荧光激光雷达技术探测水面油污染系统仿真研究

为实现对水面油污染的探测, 根据荧光激光雷达系统的发展趋势, 采用激光诱导荧光技术, 建立了适用于水面油污染探测荧光激光雷达的系统模型. 提出采用单激光器结合增强电荷耦合器件的小型荧光激光雷达探测系统, 通过分析激光器单脉冲能量与探测浓度之间的关系, 结合荧光激光雷达系统参数, 对系统模型的探测能力与信噪比等进行了数值仿真. 结果表明, 系统选用单脉冲能量50 μJ的355 nm Nd:YAG激光器作为激发光源, 白天在7 m的距离处探测信噪比可以达到10, 满足实验室搭建模拟系统的要求. 针对实际探测水面油污染, 提出采用增大激光器功率的方法, 并通过模拟计算验证了采用50 mJ的单脉冲能量激光器在230 m的探测距离处可得到与实验室相同的结果, 对实际系统的搭建具有指导意义.     

基于激光水下爆炸声源的声探测技术

基于激光水下爆炸的声探测技术,设计了激光声水下目标探测器。对激光水下爆炸声源的产生机理进行研究,并开展水下探测器发射声信号检测的实验。实验结果表明:强脉冲激光聚焦于水介质产生爆炸性球面声源,探测器内部的声反射面将球面声信号转变为高指向性的平面波信号。通过对探测器的发射信号和接收的目标回波信号进行数值计算,得到探测器发射信号具有波束指向性窄、距离分辨力高和探测距离远等特点,满足水下目标探测的应用需求。     

光击穿机制下的光声能量转换效率

建立了激光声实验测量系统,利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号。由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器,计算出声信号能量。对不同激光能量、激光聚焦位置和水体盐度下的光声能量转换效率进行了理论和实验研究。研究结果表明:随着激光能量的提高,能量转换效率逐渐减小;激光垂直水面入射时,随着激光聚焦深度的增加,能量转换效率会出现一次阶跃式变大,随后逐渐降低;等离子体对激光能量的吸收越充分,能量转换效率越高;水体盐度的变化对能量转换效率影响很小。     

机载激光通信系统发展现状与趋势

本文首先介绍了激光通信的突出地位和重大成果,说明机载激光通信技术的先进性和重要性。然后阐明了机载激光通信系统的工作原理,说明进行机载激光通信研究的可行性。接着简要叙述了机载激光通信系统的发展历史和国内外研究现状,重点对其性能指标和技术特点进行了分析。在此基础上,提出了机载激光通信的关键技术,并指出其应用前景和发展趋势。在不久的未来,机载激光通信将会成为信息化战争必不可少的通信手段。     

激光致声换能器的实验与应用论证

设计制造了激光致声发射换能器,并进行了水槽实验,测量、计算了激光声信号的距离分辨力、声源级、指向性函数、指向性指数,分析了实验值与理论值误差产生的原因;计算了噪声背景和混响背景下对目标的探测距离;从理论上论证了探测沉底目标的可行性;分析了该换能器的信息传输速率、指向性和通信距离.     

空间激光通信最新进展与发展趋势

空间激光通信凭借其带宽优势,成为未来高速空间通信不可或缺的有效手段,是近年来国际上的研究热点。本文详细介绍了美国、欧洲和日本在空间激光通信技术领域的最新研究进展和未来发展规划,总结了国内外空间激光通信演示计划的主要参数指标。通过对空间激光通信最新研究计划的分析,归纳出空间激光通信高速化、深空化、集成化、网络化、一体化5个发展趋势,以及需要突破的高阶调制、高灵敏度探测、多制式兼容、"一对多"通信等关键技术。为我国激光通信设备及相关研究提供借鉴和参考。     

近红外波段CO2分子弛豫动力学效应对光声信号的影响

介绍了一种基于低功率的分布反馈式(DFB)半导体激光器和自行设计的一阶纵向共振光声池构成的共振光声光谱测量系统.该系统具有结构简单、操作方便、价格低廉等优点.通过对光声池的性能进行的研究,实验研究和理论分析具有很好的一致性;系统地研究了近红外1.573μm附近分子弛豫效应对光声探测CO2信号的影响,并给出了相应的理论分析,表明利用分子弛豫效应可有效地提高系统探测灵敏度.     

基于OPO脉冲激发的血糖光声检测影响因素研究

构建了一套基于侧向模式的光学参数振荡(optical parameter oscillator，OPO)脉冲激光激发-超声传感的血糖光声检测系统，并且将激发波长、激光能量、探测频率和温度等对血糖光声检测的影响，在系统结构上进行了有效融合。然后，以不同浓度的葡萄糖溶液作为测试样品，实验研究了几个因素(激发波长、激光能量、探测频率和温度等)对葡萄糖光声检测和浓度预测的影响。实验得到了不同浓度葡萄糖溶液在不同影响因素条件下的葡萄糖实时光声信号和光声峰峰值，同时，为了得到不同因素对葡萄糖光声值和浓度预测的影响规律，通过线性回归算法建立了葡萄糖光声峰峰值与各因素变化，以及不同因素下光声峰峰值与浓度梯度的映射关系模型。实验和模型预测结果表明：相比1 200和1 300 nm波长而言，1 064 nm波长下的葡萄糖光声峰峰值与浓度梯度模型预测效果最好，模型相关系数达到0.986；葡萄糖光声峰峰值随着脉冲激光输出能量的增大呈线性增大趋势，且葡萄糖浓度预测准确度随着激光输出能量增大有所提高；根据不同探测频率的超声探测器捕获的葡萄糖光声峰峰值与浓度梯度建模效果来看，响应频率为1 MHz的超声探测器相比2.5和10 MHz的超声探测器，在葡萄糖光声信号探测上具有更好的探测效果；最后，实验发现，葡萄糖光声峰峰值随着温度和浓度的增大均呈线性增大趋势，且浓度预测误差随着温度的升高逐渐增大。     

卫星激光通信发展现状与趋势分析(特邀)

卫星激光通信凭借其宽带宽以及无电磁频谱约束等特点,成为解决卫星微波通信带宽瓶颈和缓减卫星频谱资源紧张,实现卫星高速通信的有效手段。本文介绍了卫星激光通信的系统组成及特点,分析了国内外卫星激光通信技术领域的发展脉络、最新研究进展和未来发展规划。结合未来空间网络与深空探测需求,从高速化、深空化、集成化、网络化、全光化五个方面总结了未来发展趋势,并对未来涉及的关键技术进行了讨论,为我国卫星激光通信技术研究提供借鉴和参考。     

基于超导纳米线单光子探测器深空激光通信模型及误码率研究

高速深空通信是深空探测的关键技术之一,具备单光子灵敏度的激光通信系统将大大提高现有的深空通信速度.然而,单光子条件下的激光通信不仅需要考虑传输环境的影响,还需要考虑实际单光子探测器性能和光子数量子态的分布.本文在不考虑大气湍流影响的情况下,以光电探测模型为基础,引入超导纳米线单光子探测器(SNSPD)系统的探测效率和暗计数,建立了反应系统差错性能的数学模型,提出了系统误码率的计算公式.先对公式中的光强和激光脉冲重复频率对误码率的影响进行仿真,再通过实验结果验证仿真模型.结果表明,光强对误码率的影响最明显,随着光强从0.01光子/脉冲到1000光子/脉冲的增加,误码率从10~(-1)到10~(-7)量级明显下降;激光脉冲重复频率对误码率的影响受到不同光强的制约,但都随着脉冲重复频率的增加呈下降趋势.与此同时,当增加光强或者提高速度时,误码率高于仿真结果,约在10~(-4)量级,其原因可能是实际通信中调制光信号的消光比不足和光纤引入背景噪声提高了系统暗计数.以上模型和实验结果为进一步开展基于SNSPD的月球-地球、火星-地球等高速深空激光通信奠定了基础.     

Development of vibration signature analysis using multiwavelet systems

In this paper the vibration analysis for local faults and transient phenomena detection, using multiwavelet systems, is developed. Unlike the scalar wavelet systems, in which their coefficients are scalar parameters, the transformation coefficients of multiwavelet systems are vector valued, and their calculation requires specialized techniques. In this investigation, having considered the technique used to obtain the scalar wavelet system coefficients, the transformation coefficients of the multiwavelet system are calculated, and by applying the method to artificial vibration signals, decomposition of the signal into different multiscale and multiwavelet functions (as introduced by Donovan, Geronimo, Hardin and Massopust) is examined, as well as the capability of this multiwavelet system for transient phenomena detection. By analyzing the vibration signal of a faulty gearing system the applicability of Donovan, Geronimo, Hardin and Massopust multiwavelet system for local fault detection of the mechanical systems is shown. The results confirm that using the multiwavelet system, not only can the fault in the gearing system be diagnosed, but also its location can be determined precisely.     

用激光外差干涉仪探测金属表面超声振动的实验设计

将激光外差法测量的科研成果转化为物理专业实验，设计了易于调节的激光外差干涉系统，实现了外差信号的接收，用压电超声装置代替激光超声装置，使实验系统小型化。     

水下拉曼光谱探测低通滤光片水拉曼信号抑制

拉曼光谱作为研究物质结构的一个强有力工具,被广泛应用于水环境物质的检测,近年在深海原位探测中也得到应用.文章针对水下拉曼光谱探测的需要,设计了用于水的O-H振动拉曼信号抑制的低通滤光片,经过计算,边缘为指数形式的低通滤光片可较好的满足需要,而且通过实际采用的低通滤光片的实验证明,采用低通滤光片后水的O-H振动拉曼信号得...     

基于相位载波复用的光纤周界安防系统及其实现方法

提出一种利用相位载波的调制解调技术实现白光干涉系统复用的周界安防新方法.该系统在单芯反馈式白光干涉系统的若干感应端,分别串接工作在不同频率的相位调制器.首先利用相位调制技术,将不同干涉子系统的感应端的触发信号从频域上分开|再使用相位解调技术,从同一干涉系统输出信号中获得相应于不同感应端的独立时域信号.实验中通过布设在现场的传感光纤对区域环境振动实现实时记录,用白光干涉方法实现振动信号的提取,利用相位载波复用实现不同区域的定位.理论分析和测试结果表明:通过相位载波复用技术,实现不同传感端共用一套干涉系统的方法,可以显著减小周界安防系统的复杂程度,降低系统成本|该方法能对环境触发信号进行实时监控,并能快速,有效地确定扰动信号的所属区域,具有较高的灵敏度,有利于在大区域,长距离的监控领域获得实施.     

数字散斑强度相关计量的特性研究

从理论与实验两方面探讨了在相干光与非相干光照明条件下,数字散斑强度相关计量的动态范围,空间分辨率及信号分辨率,提出了扩大相关计量动态范围的方法及提高相关计量系统空间与信号分辨率的途径,并进行了实验验证.     

Active vibration control in Duffing mechanical systems using dynamic vibration absorbers

This paper deals with the multi-frequency harmonic vibration suppression problem in forced Duffing mechanical systems using passive and active linear mass–spring–damper dynamic vibration absorbers. An active vibration absorption scheme is proposed to extend the vibrating energy dissipation capability of a passive dynamic vibration absorber for multiple excitation frequencies and, simultaneously, to perform reference position trajectory tracking tasks planned for the nonlinear primary system. A differential flatness-based disturbance estimation scheme is also described to estimate the unknown multiple time-varying frequency disturbance signal affecting the differentially flat nonlinear vibrating mechanical system dynamics. Some numerical simulation results are provided to show the efficient performance of the proposed active vibration absorption scheme and the fast estimation of the vibration disturbance signal.     

超声振动对光学玻璃加工的锯切力特征研究

超声振动辅助方法已在各种硬脆性材料的加工工艺中得以应用,其优异的加工能力和效果已得到广泛证明。本研究中通过采集有无超声振动条件下锯切光学玻璃的平均锯切力以及单颗金刚石磨粒划擦实验下的力信号,对不同工艺条件下的平均锯切力、单颗磨粒受力特征进行分析。同时通过扫描电镜观察对应力信号下工件与工具加工后表面形貌,进一步通过超声振动下材料去除机理解释超声振动对锯切力影响。结果表明：与传统锯切工艺相比,超声振动辅助使得单颗磨粒划擦过程中的受力降低引起平均锯切力的降低;超声振动改变普通锯切下材料的去除方式;同时可使工具保持良好的锯切状态,降低光学玻璃材料的锯切力比,改善其可加工性。     

基于二阶保偏光纤Sagnac环光纤激光器的振动检测研究

提出了一种可用于振动检测的新型光纤光栅传感技术. 用偏振控制器和高双折射保偏光纤构建成Sagnac环, 结合掺铒光纤、单模光纤和隔离器, 形成了单波长光纤激光器, 由粘有光纤Bragg光栅的悬臂梁作为传感探头, 并利用Sagnac环本身的线性边缘, 解调振动信号. 阐述了Sagnac环原理及其产生的边缘效应, 并进行了数值模拟计算, 对振动信号进行了检测实验, 检测系统从L₁到L₁+L₂之间对应的周期可调, 灵敏度高达38.2 μ W/nm, 线性度为0.9996, 动态范围在40–70 dB, 可满足振动传感检测的技术参数要求. 关键词： 光纤光学 振动检测 保偏光纤Sagnac环 光纤激光器     

Application of multi-scale chirplet path pursuit and fractional Fourier transform for gear fault detection in speed up and speed-down processes

Demodulation is very important for gear fault detection. However, the demodulation is substantially complicated by the non-stationary nature of the signal during the speed-up and speed-down processes. As such, we propose a new technique to detect gear faults under such conditions based on the multi-scale chirplet path pursuit (MSCPP) algorithm and the fractional Fourier transform (FrFT) method. With the MSCPP algorithm, the instantaneous frequency of the signal component with the largest energy in the multi-components gear vibration signal can be estimated. Then according to the estimated instantaneous frequency, the vibration signal segment whose instantaneous frequency curve approximated as either an ascending or descending linear segment can be obtained from the original gear vibration signal. In other words, the vibration signal segment that can be regarded as a multi-component linear frequency modulated (LFM) signal is extracted. As the FrFT is suitable for multi-component LFM signal analysis, it is then applied to demodulating this vibration signal segment and hence detecting local gear faults based on the revealed modulation phenomenon. The effectiveness of the proposed method has been demonstrated by both simulation and experimental data.     

一种可用于离面位移测量的光路的优化设计

为了实现对复杂三维物体表面轮廓、小空间内物体的纵向位移或振动等测量，有必要研制高分辨力、非接触的光学检测系统。由于激光多普勒技术具有动态响应快、线性度好、非接触、测量精度高等特点而优先被用于复杂三维物体离面位移的测量。但是物体表面散射光的多普勒信号非常微弱，因此解决信号的强度、信噪比则是实现测量的关键。研究了激光多普勒技术及散射光相位的无规变化的统计规律，设计出一种空间分辨力很高的参考光路，将它用于固体离面位移测量效果很好，其相对误差为0．3％。