基于OpenCV的双波长光纤导引光在高精度装调上的应用

为了保证双波长光纤导引光在高精度装调设备中的成功应用,设计了一种基于OpenCV(Open Source Computer Vision Library)的图像处理算法。采用主动调整曝光模式对CCD(Charge-coupled Device)相机进行主动调焦,利用OpenCV分析典型图像处理算法,调整算法参数,通过最小二乘法拟合图像,绘制中心坐标,最终实现输出理想的图像。经检测分析,图像校准的精度平均值为4.54μrad。该算法能够捕捉、识别并实时跟踪目标,将计算机识别的中心坐标打印到输出的图像上,提高了双波长光纤导引光对装调设备的装调精度。

基于腔内滤波效应的双波长光纤激光器

对基于腔内Lyot滤波效应的波长复用锁模光纤激光器进行了实验和仿真研究。在单个光纤激光器中引入全光纤Lyot滤波器,对腔增益谱进行滤波,破坏了脉冲单一波段的传输模式,结合单壁碳纳米管可饱和吸收体,使脉冲分别在2个不同的中心波长下进行复用传输和锁模。精细调节腔内偏振控制器,当泵浦功率为70.4 mW时,激光器输出了中心波长为1 534.2 nm和1 546.0 nm的双波长脉冲,中心波长间隔为11.8 nm,重复频率均为36.64 MHz,其对应信噪比均约为56.7 dB。此外,还建立了基于非线性薛定谔方程的数值仿真模型,用于数值研究基于Lyot滤波效应的双波长锁模光纤激光器。通过对脉冲光谱演化分析,验证了腔内增益光谱滤波在双波长脉冲的形成和传播中起着重要作用。波长复用光纤激光器中的Lyot滤波效应研究可以进一步拓展实现可调谐双波长生成,可应用于多场景双光梳光谱测量和相干成像。

基于非接触光声成像的碳纤维增强复合材料冲击损伤检测方法

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)的损伤机制并对其制造过程进行质量监控,对CFRP的冲击损伤区域进行了高分辨无损检测。构建了全光式非接触光声显微(AONC-PAM)成像系统,利用自主开发的光学吸收结合背向散射的双对比度成像模式,对CFRP在不同冲击能量下的损伤区域进行高分辨率无损检测。实验结果显示,AONC-PAM系统的空间分辨率为2.9±0.5μm;双对比度成像策略能以2 s/帧的速率同时获得基于光学吸收和表面散射特性的图像及两者叠加的双对比度图像;AONC-PAM系统显示了比通用明场显微镜系统更多的成像细节,包括碳纤维分布和其他微观缺陷如纤维断裂、错位、缺束和褶皱,可检测的微观缺陷尺寸达10~20μm,并实现了损伤区域的精准量化。

基于SMF-PDMS-DCF的柔性曲率传感器设计

为克服现有曲率传感器测量曲率范围小、灵敏度不高等缺陷,设计了一种以单模光纤(single mode fiber,SMF)和双芯光纤(double-core fiber,DCF)为干涉结构的SMF-PDMS-DCF柔性曲率传感器。该传感器使用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)柔性材料作为耦合器,将单模光纤和双芯光纤软连接起来,利用PDMS材料和双芯光纤构成悬臂梁,使悬臂梁弯曲可以检测出曲率大小。经实验表明:曲率在0~4.1198 m^(-1)时,反射光的波长、光谱强度都和曲率之间具有良好的线性关系;从波长和曲率的关系看,灵敏度最高可达-0.3118 nm/m^(-1);从光谱强度和曲率的关系看,灵敏度最高可到-1.6715 dB/m^(-1)。

可用于运动监测的双模态离子传感纤维

针对传统刚性导电材料柔韧性差、舒适性低及现有离子导电材料多为薄膜或块状而导致透气透湿性差等问题,提出一种湿法纺丝一步制得的一维离子传感纤维,并研究其物理性能及传感性能,阐述其未来的发展潜力。测试结果表明,离子传感纤维灵敏度高(规格因子GF=201)且可准确监测微小应变(~05%),具有宽应变监测范围;响应时间小于50 ms,与人体皮肤的响应时间接近,足以监测人体运动信号;表现出优异的循环耐久性,10000次循环拉伸后仍能保持电阻信号变化稳定;同时具有湿度传感性能,对环境中湿度的变化能做出及时且准确的信号反馈。该离子传感纤维制备方法简便,具有工业化大规模的潜力,在智能健康监测、运动训练与优化、智能人机交互等领域均具有较大的发展潜力。

基于碳纤维的层合结构双极化电磁吸波及其弯曲性能设计

针对现有飞行器复合材料蒙皮难以兼顾承载性能和吸波性能的问题,利用碳纤维预浸料独特的力电特性构造了碳纤维双极化吸波层合结构(carbon fiber dual⁃polarized absorbing laminated structure,CFDALS).通过在玻璃纤维层合结构中引入双向碳纤维阵列结构,赋予层合结构双极化电磁波吸收特性,同时利用碳纤维反射层优异的承载性能来增强结构力学性能.电磁仿真结果表明,该结构对TE极化电磁波在8~18 GHz频带、0°~45°入射角,同时对TM极化电磁波在5~18 GHz频带、0°~60°入射角下平均吸收率均达到90%以上.三点弯曲仿真结果表明,结构在实现双极化电磁吸波的同时,在碳纤维阵列两个排列方向上表现出较高的比弯曲强度、比弯曲刚度.通过在玻璃纤维预浸料中引入双向排列的碳纤维预浸料并进行一体化设计,在结构具备双向优异承载性能的同时实现了双极化电磁吸波性能的显著增强,为飞行器蒙皮隐身承载一体化设计提供了一种新的解决方案.

全保偏飞秒光纤激光器异步锁定技术研究

基于全保偏掺铒光纤激光器、锁相环系统和太赫兹测距光路搭建了一套太赫兹双光梳测距系统。所采用的全保偏掺铒光纤激光器重复频率为79.261 MHz。利用压电陶瓷(piezoelectric ceramics,PZT)和步进电机(stepper motor,SM)双级反馈控制的方案,实现了重复频率锁定和重复频率1.54 MHz可调。使用频率计数器对双光梳重复频率锁定效果进行监测,重复频率锁定的峰峰值抖动为±1.5 mHz,抖动标准差为0.4 mHz。将双光梳重频差设置在10 Hz,10 min内重复频率差最大抖动为3 mHz,标准差为0.6 mHz。进一步将异步采样双光梳系统应用于太赫兹测距,测量移动距离的误差为3µm。该系统具有锁定精度高,稳定性强等优势,有望应用于生物无损检测和工业精密加工中。

高精度光纤旋转地震仪研制与应用

地表运动的旋转量观测在地震学、地球物理学及工程勘察等研究中具有重要意义,基于Sagnac效应的光纤陀螺由于其全固态、高灵敏度和宽频响特性等优势,受到旋转地震仪研究和开发的广泛关注.为了提高光纤旋转地震仪的灵敏度一般采用长光纤环,然而随着光纤长度的增加,光纤环内的热相位噪声、光源的相对强度噪声等限制了其灵敏度性能提高.本文针对影响光纤旋转地震仪灵敏度的噪声展开了深入分析,利用保偏光纤的快慢轴提出了双偏振工作方案,对其光学结构和解调算法进行了理论分析,结果表明该方案可有效抑制热相位噪声与光源相对强度噪声.在此基础上,研制了三分量双偏振光纤旋转地震仪DP-Rot3C,并对其进行了静态测试和动态测试.结果显示,该仪器的灵敏度达到了20 nrad·s^(-1)·,与法国Bluseis-3A相当,且在0.01~125 Hz频率范围内响应平坦,在-300~+300°/s的量程范围内非线性度小于6 ppm(1 ppm=0.0001%),具有高精度、宽频带、大量程、高线性度的特性.DP-Rot3C还运用于人工主动源观测、高铁地震观测、天然地震观测等领域,为工程勘探、地震研究等应用提供了高精度观测地表运动旋转量的工具.

新型低碳超高韧性纤维混凝土研制与力学特性研究

混凝土的绿色转型对国家实现双碳发展目标具有重要意义,结合紧密堆积原理多级划分基体组分,采用高掺量工业废料超细粉煤灰作为低碳节能新型混凝土的重要组成部分,成功研制新型低碳超高韧性混凝土(LC-UHTC)。研究结果表明:LC-UHTC极限拉伸应变达6.38%,拉伸强度达到10.2 MPa,拉伸强度较其他同类材料增比达60%以上;LC-UHTC拉伸强度、拉伸韧性在应变各个阶段均表现优异,在实际应用过程中具有更高的安全性能;LC-UHTC的抗压强度达到84.35 MPa,高于其他同类材料30%~86%;LCUHTC在环保、抗拉、增韧、抗压方面表现出了综合的性能优势,可为新型混凝土的绿色转型提供参考价值。

基于端点检测与互相关时延估计的精准光纤扰动定位检测

针对双马赫曾德干涉仪型分布式光纤扰动传感系统无法实时高效精准定位的检测难题,提出了一种快速端点检测与互相关时延估计相结合的快速精准定位检测方案。采用一种改进型的巴特沃斯滤波端点检测算法,实现了对原始干涉扰动信号的精准快速扰动端点检测,以获取干涉信号中的高频扰动部分,剔除无效低频干扰数据。基于互相关时延估计算法,对获取的两路高频扰动信号进行固定时延求解,并根据扰动位置与固定时延之间的关系解调出作用于传感光纤链路上的具体扰动位置。实验测试结果表明,在总长为1.1 km的光纤链路上,双马赫曾德干涉仪型分布式光纤扰动传感系统的定位标准差仅为5.2 m。该定位检测方案具有较高的定位精度和较好的信号处理实时性。

具有“刚性-柔性”双重协同抗污染功效PVDF膜表面微结构的设计及抗污染性能

采用“表面沉积-接枝”的方法将苯乙烯-马来酸酐(SMA)、三聚氰胺(MEL)和葡萄糖(GLU)3种刚柔性不同的亲水链引入聚偏氟乙烯(PVDF)膜表面.研究了接枝链刚性和柔性对抗牛血清蛋白(BSA)污染的性能及其影响规律.结果表明,接枝链的刚性和柔性对BSA在膜表面的黏附和膜表面污染层微观结构的影响比膜表面亲水性和荷电性的影响更显著.刚性MEL阻碍BSA在膜表面的黏附和聚集,柔性GLU可在增强膜亲水性的同时与MEL协同增强对BSA的排斥,延缓其在膜表面的聚集,从而进一步阻碍BSA在膜表面的堆积,使不可逆阻力占比降低到仅为2.47%,“刚性-柔性”双重协同抗污染功效显著提高了膜的抗污染性能.

分布式光纤系统大范围高温的非线性测温标定

近年拉曼光纤分布式测温系统在常温领域有了广泛的应用,然而在诸如电厂锅炉此类温度从室温20℃到600℃的大范围高温测温场景,国内外光纤测温少有研究和应用。面对大范围高温光纤测温问题,采用特殊铜涂覆层高温光纤,搭建分布式光纤系统,用高温箱模拟从室温升到六百摄氏度高温环境,采集反射光相应信息。经过实验发现,利用双通道解调理论公式解析出的测量温度偏差较大,同时常温应用中广泛使用的线性拟合也无法适应大范围高温场景。针对大范围高温场景温度解调,采用多种非线性标定方法,成功实现光纤大范围高温跟踪,最终实现在高温段550℃至600℃精度±2℃测温。

基于再生棉的牛仔纱开发与性能研究

为提高再生棉纤维的可纺性和利用率,介绍黑色再生棉纤维和白色原棉纤维的形态及性能,基于双分梳转杯纺纱技术原理,以2种纤维为原料纺制混纺比为10/90~80/20共8个水平的再生棉/棉牛仔纱,分析纺制再生棉/棉混纺纱各工序工艺要点,并进行性能测试及牛仔风格检验。指出:当采用50%再生棉和50%原棉在原材料阶段进行纤维混和成条后可显著改善再生棉可纺性;当再生棉纤维的混用比例大于30%时,纱线的断裂强度指标下降明显;当再生棉混用比例为25%时,纱线外观颜色和质量最佳,其织物外观风格和视觉效果接近传统灰黑牛仔面料。

基于F-P光纤传感器的变压器油中双局部放电源定位研究

电力变压器作为电力系统中至关重要的能量转换设备,其稳定运行对于保障电能供应的可靠性具有重大意义。局部放电影响高压电气设备绝缘性能。局部放电在线监测不仅可以获取设备老化信息,还可以预测变压器寿命。局部放电源准确位置信息可以帮助检修人员制定精准维护计划,确保电力系统稳定,设备制造商可利用此信息优化结构和安装方法。变压器内部双局部放电源放电是一种更为复杂的故障类型,传统的检测方法难以准确捕捉到此类放电波形。F-P光纤传感器是一种新型的局部放电声学检测方式,该传感器结构小,灵敏度高,而且有较强的抗电磁干扰能力,可以内置于变压器内部实现复杂情况下的局部放电检测。在本研究中,研制了基于F-P光纤传感器的双局部放电源检测系统,采用基于多信号分类(MUSIC)测向原理的交叉定位算法,可以实现对变压器油中双局部放电源定位。总的来说,F-P光纤传感器阵列有较好的方向清晰度,可以实现准确定位。将该双局部放电源定位系统应用到了35 kV单相变压器模型上,验证了其对外绕组双局部放电源定位的有效性。

“双碳”目标下化纤行业的节能降碳研究

为了推进企业节能减排,促进“双碳”目标下化纤行业节能降碳工作的开展,从“双碳”工作的背景及要求入手,结合企业调研以及我国化纤行业的基本情况,详述我国化纤行业节能降碳的重要性与可行性;根据化纤行业的用能现状,从用能设备分类、主要能源消耗种类、能量损耗原因方面分析其节能潜力,提出节能降碳的有效途径。指出:减少碳足迹、发展低碳产品已经成为化纤行业发展的必然趋势;做好企业信息化建设、设备管理和生产工艺优化,开展废水、废热处理与回用,采用节能照明系统以及做好绿色供应链管理等,有助于化纤企业节能降碳;未来化纤行业应继续探索和完善节能减排的有效路径。

基于分布式光纤振动传感技术的汽车排气管漏气检测方法研究

针对汽车尾气泄漏检测问题,提出一种基于分布式光纤振动传感检测技术的尾气泄漏检测方法。首先,通过在汽车尾气管上安装传感器捕捉尾气泄漏引起的局部气压扰动导致的光纤光信号强度和相位变化,采用基于双马赫-曾德尔干涉结构的分布式振动传感系统和微分交叉算法解调双端振动信号,其次,利用互相关时延算法精确定位泄漏位置,在仿真测试中通过压电陶瓷装置模拟泄漏情况,设置2m光纤长度,实现了0.01m的定位精度,验证了所提出方法的可行性。

环形铥光纤激光器中台阶形脉冲的产生

研究了基于非线性偏振旋转(NPR)锁模的铥光纤激光器中台阶形脉冲的产生。通过在NPR锁模器件前后各引入一段长度分别为100 m和350 m长的SMF-28光纤以增强腔内非线性和积累负色散,得到底座宽度为50 ns,重复频率为615.6 kHz,信噪比为55 dB的双波长(波长分别为2025 nm和2034 nm)台阶形脉冲。发现仔细调节偏振控制器和改变泵浦功率可以精细调节台阶形脉冲的形态。通过研究发现台阶形脉冲是由两个矩形脉冲组合而成,且前后泵浦对两个矩形脉冲的影响不同,通过改变偏振态能实现能量在前后两个矩形脉冲之间的转化。本实验为研究被动锁模光纤激光器脉冲动力学和脉冲整形提供了良好的实验平台。

双波长窄线宽光纤光栅环形腔激光器

本文报道了光纤光栅用作反射镜的双波长窄线宽掺铒光纤双端输出的环形腔激光器，其输出功率分别为３６５ｄＢｍ和２４４ｄＢｍ，各端口波长间的抑制比分别达到３２ｄＢ和４０ｄＢ，二者线宽均为０１ｎｍ．

激光起爆系统光路完整性检测技术研究

针对激光起爆系统可能会出现起爆光路的不完整从而影响正常的起爆,设计了激光起爆系统自相关检测和互相关检测两种不同的光路完整性检测结构,并对两种结构进行了理论分析和对比。结果表明,自相关检测结构可以检测到激光起爆器回馈光纤中回波信号的最小功率为100nW,互相关检测结构能检测到激光起爆器回馈光纤中回波信号的最小功率为0.1nW。在满足检测激光功率最大为0.2mW的条件下,前者不能实现起爆光路完整性的检测,而后者可实现起爆光路完整性的检测。

980nm半导体激光器双布拉格光纤光栅波长锁定器

提出了优化由两个均匀布拉格光纤光栅组成的980nm半导体激光器波长锁定器的方法以满足光纤放大器对半导体激光器的性能要求。运用耦合模理论推导了双布拉格光纤光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器增益曲线的影响,并通过优化这些参数来达到最佳的锁模性能。测量了带双FBG波长锁定器的非致冷半导体激光器的输出光谱和出纤功率。实验结果表明:高功率非致冷980nm半导体激光器在0～70℃时的波长漂移为0.5nm,边模抑制比达45dB以上,半峰值全宽度<1nm。经优化设计的980nm半导体激光器FBG波长锁定器可满足光纤放大器对非致冷半导体激光器大功率、长寿命、高可靠性、小尺寸等性能的要求。