩煤矿掘锚一体化施工工艺优化研究

针对曹家滩煤矿大断面煤巷智能快速掘锚成套装备与掘进工艺不匹配、无法实现完全平行作业等问题,为了提高掘锚一体化平行作业率,以现有技术设备为基础,开展了现场调研、跟班实测、理论分析及数值模拟,在实测掘进工作面工艺流程、人员配置、各工艺时间的基础上进行定量化与理论化研究,对截割、临时支护、永久支护等方面进行了优化。同时结合理论分析和数值模拟研究了锚杆密度、长度对巷道围岩变形的影响规律,在保证安全支护的前提下,提出锚杆减密加长的支护方案,即:在保证原有支护强度的前提下,通过增加锚杆长度和增大锚杆间距来缩短支护时间,提高支护效率,实现掘锚同步的平行作业。

Yb,Ho∶GdScO_(3)晶体生长及光谱性能分析

采用提拉法生长出了尺寸为∅30 mm×50 mm的Yb,Ho∶GdScO_(3)晶体。通过X射线衍射得到了晶体的粉末衍射数据,使用GSAS软件进行了全谱拟合,得到了晶体的结构参数。测试了晶体的拉曼光谱,在100~700 cm^(-1)观察到18个拉曼振动峰。对Yb,Ho∶GdScO_(3)晶体的光谱特性进行了表征,并计算了Yb^(3+)的吸收截面,其在940、975 nm处的吸收截面分别为0.31×10^(-20)、0.42×10^(-20) cm^(2)。采用Judd-Ofelt理论计算了Ho^(3+)的跃迁强度参量Ω_(t),Ω_(4)/Ω_(6)值为2.04,并计算了辐射跃迁概率、能级寿命及荧光分支比等光谱参数。结果表明,Yb,Ho∶GdScO_(3)晶体的发光性能良好,是一种有前景的2~3μm激光晶体候选材料。

γ射线辐照对Cr掺杂MgAl_(2)O_(4)晶体光谱特征的影响

为评估辐照对Cr:MgAl_(2)O_(4)晶体光谱特性的影响,采用辐照剂量为100 Mrad的^(60)Coγ射线照射抛光后的Cr:MgAl_(2)O_(4)晶体样品片,测量了辐照前后的拉曼光谱、透射光谱和荧光特性,并对辐照前后光谱变化的原因进行了分析。研究结果表明:样品的拉曼振动峰值的位置和强度都受到辐照的影响,但振动峰的数量没有改变;由于色心的吸收,辐照后250∼600 nm波长范围内的透射率均明显降低;辐照前后样品的荧光发射峰位一致,但辐照后荧光强度明显降低,同时辐照后的荧光寿命显著增加。

基于多任务上下文增强的花椒检测模型

花椒视觉采摘系统需要检测当前场景中的近景花椒。针对现有检测网络容易混淆相似外观的近景和远景花椒,难以准确检测近景花椒的问题,利用近景花椒与附近枝干的共生现象来区分近/远景花椒,提出基于多任务上下文增强的花椒检测模型。将枝干分割任务被加入目标检测网络中,用于引导全局特征同时表达花椒外观信息和枝干上下文信息;再为每个任务设计注意力模块调整全局特征,避免任务间的干扰。真实花椒数据实验结果表明:所提模型的精度相比YOLOv4、RetinaNet和SSD分别提高12.28%、17.23%和30.17%。该模型能够大幅度减少远景花椒误检,准确检测近景花椒。

基于秩正则几何变换的无监督字符缺陷检测

针对基于几何变换(GT)的异常检测忽略了特征紧凑性,难以准确区分高度相似的合格与缺陷字符的问题,定义秩正则损失鼓励紧凑特征表达,提出基于秩正则几何变换(RRGT)的字符缺陷检测算法。无监督异常检测仅使用正常样本(合格字符)作为训练集,RRGT对训练样本进行不同类型的几何变换。定义秩正则损失训练网络模型识别正常样本的变换类型。秩正则迫使同类变换的特征矩阵具有较小的秩,从而鼓励特征紧凑性。推理阶段使用网络预测施加在新样本上的变换类型。由于网络未使用异常样本(缺陷字符)训练,网络对异常样本的预测不确定性高,由不确定性可以检出异常样本。在旺旺牛奶盒喷点字符上的实验表明:相比GT,RRGT大幅提升了网络对缺陷字符预测不确定性的识别能力,缺陷检测的AUC值提高了4.8%。

提拉法下Yb:YAG单晶缺陷的正电子湮没研究

为满足固体激光器的应用需求,研究人员不断改进YAG激光晶体生长技术,其中控制YAG中的缺陷结构对于晶体的生长尤为重要。本工作对提拉法两种工艺制备的晶体样品进行了缺陷研究,特别是晶体散射点的起源。正电子湮没技术是一种对材料微观结构十分灵敏且有效的核物理技术分析表征手段,对空位缺陷、微孔等极为敏感。根据正电子湮没寿命谱与多普勒展宽谱的分析结果,无论工艺、有无散射点,样品的正电子寿命及多普勒展宽线性参数均存在差异。这说明晶体主要缺陷是YAG结构中的本征缺陷,散射点可能是空位团聚引起的纳米微孔,研究表明该技术可以灵敏地表征YAG晶体散射点。正电子湮没实验反映的晶体单晶质量差异与X射线衍射、单晶摇摆曲线、光透过率以及位错密度结果吻合。在研究晶体的物理性能和缺陷与材料微结构的关系上正电子湮没技术具有独特的技术优势,同时正电子湮没技术可以在微观尺度上有效反映晶体质量。

特厚煤层巨厚顶板分层综采工作面区段煤柱失稳机理及控制

针对特厚煤层分层综采工作面,采用理论分析及现场试验相结合的方法,对于巨厚直接顶下区段煤柱失稳机理及控制技术展开研究。首先分析各分层工作面沿空侧覆岩运移规律,通过建立覆岩结构力学模型,得到中、底分层工作面沿空侧覆岩载荷计算公式,其次基于弹塑性理论,得到窄煤柱及宽煤柱内部任意一点应力的解析解,并代入实际工程参数,分析不同尺寸煤柱内部应力分布规律,最后给出中、下分层工作面区段煤柱围岩控制关键技术,进行现场工业性试验。研究表明:中、下分层开采期间,上覆巨厚直接顶会形成"低位短悬臂梁+砌体梁+高位弯曲下沉带"的覆岩结构;将分层开采煤柱受力状态分为"宽煤柱弹性区应力叠加型"和"窄煤柱峰值应力叠加型"2种形式,分别求得宽煤柱内任意一点三向应力及窄煤柱内任意一点垂直应力的解析公式,其中覆岩应力集中系数、煤柱高度及煤柱宽度是主要影响因素;小于15 m的特厚煤层依然适合留设窄煤柱,其内部垂直应力峰值随煤柱高度增大而降低,再受到分层多次采动影响,窄煤柱内实际残余强度更低,更易失稳,而大于15 m的特厚及巨厚煤层不易留设窄煤柱;给出留设合理区段煤柱尺寸的方法,并提出"及时主动+2次被动+3次关键部位锚索注浆加强支护"的围岩控制方案,现场应用效果明显。

一种局部二值模式图像特征点匹配算法

针对图像匹配问题进行了研究,提出了一种改进BRIEF算法的特征点匹配算法。该算法利用随机点与特征点之间的差分大小和差分幅值关系来生成特征点描述算子。针对BRIEF对噪声敏感问题,因为小的像素幅值差分更易受到噪声影响,为了抑制噪声,通过设置小像素差分阈值,差分在阈值内的设置为不确定位,然后通过其邻域均值来决定不确定位的值。特征点匹配使用描述算子之间的汉明距离进行比较来完成。实验将BRIEF和ORB算法进行了比较,证明该算子具有更高的判别性,计算简单且具有很好的噪声抑制性能,运行速度快,匹配准确率更高。

基于高斯混合部件模型的铁路扣件检测

针对采集图像中铁路扣件存在形状的变化、扣件图像的光照差异较大和扣件被异物局部遮挡的问题,根据对可变形部件模型算法和高斯混合模型的研究,提出了高斯混合部件模型算法.结合扣件图像边缘特性及改进的 Roberts 算子计算图像梯度,将归一化后的方向梯度直方图特征作为高斯混合部件模型算法的底层特征,根据扣件形状划分部件,部件之间的相对位置采用星型连接方式度量,运用余弦相似性度量部件中方向梯度直方图特征的相似度,部件模型使用高斯混合模型并采用期望最大化算法迭代求解.将高斯混合部件模型算法应用于扣件检测中,最终平均检测效果为漏检率 3.16%、误检率 9.80%、正确率 90.27%.

基于自适应阈值Zernike矩的铆钉尺寸检测

针对铆钉尺寸检测精度低的问题,提出一种改进Zernike矩算法检测铆钉亚像素边缘,采用自适应方法取代固定阶跃阈值,从而实现高精度铆钉尺寸测量。首先,为检测铆钉直径、长度等尺寸,构造6个感兴趣区域并采用Canny算子提取粗定位边缘。然后,根据感兴趣区域内铆钉和背景之间的差异,自适应确定Zernike矩的阶跃阈值,从粗定位边缘中提取亚像素边缘点。最后,引入铆钉结构信息定义直线簇,对提取的亚像素边缘点进行拟合,根据直线簇方程计算得到铆钉尺寸。实验表明:相比其它亚像素方法,改进算法精度更高,铆钉长度和角度的检测精度分别达到0.01 mm和0.1°。

基于局部特征编码的LDA铁路扣件检测模型

针对潜在狄利克雷分布(LDA)模型中,视觉单词语义分辨能力弱,忽略特征之间的空间位置关系的问题,提出一种基于局部特征编码的LDA铁路扣件检测模型LC-LDA。首先,由K均值聚类图像底层特征得到视觉词典;然后,在特征编码过程中采用局部线性约束编码(LLC),减小特征的重构误差;同时,结合图正则化引入特征上下文信息,保证空间相邻、外观相似的特征编码结果一致;最后,利用LDA主题模型提取图像的主题分布,并在支持向量机(SVM)中学习得到扣件类别。实验结果表明,LC-LDA中各类别的扣件图像区分性增强,漏检率和误检率明显降低。

孤岛工作面顶底板应力传递规律数值模拟研究

针对下伏运输大巷长期受孤岛工作面应力集中影响破坏严重现状,对孤岛工作面进行回收处理,从而减小其对巷道围岩应力集中的影响。采用数值模拟方法,对比分析孤岛工作面回采前后顶底板应力传递规律,探讨孤岛工作面顶板支承压力规律、下伏运输大巷与孤岛工作面底板垂直距离不同时底板应力变化规律。研究发现:随着下伏巷道距离底板距离的增大,巷道围岩应力集中程度呈现减小的趋势;工作面回采后底板应力明显得以释放,底板巷道围岩应力集中系数减小52%~60%;底板巷道围岩剪切破坏呈现X形破坏。研究结果为后续巷道围岩支护优化提供了理论依据。

基于贝叶斯神经网络的冲击地压预测与影响因素权重分析

针对华丰煤矿4#煤层冲击事故频发的问题,采用理论分析及现场实验相结合的方法,对复杂开采技术类因素和多种典型性地质条件耦合作用下的冲击地压启动机理、能量来源及防治措施展开研究。首先分析4#煤层1411工作面冲击启动能量来源,通过建立工作面前方煤体及围岩结构承受动载荷、静载荷的力学模型,得到冲击启动区煤体内部任意一点的应力解析解;其次基于弹塑性理论,通过主应力平面偏转变换得出的最大主应力、中间主应力和最小主应力求得冲击启动区任意处单元煤体储存的弹性应变能的解析解,并根据现场实际工程参数,分析各种因素对煤体内部应力和能量分布规律的影响。结合力学模型解析解、数值模拟实验和现场记录参数的结果对工作面前方冲击地压的启动、传递和显现进行预测和分析。通过对冲击地压影响因素权重的分析发现了通过水力压裂降低顶板强度或水射流切割顶板降低老顶悬臂梁长度等对工作面防冲治理的优先级应高于保护层开采卸压等手段。

孤岛工作面支承压力影响下顶板破坏机理研究

为了探讨孤岛工作面支承压力影响下顶板破坏机理,通过采用理论分析,建立薄板力学模型,对孤岛工作面顶板弯矩分布规律进行分析,并结合实验室数值模拟手段对工作面顶板支承压力集中系数及顶板围岩塑性区演变规律进行研究。研究结果表明:在支承压力作用下,随着推进距离的增大,顶板支承压力集中系数呈现增大的趋势;工作面顶板煤壁中部弯矩显著大于煤壁两侧弯矩,该结果合理解释了工作面方向上支架工作阻力不相等的规律;顶板断裂的塑性区演变特征存在时空效应及力学特征,顶板四周所形成的横向“O”型破断与横向“X”型破断,共同构成了顶板破断的横“O-X”破断形式。

高密度闪烁体Nd∶GdTaO_(4)和Nd∶LuTaO_(4)发光跃迁强度计算

GdTaO_(4)和LuTaO_(4)是具有快发光衰减的新型重闪烁体。采用全谱拟合方法拟合了808 nm激光二极管(LD)激发的M相Nd∶GdTaO_(4)和M′相Nd∶LuTaO_(4)的光致发光谱,给出了它们的跃迁强度参数A k t,p。在808 nm激光激发下,GdTaO_(4)中Nd ^(3+)离子^(4)F _(3/2)能级的上下两个晶场子能级的粒子布居数比例接近1,而在Nd∶LuTaO_(4)中则为1.30、1.41,表明在808 nm激光激发下,Nd ^(3+)的^(4)F_(3/2)两个晶场子能级间的无辐射弛豫速率与激发速率相近。通过给出的跃迁强度参数A_(kt,p)计算了Judd-Ofelt跃迁强度参数Ω_(t),计算了Nd ^(3+)在GdTaO_(4)、LuTaO_(4)中的^(2)P_(3/2)跃迁几率,表明GdTaO_(4)和LuTaO_(4)中Nd ^(3+)的数百纳秒发光跃迁是由高的无辐射跃迁几率导致的快发光衰减。

采用XRF方法准确测定Yb:YAG晶体组分

针对目前普遍存在的难以准确测定晶体组分的问题,提出一种以YAG晶体为标样、采用X射线荧光光谱分析法准确测定晶体组分的方法。测试样品分别为纯YAG晶体、生长原料掺杂浓度1.2 at%和2.0 at%Yb:YAG晶体,采用X射线荧光光谱分析法,对不同浓度的Yb:YAG晶体的组分进行了无损、快速、准确的测定。以纯YAG晶体作为标准样品,标定主成分的含量,大幅提高了检测结果的准确度,主成分Y^(3+)和Al^(3+)的测试误差小于1%、掺杂Yb3+的测试误差小于5%。通过晶体放肩初始部位Yb^(3+)的浓度测定结果,计算出Yb^(3+)在两种待测晶体中的分凝系数分别为1.025和1.045,接近于1,有利于实现Yb:YAG晶体的高浓度掺杂以及优质晶体生长。2.0 at%Yb:YAG晶体的首尾掺杂浓度差小于5%,说明晶体等径部分掺杂浓度均匀性高。

结合全局和局部约束的sLDA铁路扣件分类模型

针对监督潜在狄利克雷分布(sLDA)模型中测试图像缺乏标注,导致测试主题分布忽略目标结构的问题,提出一种结合全局和局部约束的sLDA(glc-sLDA)扣件图像分类模型。首先,人工标注训练图像,并在sLDA模型中学习得到含有结构信息的训练主题分布;然后,计算测试主题分布,将测试图像的类别概率作为全局约束,将测试图像子块与训练图像子块的主题相似程度作为局部约束;最后,以全局和局部约束的乘积为更新权值,对训练主题分布加权求和得到新的测试主题分布,并在Softmax分类器中得到测试图像的分类结果。实验结果表明,glc-sLDA模型能表达扣件结构信息,与sLDA相比,各类别的扣件图像区分性增强,分类误检率减小了55%。

基于改进SSD模型的高铁扣件定位算法

高铁扣件的检测对于保障铁路的正常运行起着十分重要的作用。针对高铁扣件定位精度不足以及传统定位算法无法定位道岔处扣件的问题,设计一种改进的SSD(single shot detector)深度学习扣件定位算法,即Improved_SSD。首先采用ResNet101更换经典SSD深度学习模型中的VGG16,增加网络深度的同时提高特征的抓取能力;然后利用膨胀卷积扩大网络的感受野,以不增加模型额外结构的方式提高模型的鲁棒性;最后提出一种非极大加权抑制方法,进一步提高扣件的定位精度。实验结果表明:与经典SSD算法相比,本文算法对扣件定位的召回率和精度分别提高了3.4%和4.7%;与其他几种扣件定位算法相比,本文算法不仅提高了对普通轨道扣件的定位精度,而且解决了传统定位算法无法定位道岔处扣件的问题。