基于双镜头视野协同成像的无线视频传感器网络构建

针对地处边远地区江河湖库超大水域观测、大坝工程瞭望、恶劣天气条件下水面漂浮物检测、异常事件辨识及水体水质视觉监测等水利领域智能视频监控特有的应用需求,通过改进无线视频传感器网络(WVSN)、仿“复眼”成像以及视频边缘计算等现有的技术方法,本文提出一种基于双镜头视野协同成像的无线视频传感器网络(简称:WVSN-CI)设计新模式,为广域大范围的全域性水利智能视频监控系统建设提供前端网络设计解决方案。本文还对双镜头摄像机节点组成的WVSN-CI关键技术做出介绍,包括介绍和分析人工复眼与常规CMOS图像传感器双镜头合成,双镜(头)三核(芯)摄像机节点设备的光–机–电–算一体化设计,WVSN-CI视频数据传输协议,基于视频边缘计算的汇聚节点,以及WVSN-CI与水利信息化基础网络设施和视频主控中心的链接等内容。

一种过零非对称高灵敏GMI磁敏传感器

针对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金薄带具有高灵敏GMI效应,但在微弱磁场下表现出不灵敏且线性度低问题提出内偏置解决方案。根据电磁感应,调节电路参数使流过电感线圈的电流改变,导致电感线圈两端的磁场发生相应变化;通过计算非晶薄带GMI特性曲线的高灵敏线性区间,调整偏置电流大小,使零点偏置到线性区间的中心。利用此方法,传感器输出特性呈现出一种过零非对称形式,并在正负微弱磁场下具有更高灵敏度。本文介绍了Fe基合金薄带的巨磁阻抗特性、传感器的电路原理以及调节偏置电流后的测得的实验数据分析。通过实验结果显示传感器输出特性重复性好、基本无磁滞、线性度高,尤其在微弱磁场下灵敏度达22.53 mV/(A∙m−1)。

空间高效多通道反符合探测器系统设计

MeV伽马射线天文台(MeV Gamma Ray Observatory, MeVGRO)是目前在研预计实现对MeV能区伽马射线高分辨、高灵敏度探测的大型空间天文望远镜。反符合探测器(Anti-Coincidence Detector, ACD)作为MeVGRO的有效载荷之一,需要实现带电粒子的高效探测,从而区分空间带电粒子和伽马射线。本文基于硅光电倍增管(Silicon photomultiplier, SiPM)和ASIC (Application Specific Integrated Circuit),设计了一款可以应用于空间的反符合探测器样机,可高效的输出带电粒子的触发信号,兼具大动态范围测量,并对其进行了基线噪声测试、动态范围测试和宇宙线测试。测试结果表明该样机工作稳定、性能良好,实现了动态范围最大到500 pC,各通道的电子学台阶一致性在1.1%以内,最小电离粒子(Minimum Ionizing Particle, MIP)的能谱信噪比优于0.2 c.u.。

基于纳米银SERS防伪图案防伪标签研究

近年来,研制成本低,安全性能好,光化学性质稳定的新型防伪材料是信息安全的关键。本文采用化学还原法制备银纳米粒子,并将不同配体组合与银纳米粒子及油墨混合,制备用于防伪标签的SERS安全油墨。混合配体改善了复杂性和扩展了编码容量,使防伪标签难以复制。另外,SERS安全油墨与柔性衬底结合,克服了传统标签的难以贴附性。

高灵敏面阵红外相机实测图像盲元检测与补偿方法

使用面阵红外相机,可大大提高成像视场角,使大视场高空间分辨率红外成像成为可能,但是高辐射分辨率面阵相机具有高灵敏度,在进行挂飞实验时,会实时的产生盲元,凭借硬件升级无法完全避免盲元产生的问题,因此对红外图像有效进行盲元检测和补偿成为需要研究的课题。本文提出一种改进的基于场景的盲元检测方法,通过对连续时域红外图像求均匀背景图像得到差值图像,结合三梯度检测法,利用空域灰度中值和梯度绝对值之间的关系,设置阈值对盲元进行判别,在进行盲元补偿后得到处理后的图像。实验结果证明该方法效果明显,能有效地检测到连续的盲元块,检测更加准确,在后续进行盲元补偿时,图像质量也进一步提升。

一种沉降监测自动化静力水准测试装置研究

静力水准法是监测大坝垂直位移的有效方法,但液体与管壁之间的摩擦阻力对静力水准装置系统响应时间和测量误差影响很大,连通液体种类、连通管长度和管径都是可以改变的,但是环境温度是无法改变的,这也是静力水准装置极少在严寒地区野外环境下应用的主要原因。本文提出了一种连通管式监测设备管道系统响应时间和测量误差自动化测试装置,针对现有的监测装置不便于对静力水准平衡响应时间和测量误差测试的问题,得出适合实际工程的监测设计方案。

基于STM32的纳米线光电扫描成像系统研制

光电探测器能够检测不同波长的光线,能获取物体的光谱信息、光学成像和光通信等应用。从数据的采集,将数据绘制成图像,能直观看出物体的表面形貌、纹理或其他特征,给后续的研究提供了依据。本文采用STM32F103C8T6单片机作为核心控制单元,通过驱动模块搭载光电探测器扫描物体,WiFi模块将其数据传输到电脑端,通过上位机获取数字化的图像。

Fe基合金薄带GMI效应与驱动线圈磁芯填充系数的研究

本文研究了以Fe基合金薄带(Fe85.67Si7.4B1.7Cu1.3Nb3.9C0.03)作为磁芯的纵向巨磁阻抗效应与其驱动线圈磁芯填充系数之间的数量关系。研究结果表示,Fe基磁芯驱动线圈的磁芯填充系数对纵向巨磁阻抗效应(LDGMI)有着不可忽视的作用。当磁芯填充系数增大时,磁芯驱动线圈的纵向巨磁阻抗效应会变得更加明显。当驱动线圈的截面积增大时,磁芯驱动线圈的最大阻抗比(ΔZ/Z)max会呈现幂函数性减小;当磁芯填充系数与磁芯驱动线圈的最大阻抗比(ΔZ/Z)max之间存在幂函数关系。

激光雷达视窗表面灰尘污染模拟物研究

本研究深入探讨了视窗表面不同灰尘污染模拟对激光雷达性能的影响,以混合固态激光雷达为对象,通过多维度点云评价指标全面评估激光雷达在不同污染条件下的感知表现。预实验结果表明,污染于激光雷达激光发射器处影响最大,正式实验中研究了不同灰尘污染模拟物对激光雷达点云质量的影响,实验结果表明:污染对激光雷达测距性能无显著影响且不同颜色亚克力片和不同厚度橡胶片可以模拟灰尘污染。其中不透明亚克力片和橡胶片可以模拟重度灰尘污染,不同颜色的半透明亚克力片可以模拟轻度灰尘污染,通过改变亚克力片的颜色和透明度可以模拟不同程度的灰尘污染。该研究结果为进一步研究激光雷达视窗灰尘污染以及相关算法开发提供了基础。

五种传染病的即时检测研究进展

新型冠状病毒感染大流行,给全球经济造成巨大的损失。发展即时快速的病原体检测方法,对传染病的预防及治疗具有非常重要的意义。科技水平的提高以及人民对健康的重视,极大推动即时检测(POCT)技术的发展。本文综述了近年来POCT技术应用于疟疾、HBV、艾滋病、埃博拉病毒、SARS-CoV-2五种疾病的进展,突出利用等温扩增技术、CRISPR/Cas技术、侧向流动分析技术等多种技术的联合使用在不同传染病的检测优势。可穿戴设备、人工智能的引入使得POCT诊断更为方便。

多内部调制参数相关的CCD高温计测量能力评估理论及实验验证

基于像元输出信号强度与目标温度的积分关系,定义并构建了温度分辨率在不同内部调制参数下的评估模型。结合标定实验进行数值模拟,讨论了增益和gamma调制参数对CCD系统温度分辨率的影响。并开展调制参数对温度分辨率影响的理论验证性实验,得到了在不同增益和gamma调制参数影响下的304不锈钢和黄铜的温度分辨率情况。通过实验与模拟结果的对比分析,总结了两种内部调制参数对温度分辨率的影响效果。完善了CCD温度测量理论体系,同时也为CCD测温系统在不同条件下的参数选择提供了理论指导。

纳秒–连续组合激光辐照硅基APD探测器电学参数变化研究

硅基APD探测器是一种高灵敏度,适用于弱光探测的光电探测器,在激光对抗等领域广泛使用。本研究通过实验研究了纳秒–连续组合激光对硅基APD探测器的电学参数的影响,旨在为激光辐照光电探测器及光电对抗领域研究的发展提供理论指导和实验依据。实验使用1064 nm (波段内)的纳秒、连续双光束组合激光对硅基APD探测器进行了辐照。实验结果表明,随着连续激光功率密度的增加,硅基APD探测器的输出电流“平台期”增长,恢复时间增加,响应度和暗电流呈现出逐渐增加的拐点现象。通过计算发现硅基APD探测器受激光辐照后,实测的光谱响应度与实际的光谱响应度变化趋势相反,实际的光谱响应度会随着探测器损伤程度的加深而逐渐降低直至为0,此时的硅基APD探测器完全损伤。

辅热对纳秒脉冲激光作用铝合金蒸气反冲压的影响研究

当较低能量密度的纳秒激光照射靶材表面时,激光能量被吸收,导致瞬时的温度升高。当靶材表面温度升高至熔点时,金属开始熔化,形成液态相。当纳秒激光能量足够高时,会引起金属的蒸发,这种蒸发会导致金属材料的损失和去除。同时金属由于强蒸发会产生蒸气反冲压力。当过热液体温度上升至0.9 Tc (Tc为热力学临界温度)时,达到相爆炸阈值,过热液体内部开始均匀地形成微小的气泡核,这最终导致了相爆炸的发生。本文基于激光烧蚀金属靶材理论,建立辅热下纳秒脉冲激光烧蚀铝合金的数值计算模型,计算分析不同辅热温度下,纳秒激光烧蚀铝合金的蒸气反冲压力。结果表明:在辅热下的高温靶材对激光的吸收率较高,导致较低能量激光就可以使靶材达到熔融和气化过程,提高了纳秒脉冲激光的能量利用率,增强了激光诱导表面饱和蒸气压和蒸气反冲压。

基于树莓派和YOLOv5的新型圆柱形垃圾桶

为了解决智能垃圾识别系统识别准确率低的问题,本文设计了一款基于YOLOv5的新型圆柱形垃圾桶,以树莓派、ESP32和STM32为核心硬件,控制机械臂对垃圾进行精准分类。实验结果表明,基于树莓派和YOLOv5的新型圆柱形垃圾桶能达到95.5%的垃圾识别率。

基于弯折结构的FSS吸波超材料

本文介绍了一种基于FSS的小厚度、大带宽超材料吸收体。在F4B基板上制造了总厚度仅为2 mm的结构,重复单元的尺寸为10 mm × 10 mm。当电磁波垂直入射在吸收体上时,其吸收带宽为8.9 GHz (从10.46 GHz到19.54 GHz)。材料的吸收率都在90%以上,最高吸收率为100%。通过大量的模拟,结构得到了优化。此外,绘制了电磁参数εeff和μeff图像来说明吸收机制,绘制了顶层和底层的电流图像来进一步支持吸收机制。最后,通过实验验证了结构对垂直入射电磁波的吸收能力。

基于云平台的配电网环网柜智能运管系统

环网柜是城市配电网中的重要供电设备,目前在运的环网柜无法实现在线监测,运维人员无法在第一时间知道故障并精确定位故障所在环网柜。本项目运用传感器以及物联网技术对在运环网柜进行实时监测。实现运用多传感器系统对环网柜进行综合性、全方位监测。采集了大量现场实验数据对比分析,对各大传感器数据算法不断迭代更新。运用4G物联网通信系统及云数据处理技术,确保了数据传输的实时性与可靠性。开发出手机APP接收云端下发的数据信息,实现了随时随地获取环网柜运行数据,提高了本系统使用的便捷性。可使用手机APP人为设置报警阈值,使得设备可适应不同场合的环网柜故障检测需求,可查看历史故障信息,算法判断故障的同时,预留出人工判断故障的余地。使得运维人员可第一时间发现故障并通过网络将故障信息以及故障环网柜位置,从而迅速到达现场进行故障排查,提升配电网运行安全度。

基于多模光纤光栅光谱中拐点的温度传感研究

在高温传感应用中,蓝宝石光纤光栅能够稳定传递温度变化信息,因此备受关注和青睐。但是,蓝宝石光纤光栅是多模光纤光栅,其谱线较为杂乱,当监测其反射光谱中反射峰实现传感时,存在识别困难和反射率低等问题,不利于温度传感应用中的有效识别和高精度探测。本文以多模光纤光栅为研究对象,提出了一种监测多模光纤光栅光谱中拐点实现传感的新方案。从耦合模式理论出发,研究了多模光纤光栅的耦合系数随模式阶数和圆形改性区域半径的变化规律,发现了耦合系数的拐点,并解释了其出现的原因,发现该拐点只与光纤结构有关,而与光栅的结构无关,通过追踪多模光纤光栅光谱中的拐点实现了温度传感,传感灵敏度为0.0137 nm/℃。在本文提出的传感探测方案中,光谱中拐点的识别度高,有利于高精度温度传感,为多模光纤光栅温度传感提供了新的探测方案,有望为光纤光栅的传感应用提供一个有力候选。