基于双线性RepVGG注意力网络的花卉分类

为进一步提高花卉分类的准确率,在对双线性卷积神经网络、RepVGG及注意力机制进行研究的基础上,提出一种基于双线性RepVGG注意力机制的网络模型。首先利用RepVGG网络替换原始的特征提取网络VGG,以提高对花卉主要特征的提取能力;然后在两个RepVGG网络中分别引入通道注意力及空间注意力机制,并利用两个RepVGG网络外积后生成的高维双线性特征,来提取花卉的细粒度特征;最后通过结构重参数化,将RepVGG的各层转换为单路结构,以提高模型推理的速度。实验结果表明,在增强的Oxford-102数据集上,新模型与原始模型及常见模型相比,其推理速度及分类准确率均有较大的提升,与未引入注意力前相比,分类准确率也有一定的提升。

场站空间甲烷逸散泄漏激光遥测光路匹配研究

基于计算流体力学(CFD)对非合作目标条件下甲烷遥测路径进行分析,结合一维视线积分浓度表征模型,开展不同风速、不同泄漏位置工况下甲烷逸散数值模拟研究,探究不同扫描方案下,甲烷视线积分浓度值变化规律,获得油气场站激光检测最优方案,与实际检测路径进行光路匹配。研究结果表明:在不同泄漏位置与不同风速条件下,光路水平距离为5 m的扫描方案能够实现油气场站泄漏气体的快速扫描与报警;随着泄漏位置与检测器水平距离增大,风速增强,光路水平距离为5 m的扫描方案在报警时间方面比其他方案优越性更明显。

基于改进YOLOX-S的太阳能电池片表面缺陷检测

针对太阳能电池片表面缺陷检测存在模型体积大和检测性能不达标的问题,提出了一种轻量化YOLOX-S检测模型用于工业生产。首先以YOLOX-S模型为基础,采用轻量级网络MobileNetV3优化主干网络,减少模型参数,降低模型运算量,提高检测速度。其次采用FReLU激活函数改进MobileNetV3,使模型具有空间像素级建模能力,提高模型空间特征信息灵敏度,增强模型对小目标缺陷的特征提取能力。最后,在颈部网络引入注意力特征融合模块,聚合多尺度信息,加强模型的多尺度特征融合能力。实验结果表明,改进的YOLOX-S检测模型平均精度均值可达97.6%,参数量减少43.2%,检测速度达到51帧/s,置信度均在90%以上,检测结果可靠。

基于改进YOLOv5s的道路裂缝检测算法

为了解决道路巡检系统光学传感器采集的裂缝图像中颜色特征不明显且尺寸不规则造成检测精度不高、泛化能力不足的问题,提出改进YOLOv5s的裂缝检测算法。将结合深度可分离卷积(Depthwise Separable Convolution, DSC)的全局注意力(Global Attention Mechanism, GAM)引入主干特征提取网络,在降低注意力复杂度的同时获得丰富的跨维度特征,增强了裂缝的识别能力;采用空间金字塔软池化网络(Spatial Pyramid Softpool, SPSF),通过Softpool池化保留多维语义以减少信息弥散,提高了边界框回归的准确性;在颈部特征增强网络,运用空洞深度可分离卷积(Atrous DSC)进行下采样,通过扩大感受野加强深层和浅层信息的聚合能力,提高裂缝识别的泛化性。经过在自制道路裂缝数据集上的实验,相较于YOLOv5s,改进算法的mAP提高2.2%,有效提升了道路裂缝检测的准确性和对不同背景下裂缝识别的泛化能力。

基于响应面法的Ni60/WC涂层表面织构皮秒分束工艺参数预测研究

目的实现六分束激光在Ni60/WC涂层表面烧蚀目标织构激光加工工艺参数的精确选择。方法基于CCD响应面法,设计在不同的激光工艺参数下对Ni60/WC涂层表面进行织构烧蚀试验,以激光频率、扫描次数、扫描速度为影响因素,以圆凹坑织构直径、深度及由其直径和深度综合加权所得的综合目标为响应目标,建立目标织构所需激光工艺参数的预测模型,以织构直径、深度及综合目标作为优化条件,对预测模型进行实验验证。结果扫描次数对织构直径的影响最显著,单个脉冲光斑上所聚集的能量大小是影响织构直径误差的关键因素。对织构深度影响最显著为扫描次数和频率,织构深度与扫描次数、频率呈正相关,不同因素间的交互作用是影响织构加工结果的关键。通过对预测模型所优选的参数进行实验验证发现,以织构直径和深度、综合目标建立的预测模型优选工艺参数所加工圆凹坑织构的质量评价指标与其预测指标的误差率分别为19.37%、3.57%。功率为6 W时,六分束激光加工最优工艺参数为速度5500 mm/s、频率400 kHz、扫描2次。结论通过综合目标建立的Ni60/WC涂层表面圆凹坑织构六分束激光加工参数优选预测模型精确程度较高,能够实现Ni60/WC涂层表面加工所需织构激光参数的准确预测,为涂层表面织构加工激光参数精确选择提供了理论依据。

激光轰击金属液面溅射过程的数值模拟

目前,极紫外光被认为是制备特征尺寸小于7 nm芯片所必备的光源,激光轰击液态金属锡靶是其产生的主要方式之一.采用体积分数(volurne of fluid,VOF)方法建立了激光轰击金属锡液面产生溅射的模型,并对液料溅射和雾化的演化过程进行了数值模拟,研究了冠状水花的产生机制以及雾化时的流场变化.在此基础上,进一步研究了金属液态锡在不同的能量、光斑直径和脉宽的激光轰击下溅射产生的冠的宽度和高度随时间演化情况.研究表明:在激光辐照产生的高压等离子体的高速冲击下,液膜经历快速运动、冠状射流和雾化3个阶段,液膜生长主要原因是惯性力作用;液膜上下两端存在较大的速度梯度是射流形状发生变化的主要原因;冠边缘处雾化现象的产生是由Rayleigh-Taylor和Plateau-Rayleigh不稳定性共同作用的结果.在激光轰击下,冠的高度和宽度随激光能量增加而增大,但随着时间推移,冠宽和冠高的增长速率逐渐减小;激光光斑和脉宽对冠宽及冠高的影响较为复杂,在前期影响较小,在后期冠宽及冠高随它们数值增加而减小.

激光除漆对铝合金基材表面质量的影响

目的研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况。方法采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验。采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微观形貌,并利用维氏硬度计对表面显微硬度进行检测。结果选择合适的激光参数能够完全除去复合漆层,当激光功率过高或激光扫描速度较低时,会发生过度清洗现象,清洗后表面的阳极氧化膜层发生损伤,甚至被去除的情况。在激光功率为450、400 W,扫描速度为4.5 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层发生破损;在激光功率为450、400 W,扫描速度为4 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层已经被去除。在激光功率为500 W,扫描速度为5.5 mm/s,与激光功率为450 W,扫描速度为5 mm/s时,完全去除复合漆层后的阳极氧化膜层表面的平均维氏硬度分别约为211HV与242HV,在工艺参数为450 W、4.5 mm/s时,表面平均维氏硬度约为168HV。结论在激光除漆的过程中,采用合适的激光工艺参数彻底去除漆层后,铝合金表面阳极氧化膜层的显微硬度并未受到影响。在发生过度清洗时,铝合金表面的阳极氧化膜层会发生烧蚀损伤以及弹性振动剥离。

星载激光雷达视轴监测系统设计

提出了一种针对星载激光雷达在轨高精度光轴监测与标定需求的多光轴监测方法,该方法基于主动激光光源。通过使用785 nm的激光,分束后分别照射到星敏感器的基准棱镜和接收望远镜的取光棱镜,反射信号被聚焦至监视相机的焦平面,实现了对接收光轴及星敏光轴的精确监测。此外,监视相机还同步采集发射激光的部分能量,用于测量监测发射光轴。文中详细描述了光学系统的设计流程及关键组件的优化方案,并通过地面真空环境试验及在轨监测数据进行了验证。设计结果表明,各监视通道的成像质量达到了衍射极限,收发光轴的设计精度分别为0.09μrad和2.28μrad,关键组件取光棱镜的温控精度达到了±0.2℃。地面的真空热光试验结果进一步验证了该方案的高精度光轴监视能力,收发光轴的监测精度均优于3μrad。最后通过分析激光雷达入轨后的测量数据,确认了视轴监测系统的工作稳定性,成功实现了在轨的高精度光轴监视。该研究成果为星载激光雷达提供了一种有效的在轨高精度光轴监测与标定解决方案。

透明硬脆材料激光剥离关键问题研究(特邀)

透明硬脆材料由于其优异的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性以及光电性能,广泛应用于半导体与电子领域。传统透明硬脆材料切片方法效率低、材料损耗大,制约了硬脆材料的推广应用。激光剥离技术是近年来新兴的一种透明硬脆材料切片新方法,较传统金刚线切割方法大幅提升硬脆材料的切片效率和材料利用率,目前已发展成为硬脆材料激光加工领域学术研究与产业应用的焦点。文中深入分析透明硬脆材料激光剥离物理过程,归纳激光剥离过程关键科学问题:透明硬脆材料对激光的非线性吸收、激光作用下材料内部微观结构演化与缺陷扩展规律,以及激光光场调控对材料改质影响机制等。基于这些科学问题,综述了近年来激光剥离不同类型透明硬脆材料的研究进展,目前用于激光剥离的材料已涵盖了SiC、Si、GaN、金刚石等半导体材料,蓝宝石、多晶Al_(2)O_(3)、氧化锆等陶瓷材料,激光剥离技术已发展出超快激光双脉冲诱导剥离、超快激光-化学辅助剥离、多激光复合剥离等。激光剥离物理过程是一个典型的激光-材料-热学-力学多学科交叉问题,尽管在实验结果方面获得了显著突破和迅猛发展,但目前对于工艺机理仍缺乏深入的理论与数值建模研究。未来透明硬脆材料激光剥离技术将会朝着百微米以下超薄厚度剥离、改质层低损伤、工艺自适应等方向发展,将为半导体与电子等领域快速发展提供更大的技术支撑。

“LIBS关键技术与应用”专辑前言

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种基于原子发射光谱的物质分析技术,具有样品预处理简单、系统简洁、原位在线探测、多元素同步分析等优点。随着激光器、光谱仪、人工智能等相关技术的发展,LIBS被广泛应用于流程工业、地理环境、生物医学、深空探测等诸多领域,被誉为化学分析技术的“未来巨星”。

基于旋量理论的镜像加工运动学建模及轨迹自动修调研究

针对镜像加工过程中结构变形致使加工精度难以控制的问题,建立了基于旋量理论的镜像加工剩余壁厚运动学模型,综合考虑零件加工要求及镜像约束关系,提出了镜像加工“支撑-铣削”轨迹生成方法,建立了针对工件变形补偿的镜像支撑轨迹修调模型,实现了镜像加工“支撑-铣削”轨迹自动修调。栅格壁板镜像加工验证试验结果表明,提出的镜像加工“支撑-铣削”轨迹生成和自动修调方法可以满足镜像加工剩余壁厚要求。

激光冲击强化技术在核电领域的研究进展

激光冲击强化技术属于改善金属性能的重要表面形变强化技术,因其独特的技术优势在航天及船舶领域获得广泛应用。随着科技的发展研发出多种激光冲击强化技术,并逐渐开始在核电装备领域获得应用,然而针对该技术在核电领域的研究进展缺乏系统的综述。先通过介绍不同表面形变强化技术,叙述激光冲击强化技术的发展,阐述激光冲击强化机制,最后综述激光冲击强化技术在核电领域的应用研究进展。总结发现,激光冲击强化技术可有效改善核电领域材料力学、摩擦磨损及腐蚀性能,但传统和添加辅助手段激光冲击强化技术受约束层和吸收层影响较大,无涂激光冲击强化技术对金属易产生热效应,飞秒激光冲击强化影响层浅且强化效果差,不同工艺技术在核电领域提升摩擦磨损性能研究较少。对不同工艺激光冲击强化机理及在核电领域材料不同性能的提升进行深入研究,为进一步提升激光冲击强化技术在核电领域材料的应用提供理论基础,可为核电领域关键装备进行强化、提升核电装备运行寿命提供参考。

相干测风激光雷达回波偏振态对径向风速精度影响

为了解决大气退偏效应造成激光回波与本振光偏振失配,导致相干测风激光雷达(LiDAR)外差效率降低的问题,基于相干多普勒激光测风雷达的系统组成和工作原理,采用数学建模法,仿真分析了回波偏振态对系统信噪比、探测距离和径向风速误差的影响;提出了偏振态修正途径,并利用琼斯矩阵建模讨论修正精度;用径向风速比对实验验证不同回波偏振态对径向风速精度的影响。结果表明,对于同一测试系统,在相同的天气条件下,与回波为圆偏振态相比,回波为椭圆偏振态时的最大探测距离下降46.7%,径向风速精度下降63%。此研究为相干多普勒测风激光雷达回波接收模块的优化提供了理论支撑。

基于混合合束的复合激光系统

采用偏振合束与光谱合束结合的方式,实现了4种近红外激光束的空间合成,包括固体纳秒脉冲激光、高功率连续光纤激光、高重复频率纳秒脉冲光纤激光和亚毫秒(长脉冲)光纤激光。开发了仿真软件对偏振合束器、光谱合束器及各激光器的光谱特征和偏振特性等主要相关参数进行设计优化,基于仿真结果研制了由上述4种激光系统和一套偏振/光谱合束链路构成的复合激光系统。系统的合束效率可达93.9%,实现了近红外波段多种脉冲和连续激光束的共轴发射,该系统可用于研究激光与物质相互作用的合作效应。

气流与激光联合作用铝合金板热响应研究

为了获得激光加工等应用中气流环境激光辐照材料的热响应特性和熔穿规律,采用面热源近似和不定常热传导分析方法构建了包括热传导、对流换热、熔化烧蚀等主要机制的物理模型,并通过实验校核后进行了气流环境激光辐照铝合金热学响应定量评估,获得气流环境不同激光功率密度下铝合金靶板温升和烧蚀熔穿规律。结果表明,相同靶参数下,熔穿时间随着激光功率密度增加而急剧减小,并且熔穿时间变化规律与热平衡积分方法气化烧蚀模型结果一致;不同条件下熔穿时间显示,在激光功率密度较小(500 W/cm^(2)附近)时,气流引起对流换热因素对激光烧蚀熔穿影响较大,而在激光功率密度较高(1500 W/cm^(2)以上)时,气流引起对流换热因素对激光烧蚀熔穿影响较小。建立的气流条件下激光辐照热响应模型与实际物理过程更接近,计算获得的熔穿规律为激光辐照模型合理简化提供了定量的参考依据。

单脉冲平顶激光清洗CFRP的多物理场特性研究

为探究平顶激光清洗碳纤维增强复合材料(CFRP)的作用机制,本研究考虑CFRP的组分对激光的吸收、反射特性差异显著,将激光载荷分层施加到CFRP的细观有限元模型上,引入热烧蚀-热应力双重作用效果,还原不同能量密度下单脉冲平顶激光清洗形貌,并完成了试验验证。结果表明:分层施加激光载荷较传统表面加载模式能够有效提升仿真精度,采用热烧蚀-热应力双重判据能够进一步提升形貌还原效果,本研究模型的仿真形貌长轴贴合度不低于96.64%,面积贴合度达到80.00%,并通过高精度模型瞬时温度场分布能够指导激光清洗CFRP表面树脂的实际工艺。

基于激光传感器的农业机械控制器设计

针对当前农业机械控制器对农业机械器件控制能力较差,导致农业机械设备存在换挡异常与平衡性较差的问题,提出基于激光传感器的农业机械控制器设计研究。先选用拿度DPE-10-500激光测距传感器为控制器的数据测量设备,对中央控制模块展开优化。然后设定传感器测量距离与角度,使用圆拟合算法对测量数据进行修正。最后根据激光测量结果,以PID控制器为基础,构建自适应神经模糊控制器,对农业机械设备进行控制测试。测试结果表明:此控制器可按照预设要求完成机械设备的换挡,对机械臂为位置控制误差最大仅为0.58 cm,智能平衡开启状态时,其偏离最大角度仅为1.6°,偏离最大幅值仅为31 cm,极大提升了设备的调试位置精度及平衡性,进一步提升农业机械设备的应用效果。

云计算智能嵌入式技术下光通信网络路由的研究

由于光通信传输带宽需求以及网络规模和复杂度不断增加,数据传输路径具有较多选择性,易导致路由能耗大、效率低。云计算平台可以提供海量的计算资源和存储空间,能够处理大规模的数据集,为此,基于云计算智能嵌入式技术研究一种光通信网络路由。利用嵌入式技术设计光通信网络的信号转换、编码、解码等功能,根据数据传输与网络节点的能耗特征建立网络路由能耗模型;引入蚁群算法,基于蚂蚁觅食原理找出所有可以实现数据传递的路由;采用遗传算法,通过选择、交叉、变异计算找出这些路由中数据传输最佳的路由,即能耗损失最小的路由。实验结果表明,所提技术能够提升数据传输速度,使丢包率在3.0%以下,且通信时延仅为23 ms,降低数据传送网络节点能量消耗,证实了所提方法的路由通信性能良好。

激光测振多普勒信号仿真技术研究

JJF1219-2009《激光测振仪校准规范》提出用调频电信号校准外差式激光测振仪信号采集、处理电路的方法,该方法对产生标准调频信号的信号发生器提出了很高要求,目前还没有激光测振仪校准专用的调频信号发生器,而通用函数信号发生器,在最大频移、调制振动频率范围等方面不能完全满足要求。通过研究数字信号合成技术,设计基于PC、FPGA和高速数模转换器(DAC)的多普勒调频信号发生器,实现激光多普勒调频信号模拟的仿真信号输出,具有参数设置灵活,带宽高,频率稳定性好的优点,经测试,该仿真信号达到了校准需要的技术要求,可用来评价外差式激光测振仪的信号采集、信号处理电路相关参量的计量特性。

基于视觉传达技术的激光光斑图像超分辨率重建方法

激光光斑图像在成像过程中易受到成像条件和成像方式的限制,导致激光光斑图像的分辨率比较低,难以满足实际需求。为此,提出基于视觉传达技术的激光光斑图像超分辨率重建方法。采用视觉传达技术采集激光光斑图像,并使用双树复小波阈值方法对激光光斑图像去噪处理,通过改进稠密神经网络提取激光光斑图像特征,基于奇异值分解方法降低字典中原子的数目,改进稀疏表达正则化方法,实现激光光斑图像的超分辨率重建。实验结果表明,所提方法的低分辨率图像重建结果与原始图像更加接近,重建图像的结构相似度均在0.9以上,证明该方法的重建效果好、更适合实际应用。