摘要：多频探测是相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)光纤传感系统中干涉衰落抑制的重要手段,但存在多频率生成造成结构复杂的问题。提出了一种基于光纤移频延时环的多频脉冲产生方法,设计了包含移频、放大、延时、滤波、隔离等环节的光纤环结构,使用简单结构实现了多频探测脉冲的产生与复用。并分别采用脉冲延时补偿算法与旋转矢量求和算法对瑞利后向散射拍频信号实现了数据对齐与数据聚合。实验结果表明,传感系统通过生成包含6个频率分量的多频探测脉冲,可在10.33 km的传感光纤上将衰落概率由26.43%优化至0.93%,并实现了信噪比为5.29 dB的振动信号准确定位,以及相关系数为0.997的振动信号线性解调,从而为Φ-OTDR系统在复杂环境下的振动信号抗衰落解调提供了新的解决方案。

摘要：光功率分配器作为光子集成电路中分束并束的关键器件,要求结构紧凑、宽带、低损耗。基于亚波长光栅(SWG)结构,提出一种分束区域长5μm、分光比为50∶50的超大带宽低损耗3 dB光功率分配器。仿真结果表明,该光功率分配器在±15 nm的大工艺容差下,TE模式在1.26~2.02μm波段内(即760 nm带宽)损耗低于0.54 dB。通过电子束曝光、干法刻蚀等工艺在绝缘体上硅(SOI)晶圆上加工制备该光功率分配器,在扫描电子显微镜(SEM)下观察SWG结构的加工误差不超过±10 nm。此外,搭建垂直耦合测试平台,利用可调谐激光器在1496.8~1600 nm波段,对TE模式的损耗与分光比进行测试。结果表明,该波段损耗约为0.3 dB,与仿真结果吻合,分光比误差在5%以内。该功率分配器适用于高速、大容量通信、波分复用(WDM)系统等互联应用场合。

摘要：近年来,温室效应愈发明显,环境二氧化碳(CO_(2))浓度增加带来的副作用严重影响了人们的生产生活。目前,商业化的CO_(2)传感器体积较大,便携化、高精度、模块化等方面不尽人意,设计了一种基于热释电的非分光红外法(NDIR) CO_(2)浓度测量系统,主要分为气室结构设计、信号电路设计、软件控制设计与数据处理四个部分。气室结构设计方面采用单通道结构设计,并对气室进行了光学仿真,最终确定了气室的尺寸,有效提高了系统的测量精度。信号电路设计方面设计了一种基于差分方式的小信号放大电路,将有效信号从噪声中提取并放大,提高分辨率。软件控制设计方面应用数字滤波算法,滤除干扰与杂波,提取数据中的有效值,提高信噪比。数据处理方面,搭建CO_(2)气体测试平台,通过温湿度与峰峰值补偿公式补偿温度对峰峰值产生的影响,再使用25℃下曲线拟合法计算气体浓度值,最终通过串口输出。经过测试,该系统测量范围为5%,相对误差值在1500 ppm以内,能够满足防火报警、矿下监测等场合的安全测试需求。

摘要：为提高跷跷板系统在外部干扰下的平衡控制性能,提出一种基于指数收敛干扰观测器与切换增益模糊自适应分层滑模控制相结合的复合控制策略。首先,设计一种指数收敛干扰观测器,对系统受到的外部扰动等不确定因素进行估计补偿,以改善控制器鲁棒性。该观测器不需要状态变量二阶导的信息,可以应对实际工程中难以通过求导的方式获取加速度信号的问题。然后,针对跷跷板这类强耦合欠驱动系统提出一种分层滑模控制算法,并进一步针对滑模控制算法在未知大干扰下切换增益过大的问题,通过模糊规则的设计将切换增益模糊化,以降低系统抖振。最后,仿真和试验结果表明,相较于传统的滑模控制算法,该分层滑模控制算法抗干扰能力更强、切换增益更低。该策略可应用于类跷跷板平衡控制的实际系统。

摘要：为了解决生成对抗融合方法获得的融合图像不能同时保留红外图像典型目标和可见光图像纹理细节的问题,提出一种红外与可见光图像交互注意力生成对抗融合方法。首先,在生成网络模型中采用权重参数共享的双路编码器架构,利用多尺度聚合卷积模块提取源图像各自的深度特征;其次,在融合层设计上,利用交互注意力融合模型建立两类图像局部特征的全局依赖特性,获得的注意力图更聚焦于红外典型目标和可见光纹理细节,实现红外与可见光图像端到端融合。最后,在对抗网络模型中,采用双鉴别器均衡判定融合图像与源图像间的真假性,相互补偿的损失函数优化生成网络模型获得最佳的融合结果。与现有典型融合方法的对比实验结果表明,该方法能够获得更平衡的融合结果,在主观视觉描述和客观指标评价上都优于其他方法。

摘要：设计了一种新型索杆桁架式可展开单元,可以实现大型空间可展开机构的高刚度与轻量化。新型可展单元截面由三个正三角形组成,三角形的三个边由索代替,利用中心三叉结构进行索的牵引与张紧。使用被压缩的扭簧作为展开过程中的驱动元件,通过双曲柄滑块机构实现每个基本可展单元沿轴向的同步运动,采用双向折叠展开的设计大幅减小机构折叠后的体积,采取索杆结合的方式减小机构整体的质量。在杆件连接节点处布置自锁铰链,在完全展开时将机构被锁定为稳定状态。ADAMS软件的动力仿真结果验证了机构展开过程的可行性,扭簧的刚度越大,展开的初始角速度越大,展开时间越短。机构展开后的静刚度分析表明,通过沿机构轴向布置对角拉索,且当对角拉索处于预紧状态时,可展机构可以获得更高的结构刚度。机构的模态分析表明,相比无对角拉索机构,含对角拉索的可展机构振动频率有所提高。

摘要：利用无人机载热红外设备对光伏组件进行航拍和缺陷检测。针对无人机存储和算力的局限性,以及现有基于深度学习的缺陷检测模型在大型光伏电站复杂环境下模型参数量大和计算开销大的问题,设计使用YOLOv5 LiteX作为超轻量化的缺陷检测模型。首先,选择加权双向特征金字塔BiFPN替换原来的特征金字塔PANet,使特征有效的跨尺度连接和加权融合;其次,在特征融合的基础上增加更大的检测尺度,以提高模型检测较小缺陷目标的性能;引入focal-EIoU Loss对原有的边界框坐标预测损失加以改善,使网络专注于困难样本的运算。此外,通过数据增强方法来克服数据量过少的问题。改进后网络的平均精确率(mAP)相较于基准网络(Lite-YOLOv5)提高了7.32个百分点,困难样本(异物遮挡)的mAP大幅度提升。

摘要：轴向柱塞泵配流副是一种典型盘式摩擦副,其对柱塞泵性能有重要影响;摩擦副表面织构具有良好的减摩抗磨功能,与通常研究的凹坑状织构相比,沟槽状织构具有明显的贯通性,润滑、冷却和排屑效果好等优点。为改善配流副摩擦磨损性能,根据前期研究结果设计并制作了16槽及32槽两种类型盘式摩擦副,探讨沟槽状织构化配流副的摩擦磨损特性,分析织构基体硬度、织构角度,以及载荷等对其性能影响。研究结果表明:盘式摩擦副表面沟槽状织构可有效改善摩擦特性,基体材料硬度、织构角度与实验压力均会对织构化摩擦副的摩擦磨损特性产生影响;在3MPa压力下,与无织构试样对比,32槽、60°织构角的软材料与未处理硬材料组成配对副时,表现出最优的摩擦磨损特性,摩擦因数仅为0.038,磨损量降低了57.48%,磨损表面也未出现严重磨损现象。上述研究结果将为轴向柱塞泵配流副的优化设计提供参考依据。

摘要：以自移式履带排岩机受料臂架为研究对象,建立受料臂架的有限元模型,结合实际排岩机受料臂架的3种不同载荷工况,利用ANSYS Workbench对其进行了有限元分析。结果表明,其载荷应力分布不均匀,结构具有较大的优化空间;通过模态分析,得出受料臂架有共振的风险。采用ANSYS Workbench中的拓扑优化模块对受料臂架结构进行了优化设计。通过对比优化前后臂架在恶劣工况下的有限元分析结果,可以得出:优化后的受料臂架较优化前最大变形量增加了4.1%,最大应力增加了1.6%,增加量微小且均满足使用要求,但应力分布更加均匀,结构更合理;优化后臂架一阶固有频率增加了10.2%,且各阶频率均避开了机构固有频率,有效地控制了共振的发生;优化后的受料臂架较优化前质量减轻了5.0%(减轻1 792 kg)。以上研究为排岩机臂架的轻量化设计提供一定的参考。

摘要：本文针对传统MEMS振动陀螺在经历高过载过程无法存活且冲击前后参数变化大的问题,开展了抗高过载MEMS固体波动环形微机械陀螺设计、加工和测试方面的研究工作。首先,提出了全对称梁的陀螺结构形式,该结构能够有效的减小冲击过程在结构中造成的应力残留,配合止挡机构以及灌封技术能够提升陀螺在冲击过程中的存活能力,并在此基础上推导了陀螺的动力学方程和敏感轴冲击振荡运动函数,指出了敏感轴冲击模态的固有频率越高、品质因数越小则越有利于提高陀螺在敏感轴上的抗冲击特性。其次,利用有限元分析软件对陀螺结构进行了模态分析和冲击特性仿真,结果显示在15 000 g@10 ms的冲击作用下,陀螺的最大位移和应力分别为9.46μm和99.6 MPa,保证了陀螺结构具有较好的抗冲击裕度。再次,利用较为成熟的玻璃-硅键合和深硅刻蚀工艺实现了陀螺结构的加工,结合陶瓷封装实现了陀螺结构的真空封装,并基于驱动闭环和检测开环回路搭建了陀螺的测试系统。最后,在实验室环境下利用冲击台实现了对陀螺样机的冲击测试,冲击过程(脉宽0.6 ms)出现了多个5 000 g以上的峰值,最大峰值为16 050 g,陀螺响应时间约为1 s,冲击前后陀螺零位变化小于1%,验证了本文研制样机的抗过载能力。