海面溢油激光探测系统及相关算法的研究

激光诱导荧光(LIF)技术是目前较为有效的海面溢油探测技术之一,但基于该技术的油膜厚度反演算法不适用于评估厚油膜(>800μm)。激光方向性强且能量集中,研究已表明其具备评估海面油膜的能力,然而现有探测系统将激光信号作为干扰信号加以抑制或去除。为了重新找回该信号以实现探测海面厚油膜的目的,研究了一种海面溢油激光探测系统并对其协调控制方法进行了探讨,另外,基于此系统建立了一种利用激光反射信号评估海面厚油膜的模型。通过选用原油和白油的混合油(1:50)作为实验油,验证了海面溢油激光探测系统的可行性和油膜厚度评估算法的有效性。

新型旋转激光扫描系统轴系调整与误差标定

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的扫描光面型发生变化。针对此问题,研究了一种基于平行线的传递性的激光光轴姿态的调整方法,并借助激光跟踪仪测量平台,分别对光轴与转轴轴系进行拟合,建立了对光轴倾斜误差的标定方法。实验结果表明,调整后光轴与转轴轴线的空间夹角优于0.15°,完全满足扫描光截面中心直线度对激光入射柱镜的角度要求。该调整方案可用于系统的装配环节,使扫描光更加接近理想平面,有助于系统测量精度的提升。

基于激光传感器的机电一体化设备自动化控制系统

该文以提升机电一体化设备准确、快速控制为目标,设计基于激光传感器的机电一体化设备自动化控制系统。利用PC端发送机电一体化设备数据采集指令,采集当前设备实时运行数据后,将其发送到可编程逻辑控制器,对实时运行数据去噪预处理后,利用多目标设备协同控制方法,获得设备自动化控制指令,并利用得到的设备自动化控制指令控制机电一体化设备单片机执行动作,完成机电一体化设备自动化控制。实验结果表明,该系统具备较好的兼容性,采集机电一体化设备实时运行数据较为精准的同时,还可有效实现机电一体化设备自动化控制,控制灵敏度较好。

基于笼屉结构的机载高能激光系统光学中舱温度适应性研究

相较于车载、舰载设备,机载设备受体积及工作环境的限制,发展较为缓慢。针对机载设备的轻小型化要求,系统采用“光路堆叠”思想,提出笼屉式分层结构,实现了系统体积的要求。因光学中舱中包含精跟踪及主激光支路,温度变化时各支路间的光轴一致性难以保证,导致跟踪目标发生偏移,主激光支路无法对目标进行精确打击,严重影响系统的工作。为解决上述问题,对光学中舱进行有限元仿真分析,研究光学中舱在20±5℃情况下各镜片的变形。对镜片变形中影响光轴偏折的刚体位移进行提取计算,计算出单个镜片的偏转角度。根据反射棱镜安装误差理论对各支路间的光轴偏移量进行计算,分析精跟踪支路与主激光支路光轴一致性偏差。经过仿真分析,系统精跟踪支路与主激光支路光轴方位偏差为109.634μrad,俯仰偏差为132.952μrad。在实验室中进行25℃温度实验,结果表明,系统精跟踪支路与主激光支路光轴方位偏差为104.019μrad,俯仰偏差为125.009μrad,与仿真结果误差分别为5.40%、6.35%,验证了仿真结果的合理性。

基于激光传感器的无人驾驶变换轨迹跟踪系统

针对常规无人驾驶轨迹跟踪过程依据一个给定的参考轨迹,存在跟踪角度及速度协同性较差、精度较低的问题,提出基于激光传感器的无人驾驶变换轨迹跟踪系统。设计包含激光传感器、电机控制、液晶显示、上位机通讯模块、键盘控制、微控制器的硬件结构,根据角速度及速度误差调整角速度协同控制器误差,通过神经元加权处理偏置数,优化双推角速度协同控制效果;引入滑模控制器,得到速度控制指令及角速度控制指令回角速度协同控制器,通过轨迹控制器和角速度协同控制器的设计,实现无人驾驶变换轨迹跟踪控制。实验结果表明,应用该系统后,角度轨迹跟踪结果更接近期望角度,直线状态和曲线状态下的轨迹跟踪误差均较小,最高为4 cm,轨迹跟踪精度高、定位准,整体应用效果更佳。

基于系统论理念的多彩教学模式在研究型激光课程中的教学设计研究

中国正在从工业大国向工业强国稳步迈进,教育教学迈入改革的新工科建设阶段。根据北京航空航天大学人才培养的价值观塑造、能力培养和知识传授三个方面的要求,在研究性教学中进行基于系统论的多彩教学设计,其中,红色引领包括创新理念、课程思政两个方面,绿色实践是从实践需求出发,以应用目标和核心问题为导向构建绿色版块以解决激光器和激光技术的系统应用和安全问题;将教学内容分为三个层次:通用基础阶段,器件演化,系统应用,将激光要件与激光专业基础知识点和创新、系统论和方法论有机结合构成金色基础。通过以践行创新引领和课程思政为灵魂,人文关怀为润滑,构建坚实立体的激光专业教学体系。提出的基于系统论理念的多彩教学模式除在激光专业课程中实践外,也在创新课程中的实践取得好的效果。

大孔径CT结合三维可移动激光系统引导下胸部肿物穿刺活检术的价值研究

目的:评估大孔径CT结合三维可移动激光系统引导下胸部肿物穿刺活检术与传统大孔径CT引导下的穿刺活检术的临床效果。方法:2019年9月至2020年12月期间,共选取170例符合条件的患者纳入研究,随机分为研究组(n=87)和对照组(n=83),研究组接受大孔径CT结合三维可移动激光系统引导,对照组仅接受大孔径CT引导。比较两组的穿刺时间、进针次数、并发症发生率、穿刺成功率和病理阳性率。结果:研究组的穿刺时间明显短于对照组,进针次数明显少于对照组(P<0.05);研究组并发症发生率显著低于对照组(P<0.05);研究组穿刺成功率和病理阳性率均显著高于对照组(P<0.05)。结论:大孔径CT结合三维可移动激光系统引导下胸部肿物穿刺活检术相比传统方法有更高的穿刺准确性和病理阳性率,同时减少了穿刺时间和进针次数,降低了并发症风险。

高能激光系统中不同材料合束镜的热效应分析

为了研究高能激光系统内光路中合束镜受强激光辐射会产生温升和热变形等问题,建立了热仿真的理论模型,采用有限元分析软件分析了不同激光功率辐照下以硅、碳化硅、石英玻璃和微晶玻璃为基底材料的合束镜的温升和热变形,以及极端环境下以石英玻璃、微晶玻璃为基底材料的合束镜的温升和热变形。结果表明,在22℃时,30 kW的单光束激光照射10 s后,4种基底材料中,碳化硅的温度为23.718℃是最低的,微晶玻璃的热形变为0.00115是最小的;30 kW总功率的6个光束激光照射时,微晶玻璃的热形变为0.000399μm,且石英玻璃的热形变比微晶玻璃高出18.8倍;在极端环境下,热形变最小的基底材料也是微晶玻璃;4种基底材料中,微晶玻璃最适合作为高能激光系统中合束镜的基底材料。此研究结果对高能激光系统设计有着一定的实际参考价值。

基于GPS-惯性数据的激光大气数据系统标定方法

激光大气数据系统由于系统测量精度较高以及测量区域范围较大,目前尚无有效的高精度标定手段。针对这一问题,提出一种直线折返测速法,可以消除大气中风速的影响,将消除风速影响后的空速数据与GPS-惯性组合导航系统测量的地速数据进行对比分析,以评价激光大气数据系统真空速测量性能。分析了所提方法的各类测量误差以及理论极限精度。飞行实验结果表明,所提方法测量精度优于0.5 m/s,接近理论误差极限,可以用来标定激光大气数据系统,为激光大气数据系统标定技术的发展和应用提供参考。

连续激光载波同步系统的慢漂抑制

高精度同步系统是加速器产生高品质束流的关键因素之一,基于清华大学已有的连续激光载波同步系统,对不同接收端之间参考微波信号相位差的长时漂移,即同步系统慢漂进行了研究,提出了一种基于接收端参考微波信号幅值的电光调制器(EOM)偏置电压控制方法抑制慢漂。采用该方法后,清华大学甚高频光阴极电子枪测试平台L波段(1300 MHz)同步系统慢漂被抑制到10.45 fs@24 h,清华大学汤姆逊散射装置(TTX)S波段(2856 MHz)同步系统慢漂被抑制到10.53 fs@24 h,并且该方法可以使整套同步系统工作于室温环境,有效地提高了同步系统对工作环境温度的适应性。

双反射与透射结合的激光引信扫描系统

针对激光引信周向扫描系统光束发散角大且存在扫描盲区的问题,设计了一种基于双反射与透射结合的激光引信扫描系统。阐述了系统结构尺寸的约束并通过光线追踪分别对系统扫描过程中光束发散角和扫描角度进行了仿真,并研究了超环面和六棱台镜面的面型参数调整与光束发散角、扫描角度之间的影响。仿真结果表明:通过控制光阑位置可以实现单窗口的扫描角度达61°,六窗口组合可实现无盲区扫描;通过调整反射面参数来矫正透射场曲可实现全扫描角度光束最大发散角为0.034°;扫描路线会出现波浪式起伏,需要进一步匹配收发视场实现远距离无盲区扫描。该系统为激光引信远距离周向探测提供了技术支撑。

相干测风激光雷达功率谱估计硬件系统综述

相干测风激光雷达探测回来的回波信号需要使用FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)进行功率谱估计,在这个过程中离不开硬件系统的参与。在介绍了FFT算法对硬件需求的基础上,对应用于FFT算法的计算机和硬件电路板的研究进展和优缺点进行了分析。结果表明,随着对数据处理的精度以及软件复杂度的提高,计算机存在着无法改变的缺点;随着芯片技术的发展,以Zynq为核心的硬件电路板是最有发展前途的。最后对相干测风激光雷达FFT功率谱估计硬件系统进行了总结与展望。

内镜逆行胰胆管造影术中使用胰胆直视成像系统联合激光碎石治疗胆总管复杂结石的分析

目的探讨经内镜逆行胰胆管造影术中使用胰胆直视成像系统联合激光碎石治疗胆总管复杂结石的治疗效果,及与传统内镜逆行胰胆管造影术的临床疗效获益对比分析。方法回顾性分析2022年1月1日至2023年5月31日南京医科大学第四附属医院内镜中心及南京医科大学第二附属医院内镜中心接受ERCP手术治疗的胆总管复杂结石症患者。分为成像辅助组(胰胆直视成像系统辅助ERCP术,n=24)和对照组(常规ERCP术,n=26)。比较2组手术指标、康复指标、术后并发症发生率、疼痛程度评分标准、焦虑自评量表等临床疗效获益和医疗成本上的差异。结果成像辅助组平均手术时间、平均总住院时间显著低于对照组,且第一次手术成功率显著高于对照组(P<0.05)。成像辅助组切口出血、胆管炎和消化道损伤的发生率显著低于对照组(P<0.05),仅中度疼痛的发生比例低于对照组(P<0.05)。结论胰胆直视成像系统辅助下ERCP术能够给患者带来更好的临床疗效,符合快速康复和精准微创治疗的理念要求。

基于激光雷达与机载光电成像融合的高速轨道形变检测系统设计

高速轨道形变是指高速铁路轨道在运营过程中由于列车荷载、温度变化、地基沉降等因素而发生的变形现象,极大影响了高速铁路车辆的行驶安全性,为此,设计了基于激光雷达与机载光电成像融合的高速轨道形变检测系统;通过激光发射器、激光信号接收器的结构设计与组装,实现激光雷达成像模块的设计,从无人机、光电摄像机、云台等方面,完成对机载光电成像模块的设计,实现图像数据的融合处理;在硬件优化系统的支持下,生成高速轨道的激光雷达与机载光电图像,经过去噪、畸变校正、去雾等操作,完成对初始图像的预处理;采用加权融合的方式,得到激光雷达与机载光电融合图像,并提取融合图像的边缘特征,计算高速轨道位置坐标,通过坐标计算结果与轨道初始结构数据的比对,输出高速轨道形变的检测结果;实验结果表明:所设计系统的平均状态误检率为2.3%,形变量检测误差平均值为0.15 mm,具有良好的检测能力。

机载激光雷达系统在山区高速公路带状地形勘测设计中的应用

为提升山区高速公路带状地形勘测精度、效率等,将机载LiDAR技术应用于我国某山区高速公路的勘查设计项目,结合该项目,以理论结合实际的方法分析机载LiDAR技术在山区高速公路带状地形勘测设计中的应用规律。分析结果表明:机载LiDAR技术在山区高速公路带状地形勘测设计中的应用能够显著提升项目勘查精度与效率,误差值优于一般地形图绘制要求。旨在为机载LiDAR技术与复杂地形公路项目勘查融合提供参考。

基于复合控制策略的激光光束指向控制系统研究

激光光束指向控制系统是通过对激光光束偏转执行机构的控制,实现激光光束稳定指向目标的系统.当激光光束指向控制系统被应用于恶劣环境时,应考虑环境对系统造成的不利影响,消除激光光束的指向误差.激光光束指向控制系统采用了基于比例-微分-积分(PID)控制器和滑模控制器的控制策略,用于提高其动态和静态性能.最后,将PID控制器和滑模控制器在不同状态下的优势相结合,提出了复合控制策略.通过实验对比分析,复合控制策略比单一控制策略具有更好的控制性能,可以满足不同工况下的激光光束指向作业.

双振镜直接探测高精度三维成像激光雷达系统实验研究

建立一个高精度实时三维成像激光雷达系统,该系统采用恒比定时器(CFD)来判别到达时间;通过时间-数字转换(TDC)测量激光雷达与目标之间的激光脉冲飞行时间,然后将飞行时间(TOF)反演为距离信息;结合二维扫描空间坐标,得到目标的三维距离信息。在100 m范围内对不同的非协同目标进行实验测量,并给出实验结果。在该系统中,时间测量误差为300 ps,而测距精度为45 mm。

基于改进PSO的蝶形半导体激光器温控系统的设计

提出了基于改进粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的蝶形半导体激光器温度控制系统。利用蝶形半导体激光器内部热电冷却器(Thermo-Electric Cooler,TEC)作为被控对象求出其传递函数,并在Simulink仿真工具中搭建温度控制系统仿真模型,分析温度对激光器工作的影响。基于改进PSO算法来优化比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制器参数以达到良好的温度控制效果。实验结果表明,通过将改进PSO算法优化后的PID控制器参数应用到温控电路,可以保证激光器在安全平稳运行的前提下,达到激光器TEC温控系统稳定性高、响应速度快的目标,2 h内温度最大浮动误差为0.13℃,温度稳定性提升至0.52%。

输尿管镜下钬激光碎石术对泌尿系统结石患者的临床疗效及术后状况的影响分析

探讨输尿管镜下?Ho激光碎石在治疗尿路结石中的应用价值。方法 选择本院自2021年5月到2023年2月住院的86例尿路结石病人,根据随机化分组,分别为对照组泌尿系统结石患者43例和治疗组泌尿系统结石患者43例。其中给予对照组患者气压弹道碎石术治疗,治疗组患者则实施输尿管镜下钬激光碎石术,观察两组病人的临床效果,肾功能的改变,并发症的发生率和手术参数。在此基础上,对照组患者气压弹道碎石术治疗,治疗组采用输尿管镜下行钬激光碎石术,并与对照组比较,观察疗效及肾功能变化;并发症发生率及操作参数结果 经比较,治疗组与对照组相比,疗效显著提高(P<0.05)。治疗组患者术中出血量,手术时间,住院天数;术后结石清除速度及其他指标明显好于对照组(P<0.05)。2组患者术后肾脏各项指标比较,无显著性(P>0.05),而两组患者肾脏各项指标都有所下降,且两组之间有显著性差别(P<0.05),治疗组的手术指标明显低于对照组(P<0.05)。治疗组术后并发症明显少于对照组(P<0.05)。结论 输尿管镜下钬激光碎石术可以显著地提高病人的手术效果,可以显著地缩短病人的手术时间,住院时间,排出结石的时间,以及术后的出血量,同时还可以减少病人的并发症,从而提高病人的肾脏功能,是一种非常具有实用价值的手术方法。

基于UARM的流水线激光雕刻系统

激光加工是工业制造中的重要加工方式之一,为了解决传统的激光加工设备由于设备成本高和操作复杂而产生的问题,则迫切需要研发设计一种高效低成本的激光加工系统。本文提出了一种基于UARM机械臂的流水线激光雕刻系统,该系统由激光模块、UARM机械臂和流水平台组成,共同实现对各种材料的高精度、高效率雕刻。基于UARM机械臂的流水线激光雕刻系统由的硬件和软件两个部分组成,其中包括UARM的机械设计、激光模块选取以及控制系统的撰写。同时展示了实验结果,证明了系统在不同材料上实现高质量雕刻的有效性,能体现出系统在产品标识和流水线雕刻加工方面具有广泛的工业应用潜力。