融合注意力机制与线激光辅助的输送带缺陷检测网络

针对输送带缺陷种类繁多、缺陷特征像素占比小以及传统算法检测精度低的问题,采用随机仿射变换,扩充样本数据集;分析各通道间的关联关系及其贡献值对模型特征提取的影响,提出了一种通道关联加权注意力机制,利用关联卷积及全连接方式计算通道关联度及贡献权值,调整相应通道信息占比,提升模型检测精度;分析了上采样以及卷积块对输出特征图大小的影响,改进原特征金字塔特征卷积块及上采样结构,提高算法对小目标的特征提取以及缺陷检测能力;最后在输送带缺陷数据集上进行测试。结果表明:改进算法模型能对输送带典型的异物插入、破损、撕裂等缺陷特征进行有效识别,识别精准度可达99.7%,召回率大于99.5%,平均精度均值达到99.5%。

高精度相位式激光雷达测距系统的设计

现代科技中,激光雷达在自动导航、工业测绘等领域扮演关键角色,但传统相位测距系统普遍存在测量精度低和结构复杂等问题。本文提出了一种新型的高精度相位式激光雷达测距系统。该系统采用激光控制同频参比的相位差检测方法,包括对激光发射和接收模块的光学结构优化,以及对接收电路的放大滤波与差分混频处理,最终制作出了一个基于AD8302的高分辨率鉴相系统。实验结果显示,该系统测量精度为毫米级别,简便实用且能满足广泛的实际应用需求。这一研究为激光雷达技术在高精度距离测量方面提供了可行的解决方案。

基于激光拉曼光谱归一化法的乙醇定量分析研究

拉曼光谱具有分辨率高、分析速度快、检测样品制备简单、无损以及可在线测量等优点,被广泛用于分析物质的成分与分子结构信息,可以对多种有机物和无机物进行定性和定量的分析。目前主要应用多以相对比较成熟的定性分析为主,用于定量分析时,一方面由于拉曼光谱的重现性较差,会受到很多内部因素干扰;另一方面,拉曼光谱的分析理论相比于传统技术还不够完善,分析结果的误差较大,限制了其在定量分析中的应用。在基于强度比值的定量分析中,拉曼强度归一化理论的出现为拉曼光谱的应用提供了理论依据,参考峰/内标峰及拟合方法的选择对测量准确性和稳定性有较大的影响。采用激光拉曼系统研究了不同浓度乙醇溶液拉曼光谱特征峰(C—C—O对称伸缩,874 cm^(-1))与其他参考峰/内标峰的相对强度关系,分别提出了基于乙醇本征峰位比值法和基于CCl_(4)特征峰位的内标法,建立了线性回归分析模型,经归一化处理后两种方法均可有效消除系统中的突变噪声及强荧光背景的影响。通过联合假设检验等统计学方法对比了不同组内与组间的数据差异,确定了两种方法中准确性和稳定性最好的参考峰/内标峰。F检验与t检验表明,用乙醇自身峰位比值法进行标定时,以1 446 cm^(-1)(CH_(3)-不对称变形)处特征峰为参考峰建立的标准曲线能更为准确地反演乙醇的浓度;用CCl_(4)作为内标物时,以446 cm^(-1)处拉曼特征峰为内标峰时的标准曲线具有更高的稳定性和准确度。30 d内进行二次复测量时无需进行标准曲线的再次测量与绘制,避免了重复的定量分析实验以及后期数据处理过程对时间的消耗。根据不同标定方法建立的线性回归模型能够为乙醇溶液浓度的定量分析提供实验依据,通过该模型在乙醇溶液浓度检测系统中的应用,可以较为精确地实时反演乙醇浓度,从而实现对具有强荧光背景干扰的高浓度范围的乙醇溶液准确、快速、实时的定量分析。

变极性等离子弧焊技术发展及其在航天制造领域应用现状

变极性等离子弧(VariablePolarityPlasmaArc,VPPA)焊是一种高效的铝合金和镁合金焊接方法,其主要优势在于等离子电弧具有高能量密度,可以在焊接时穿透熔池形成小孔,大幅度降低焊接变形和残余应力,提高焊接质量。了解熔池小孔行为、电弧物理特性和控制方法对于优化和提高焊接过程的稳定性至关重要。本文综述了VPPA焊接技术发展的最新情况,对VPPA焊接过程信息的检测研究为深刻认识焊接稳定性机理提供了有力保障,尤其是利用X射线成像系统观测熔融金属流动的研究,对提升VPPA穿孔熔池物理本质的认识做出了重要贡献。此外,针对不同位置VPPA焊接的研究增加了这一焊接工艺的灵活性,由VPPA焊接衍生的多种拓展工艺拓宽了该焊接方法的适用范围。VPPA穿孔焊接技术以其焊接变形小、焊后无缺陷、单面焊接双面一次成形等优势,成为航空航天领域铝合金中厚板材焊接制造的优选工艺。

激光辐照材料表层温升规律的数值模拟

为了在烧蚀机制下的激光超声检测中合理加载激光能量,获得幅值较大的超声信号而不过于损伤被检材料,需要分析激光辐照材料表层的温升规律及激光烧蚀的问题。建立了激光辐照材料的理论模型,激光以热流密度的形式加载于材料表面。结合导热微分方程,将对流传热和辐射传热一同考虑,并在材料表层升温过程中有效处理了相变潜热,对材料表层受激光辐照的温度场进行了数值模拟。给出了激光烧蚀材料有限元分析的程序流程,选择45#钢坯为例进行激光辐照仿真计算,分析了钢坯表层受激光辐照区域、区域下方及区域边界附近节点的温升规律,并对比钢坯受激光辐照的实际烧蚀情况和通过采集激光超声波信号进行了验证。结果表明,数值模拟能够为后续热应力分析中载荷的加载提供依据,并为激光超声检测中激光能量的加载提供了参考。

基于激光超声方法的钢轨缺陷检测(英文)

针对钢轨探伤可靠性试验及缺陷信号采集处理要求,建立了一套基于激光超声技术的无损检测系统。该系统主要包括高能量脉冲激光器、电磁超声换能器、嵌入式信号采集处理系统以及带有人工缺陷裂缝的P60钢轨试件。在分析利用瑞利波探伤机理的基础上,重点研究了激励线圈阻抗匹配方法,介绍了嵌入式信号采集处理系统工作原理及其信号处理过程。最后利用搭建的激光超声检测系统,实现钢轨表面深度不少于0.5mm缺陷的定位,并给出了接收信号幅度与提离距离以及缺陷尺寸的关系。

基于有限元的脉冲激光辐照材料温度场研究

在激光超声检测过程中,为了合理加载脉冲激光的能量,以便获得幅值较大的超声波信号,同时避免脉冲激光造成材料的损伤,需要对脉冲激光辐照材料的温升进行数值计算。依据有限元理论,建立脉冲激光辐照材料的有限元模型,结合导热微分方程,将脉冲激光以热流密度的形式加载于材料表面,分析材料表层受激光辐照时的温度场,讨论有限元热分析时网格尺寸的选取对分析结果的影响。给出了材料表层受脉冲激光辐照时温度场的计算方法和网格尺寸的选择依据,并利用温度场的理论解析结果和应力场分析结果分别验证了温度场有限元计算方法的正确性和有效性。

激光-EMAT法非接触式无损检测金属内部缺陷研究

为了实现金属材料内部缺陷的非接触式无损检测,采用激光-电磁超声方法进行了理论分析和实验验证研究,取得了钢坯试样中深度为40mm、尺寸为3mm×30mm孔洞人工伤的检测数据,检测结果与实际孔洞位置之间的测量误差约为5%。结果表明,激光-电磁超声技术适用于金属材料内部缺陷的非接触式无损检测。

斜入射激光支持燃烧波时纵波声场的指向性

利用理论推导及实验验证的方法研究了激光倾斜入射支持燃烧波时纵波声场的指向性。根据激光超声的产生机理,在喷溅物质垂直作用于工件表面的前提条件下,推导了椭圆形声源作用时远场质点的法向位移。获得了纵波声场的指向性函数,分析了影响纵波声场指向性的因素,并进行了实验验证。利用功率密度低于爆轰波点燃阈值的激光烧蚀工件,使用峰值频率为5 MHz压电探头接收纵波,进而获得纵波声场的指向性实验数据,结果表明,实验数据与理论数据能够较好地进行吻合。在光斑短轴长度恒定时,与激光垂直入射相比,各倾斜入射角度下纵波声场的声束轴线指向均保持不变,并且指向性图形随倾斜角度的增加而变得细窄,纵波声场的能量也更加集中。

分布反馈光纤激光器封装工艺

分析了分布反馈光纤激光器的声波敏感机理,发现阻断"弦"结构对声振动的传递和响应是隔声隔振封装工艺的关键.根据分析设计了一种主体为弧形中性轴线槽的封装结构,分布反馈光纤激光器有源相移光栅在一定预拉力下粘结固定在封装结构的槽中,光栅各点均贴附在弧形平面上.实验结果表明,这种结构有效消除了声致弯曲等效应的影响,使激光器窄线宽特性在外界声波和振动冲击下能够得到良好保持.同时,实现了激光波长大范围的温度调谐,波长温度调谐系数由10 pm/℃提高到30 pm/℃以上,且激光器输出性能稳定.

斜入射激光超声体波声场的实验研究

为研究微烧蚀状态下圆形光斑斜入射时激光超声声场的指向性，使用脉冲激光辐照半圆柱形铝质工件表面，并使用压电探头和电磁超声探头分别接收纵波和横波信号。根据速度参数确定了超声信号的类型，提取了信号的峰峰值，并绘制出声场指向性曲线。通过分析获得以下结论：激光斜入射角度在O～60°范围内变化时，纵波声场的声束轴线方向保持不变，且与工件内法线平行；另外，横波声场的峰-峰值仍然在±35°的方向上取最大值，但是横波指向图形的主瓣易受激光入射方向的影响，当倾斜角度大于等于45°时，横波主瓣的范围弯得较宽。

自放大结构分布反馈光纤激光器输出特性

在光敏性掺铒光纤上制作了45mm长非对称相移结构光纤光栅,构成前后向功率输出比大于100∶1的分布反馈光纤激光器.利用一定长度的掺铒光纤吸收有源相移光栅后的剩余泵浦光,实现了对前向输出激光信号的放大,并采用OptiSystem软件模拟了掺铒光纤长度与增益的关系.为了保持输出激光的窄线宽和低噪音特性,利用布喇格波长与激光相同的光纤光栅和光纤环行器构成光窄带滤波器,对放大后激光信号的ASE噪音进行滤除.研究表明:所设计的激光器结构充分利用了泵浦光,在300mW的(980nm)泵浦功率下获得了功率为32.5mW,线宽为11.5kHz,相对强度噪音为-87dB/Hz的激光输出.

基于窄频分布反馈激光器和光纤光栅的加速度传感器

提出了一种用窄频分布反馈半导体激光器作为光源,光纤光栅作为传感元件的振动传感系统.给出了这个系统的工作原理和系统组成,设计了光纤光栅传感器的悬臂梁增敏封装形式.通过实验测量得到了频率响应曲线和加速度响应曲线,结果表明悬臂梁一端悬挂的质量块的质量越大,灵敏度越高,但共振频率也相应降低.同时讨论了不同黏度的硅油对共振的抑制效果以及系统灵敏度与分布反馈激光器输出波长的关系.

一种跨介质的空中-水下激光致声探测技术研究

跨空水介质间的探测技术是世界主要海洋国家的热点研究问题。为研究空中平台与水下的激光致声探测技术,文中在光击穿机制下采用纳秒脉冲激光与水听器之间的光声信号转换来进行空-水跨介质探测模拟实验研究及验证工作。搭建了激光致声空气-水下实验测试系统,采集了激光声扫描探测数据,对典型实验数据在时域内进行分析得出了激光激励声波的传播特性,根据时间互易原理实现了水下激光声信号的三维探测成像。利用有限元法进行激光在水下激发声波及传播的数值仿真,据此对实验进行了验证。此外,从仿真中发现通过提高脉冲能量至2.8×1010 W/cm2所激励的声波在传播400 m后仍能观测出明显的信号,信噪比约为11.3 dB,证明了百米级传输及探测的可能性。此研究结果为采用激光致声技术进行跨空-水介质探测提供了依据。

离焦量对激光超声测厚的影响

为了研究离焦量对激光超声信号幅值的影响,采用相同能量的脉冲激光辐照不同厚度的铝质试块进行了工件测厚的实验。光路会聚采用焦距100mm的平凸球面聚焦透镜,将该透镜固定于5维光学调整架上,调节水平轴旋钮以改变离焦量;利用中心频率5MHz的压电探头接收激光超声波信号,并记录所有试块在每个离焦量下的超声信号数据;依据信号之间的时间间隔,求出每个铝质试块的厚度。结果表明,测厚结果与工件实际厚度之间的相对误差均在3%范围内;在等量激光脉冲激励下,当工件表面处于离焦量-10mm时,获得信号的幅值最大。

应用于激光-EMAT高温探伤的换能器

激光-EMAT混合激光超声检测系统中,由于EMAT换能效率低,随着到试样表面的距离增大信号成指数衰减,妨碍了激光超声技术的实际应用。前置放大器在保证信号不失真的情况下,通过增大前置放大器的倍数,寻求合理带宽,可以提高EMAT的信号输出质量。在EMAT内部线圈提离试样表面8 mm的情况下,利用所设计的前置放大器,依旧能够接收到100 m V左右的缺陷信号。该信号的质量已经能够用于后期的信号处理与伤型的判断识别。

三维成像激光雷达线阵探测模式分析

以三维成像激光雷达对地面车辆目标探测为应用背景,采用线阵光电探测器并行接收的新体制来提高对目标成像的速度和实时性。按照对目标照射的激光辐射形式,总结出两种线阵探测模式:一种是激光多束发射模式,另一种是激光泛光发射模式。对这两种模式的机理、实现方式及优缺点进行了分析,并分别建立了两种模式下的激光雷达探测方程。采用信噪比和测距精度来分析两种模式的探测和测距性能。分别推导出了两种模式下信噪比与距离,发射功率与距离的关系表达式并进行了仿真。仿真结果表明,在相同距离和发射功率下,激光多束发射模式的回波信噪比更高;在相同距离和测距精度下,激光泛光发射模式需采用更高的发射功率。

一种响应平坦的宽带高灵敏度分布反馈光纤激光水听器

采用聚氨酯材料制作的梭形结构对分布反馈(DFB)光纤激光器进行封装,在驻波管校准声场对其进行测试,由OPD4000相位解调仪精确测量光纤激光水听器的相移量。通过测试和数据分析,得到1 kHz处DFB光纤激光水听器的相位-声压灵敏度为-122.6 dB re rad/μPa,相当于3.8 nm/MPa;在10 Hz～10 kHz整个频段内频响曲线非常平坦,波动小于±9 dB,并且信噪比与标准压电水听器相当。

激光-电磁超声技术的检测原理与应用

系统介绍了激光-电磁超声检测技术的检测原理和技术特点。针对连铸钢坯中存在的多种类型缺陷,研究了钢坯表面、近表面和内部缺陷的检测方法。建立了激光-电磁超声检测系统,并对含有尺寸为30mm×0.2mm×0.2mm的表面裂纹、Ф3mm×30mm的近表面横通孔以及Ф3mm×30mm的内部横通孔的人工缺陷试样进行了检测。试验结果表明,该方法适用于钢坯缺陷的检测,且该技术在高温、腐蚀和高速运动等苛刻环境下的金属材料检测方面具有明显的优势和应用前景。

基于DFB激光器的光纤光栅多路温度解调系统

介绍了一种基于DFB激光器和光纤光栅传感器多路测温系统的详细设计方案。分析了多路光纤光栅传感器测温的结构及其工作原理,并以STM32F107VCT6和AD7606为主控板核心,给出了该系统软件控制过程和硬件电路设计。实践表明,该系统测温精度高、测温范围广、使用方便、抗电磁干扰能力强、成本低、体积小,可以广泛用于各种电力系统设备多点测温。