基于FPGA的光纤光斑中心定位算法研究

为了解决传统数字图像处理算法中数据运算量大、复杂度高、耗时长的问题,提出一种基于可编程门阵列(FPGA)光纤光斑中心定位的方法。采用数字信号处理系统,利用开发工具(DSP builder),设计了光斑图像预处理算法和边缘检测算法,用最小二乘法拟合光斑边界,采用流水线设计,增强了数据处理的并行能力,提高了处理速度。在Cyclone V平台上进行理论分析和实验验证,取得了光斑图像边界、中心坐标数据。结果表明,在保证对光斑中心定位的绝对误差小于0.1pixel的条件下,使用FPGA比计算机运算速度能提高21倍以上。该研究能够在FPGA平台上快速准确定位光斑中心。

图像处理在光纤光斑微位移传感中的应用

基于多模光纤的多模干涉原理以及图像处理算法,对多模光纤输出端面光斑图像相位谱的灰度共生矩阵特征值进行提取,提出一种新型光斑图样处理算法,并且将其应用于微位移传感。详细分析了以阶跃型多模光纤为基础的单模-多模光纤结构在两光纤径向产生微位移时,位移量与端面光斑图像相位谱特征值之间的关系。对多种结构参数光斑图样的分析表明,两光纤径向微位移与相关性及一致性两特征值成近似线性关系,可以用光斑图像处理的方法进行微位移测量,从而实现传感。实验结果表明与目前常用的计算光斑图像归一化强度内积处理算法相比,多模光纤芯径较小时,线性度、动态范围比较接近;芯径较大时,线性度提高的同时动态范围扩大约一倍。因此所提出的算法稳定性更好,适用范围更广。

基于D型光纤光斑图的折射率传感特性研究

本文设计并制备了一种单模-D型-多模光纤结构,利用光纤传导模式间的干涉以及D型光纤的非对称结构,获得对外界变化响应极其灵敏的光斑图,并基于纹理特征算法解调出光斑的特征值,由特征值与折射率之间的一一对应关系实现折射率传感。对传感特性的研究中,从仿真与实验的角度讨论了不同抛磨长度、抛磨深度对传感特性的影响,仿真与实验结果均表明,抛磨长度2 mm和抛磨深度18μm参数的D型光纤结构折射率传感特性最佳,仿真与实验结果一致,证明了研究方法的正确性以及D型光纤光斑传感器进行折射率传感的可行性。实验中,能量值(EN)折射率测量灵敏度最高可达-1.86/RIU,拟合度达到0.964,相关性值(COR)折射率检测灵敏度最高可达-0.23/RIU,拟合度达到0.979。由于光斑检测的分辨力极高,因此,该方法为高分辨力折射率测量提供了很好的思路。

多模光纤光斑图样在传感领域的应用分析

光斑检测与图像处理两方面的技术迅速发展,使得多模光纤光斑技术逐渐成熟,这项技术能够准确获得光纤的信息,对相关的研究领域有着重要意义。本文将概述多模光纤光斑图样的产生原理,并主要阐述多模光纤光斑图样在位移、液体化学、温度、人机交互及其他领域的应用,以期拓展多模光纤光斑图样在传感领域的应用范围。

基于CBAM的多模光纤微小位移状态检测方法

传感技术在传统行业领域已经得到了广泛应用,但受外部干扰影响,在微小目标检测和高精度需求方面略显不足。为了实现多模光纤微小位移状态的检测,提出了一种基于YOLOv4-tiny-CBAM模型结构的光斑识别方法。利用光纤弯曲程度与输出光斑之间的对应关系,通过采集多模光纤不同位移条件下的光斑图像,并结合卷积块注意力模块(CBAM)进行深度学习网络训练。实验结果表明,该方法在不进行预训练的情况下,将模型的平均精度从原模型的42%提高到了82.95%,实现了对多模光纤微小位移状态的高效识别。

光纤输出远场光斑均匀性检测方法的研究

为了对光纤输出光斑的均匀性进行检测,提出了一种基于成像法,采用区域平均法对光纤光斑均匀性进行检测的方法。首先利用数码相机对实验装置获得的光纤光斑进行采集,再结合区域平均法对图像逐次分区进行均匀度检测,计算出整体和各个小区域的均匀度以获取图像均匀度最佳的区域。同时引入了均匀深度的概念,作为一种判断光源均匀性好坏的依据。结果表明,调节后的光斑均匀性达到了99.7%以上。通过对调节前后实验装置得到的光斑进行对比分析,并与理论计算的光纤输出光斑分布比较,验证了该方法的有效性。

水声信号的光纤DSPI检测

以光纤数字光斑模式干涉仪(DSPI)为基础,配以等离子耦合器阵列(PCD)和快速数字信号处理机(DSP)等设备,构成水声信号的检测系统.在水声压作用下,干涉仪的信号光和参考光产生相位差,形成干涉光的波纹地图,PCD阵列摄取该波纹图给DSP,处理机执行程序,由光强差之和算出相位差,从而测得水声信号压强.实验证明,光纤DSPI方法检测信号,可以简化电路、降低电子噪声,具有花费较低、相位分辨率高、结构灵活的特点.

AZ31B镁合金可调环形光斑光纤激光焊接试验研究

针对镁合金激光焊接焊缝成形和接头性能差的问题,提出了可调环形光斑光纤激光焊接新工艺。对5 mm厚的AZ31B镁合金对接接头进行了焊接试验,研究了中心激光束和环形激光束功率组合对焊缝宏观成形、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,当中心激光束功率大于环形激光束功率时,施加环形激光束可以显著增大焊缝上部的熔宽;当中心激光束功率小于环形激光束功率时,焊缝上表面和下表面成形均不稳定。在中心激光束作用区域,焊缝熔合线附近未见明显的热影响区和柱状晶区,且等轴晶晶粒较细。在环形激光束作用区域,焊缝熔合线附近存在热影响区和柱状晶区,且等轴晶晶粒粗大。随着环形激光束功率的增大,焊缝中心区的硬度值减小。当中心激光束的功率为2000 W、环形激光束的功率为1000 W时,接头抗拉强度和延伸率最高,接头断裂于焊缝熔合线附近,呈韧-脆混合断裂模式。