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基于ACE算法和图像逆滤波的高温数字图像相关测量方法

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光学学报 2025年

作者：王永红刘千山周江浔潘万林王标合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥工业大学测量理论与精密仪器安徽省重点实验室

数字图像相关（DIC）技术已广泛应用于高温测量领域。然而由于高温环境的复杂性，存在许多限制高温DIC技术测量精度的因素，其中热辐射与热扰动较为典型。本文提出了一种基于ACE算法和图像逆滤波的高温数字图像相关测量方法，旨在提高高... 详细信息

数字图像相关（DIC）技术已广泛应用于高温测量领域。然而由于高温环境的复杂性，存在许多限制高温DIC技术测量精度的因素，其中热辐射与热扰动较为典型。本文提出了一种基于ACE算法和图像逆滤波的高温数字图像相关测量方法，旨在提高高温DIC的测量精度。首先，采用自动色彩均衡（ACE）算法处理高温下热辐射和类雾霾现象；其次，应用图像逆滤波恢复技术消除热扰动。最后进行1000℃下的图像去雾和热扰动消除实验。结果表明，该方法不仅能够在1000℃下获得高对比度的清晰散斑图案，还有效降低了高温测量中热干扰噪声影响，并将全场位移测量误差控制在5%以下，有效提升了高温DIC测量精度。

关键词：数字图像相关高温测量去雾逆滤波

基于飞秒激光制备的光滑圆弧凹槽阵列的垂直振动驱动液滴定向运输

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中国激光 2025年第04期 274-280页

作者：谢珂琳项乐李建权肖轶高雪丽刘一凡张亚超顾志祥吴思竹合肥工业大学仪器科学与光电工程学院南通职业大学机械工程学院合肥工业大学智能互联系统安徽省实验室合肥工业大学测量理论与精密仪器安徽省重点实验室

液滴定向运输在生化微量分析、微流控装置和水雾收集等应用中具有重要作用。在机械驱动、热驱动、电润湿、磁驱动和光驱动等诸多驱动方法中，机械振动驱动具有无污染和生物相容性好的优势。然而，目前针对机械垂直振动情况下低表面张力... 详细信息

液滴定向运输在生化微量分析、微流控装置和水雾收集等应用中具有重要作用。在机械驱动、热驱动、电润湿、磁驱动和光驱动等诸多驱动方法中，机械振动驱动具有无污染和生物相容性好的优势。然而，目前针对机械垂直振动情况下低表面张力液滴在图案化结构表面的运输以及液滴微化学反应方面的研究相对较少。鉴于此，本研究提出了一种由飞秒激光直写和润滑油注入相结合制备光滑圆弧凹槽阵列（SCGA）以实现低表面张力液滴定向运输的方法。SCGA是一种结合了宏观尺度圆弧和微观尺度对称梯形凹槽的跨尺度阵列，在其表面覆盖润滑油后，通过机械垂直振动可以驱动液滴定向运输。液滴定向运输的物理机制是：在振动过程中，液滴与SCGA圆弧两侧接触线的不对称阻力引发液滴的净位移。在此平台上展示了不同表面张力的液滴的定向运输以及液滴微化学反应功能。结果表明，本研究所提策略在生物医学和液滴操控领域具有巨大的应用潜力。

关键词：飞秒激光加工液滴操控机械垂直振动超滑表面液滴微反应

一种面向原子干涉仪均匀量子非破坏测量的光学环形腔

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物理学报 2025年第3期74卷 67-78页

作者：王恩龙王国超朱凌晓卞进田莫小娟孔辉国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室合肥230037 先进激光技术安徽省实验室合肥230037 国防科技大学智能科学学院长沙410073 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009

高精细度光学谐振腔辅助的量子非破坏(quantum nondemolition,QND)测量可产生原子自旋/动量压缩态,是提升原子干涉灵敏度以突破标准量子极限的重要手段.传统Fabry-Perot腔内驻波场结构导致的光与原子相互作用不均匀性,使得原子自旋压缩... 详细信息

高精细度光学谐振腔辅助的量子非破坏(quantum nondemolition,QND)测量可产生原子自旋/动量压缩态,是提升原子干涉灵敏度以突破标准量子极限的重要手段.传统Fabry-Perot腔内驻波场结构导致的光与原子相互作用不均匀性,使得原子自旋压缩度在演化过程中逐渐衰退.本文研究一种面向原子干涉仪均匀QND测量的光学环形腔,分析环形腔内行波场结构对光与原子相互作用均匀性的影响,设计并研制了高精细度(F=2.4(1)×10~4)高真空兼容型光学环形腔,并测试了环形腔特性.在此基础上,制备88Sr冷原子系综并与环形腔模式耦合,通过环形腔差分测量方式提取原子经过腔模过程中对环形腔造成的色散相移,实现对原子数目的非破坏测量.实验结果表明在探测光功率为20μW条件下,测得环形腔色散相移为40 mrad,耦合进腔内原子数目约为1×10~5.调节原子与腔模位置匹配及探测光失谐量等参数,验证了环形腔色散相移与QND测量理论的一致性.本文研制的光学环形腔为原子干涉仪中自旋/动量压缩态的产生提供重要解决途径,有望进一步提升原子干涉灵敏度,并广泛应用于腔增强型量子精密测量中.

关键词：光学环形腔量子非破坏测量自旋压缩原子干涉

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容器内液位高度对RFID系统性能影响研究

电子测量与仪器学报 2025年

作者：佐磊孔维业张一卓雷碧航合肥工业大学电气与自动化工程学院

针对容器内液位高度变化对无源超高频（UHF）RFID标签性能影响的问题，基于RFID工作原理电磁波传播理论，首先推导了无源UHF RFID系统链路预算模型；并利用功率传输系数，分析了容器内液体导致的标签阻抗匹配失谐对系统性能的影响；为... 详细信息

针对容器内液位高度变化对无源超高频（UHF）RFID标签性能影响的问题，基于RFID工作原理电磁波传播理论，首先推导了无源UHF RFID系统链路预算模型；并利用功率传输系数，分析了容器内液体导致的标签阻抗匹配失谐对系统性能的影响；为验证理论模型，采用仿真和室内实验相结合的方法，通过仿真实验和分析，建立了标签竖置和横置部署情况下，标签应答信号功率（RSSI）随液位高度变化的分段模型。在开阔的室内环境中，分别测试了在容器内液位高度变化时Alien9662和Alien9640两款标签的RSSI。实验设计覆盖了液位高度从0 mm到140 mm的范围，测量了不同液位条件下的信号强度变化。理论分析及实验结果表明：当液位沿天线弯折臂变化时，RSSI随液位高度的升高而逐渐减小；当液位沿电小环变化时，RSSI随液位高度的升高呈先增大后减小的非线性变化；两款标签的RSSI随液位高度改变的变化规律与所建立分段模型保持一致，验证了模型的有效性。研究结果不仅为理解液体环境对RFID系统的性能影响提供了理论依据，也为实际应用中标签部署与设计提供了参考依据。

关键词：射频识别液体环境阻抗分析标签天线传输系数

基于光纤布拉格光栅的压力式海洋波浪高度传感器

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光子学报 2025年

作者：刘兆坤杜大伟赵强陈东营惠力张文孙鹏郭风祥齐鲁工业大学(山东省科学院) 海洋仪器仪表研究所崂山实验室中国人民解放军国防科技大学气象海洋学院

波浪的实测数据对海浪模型校准、海上生产实践以及海洋灾害预防具有重要作用。本文提出了一种基于光纤布拉格光栅的压力式海洋波浪高度传感器，实现了对海洋波浪高度的实时测量。采用有限元分析对传感器结构进行优化设计，并对传感器的... 详细信息

波浪的实测数据对海浪模型校准、海上生产实践以及海洋灾害预防具有重要作用。本文提出了一种基于光纤布拉格光栅的压力式海洋波浪高度传感器，实现了对海洋波浪高度的实时测量。采用有限元分析对传感器结构进行优化设计，并对传感器的测量原理进行理论分析。通过标定实验可知该波浪高度传感器的压力灵敏度为-9.486 nm/MPa，有效测量量程为0-0.3 MPa。针对传统零线提取方法存在的零点遗漏问题，提出了基于平滑先验方法的波浪零线选取方法，实现零点动态选择，该方法在复杂海洋条件下表现出更好的适用性。外场实验结果表明，该波浪高度传感器各波高特征值的变化趋势与SBF3-2型波浪浮标的测量结果一致，两者相关系数均高于0.85，验证了光纤布拉格光栅海洋波浪高度传感器的可行性。本文提出的压力式光纤布拉格光栅海洋波浪高度传感器具有水下无源、抗电磁干扰、信号传输速度快的特点，为近岸波高测量提供了一种新颖的光学测量方法，具有良好的应用前景。

关键词：光纤布拉格光栅波高传感器压力测量海岸监测海洋波浪

基于边孔光纤的偏振可调的环形腔激光输出技术

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中国激光 2025年第2期 171-177页

作者：余燚余有龙王培明周秦至余千春合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室

实际应用中往往对激光的偏振态有一定的要求。为了实现不同偏振态的激光输出，基于边孔光纤（SHF）搭建了全光纤环形腔激光输出装置。通过扭转内嵌于腔内的SHF，实现了对输出激光椭圆度和方位角的调节，并探讨了其应用于传感领域的可行... 详细信息

实际应用中往往对激光的偏振态有一定的要求。为了实现不同偏振态的激光输出，基于边孔光纤（SHF）搭建了全光纤环形腔激光输出装置。通过扭转内嵌于腔内的SHF，实现了对输出激光椭圆度和方位角的调节，并探讨了其应用于传感领域的可行性。实验结果表明：当扭转角为0°～180°时，输出激光椭圆度的最大调节范围为0.02～0.48，方位角的最大调节范围为-93°～2°；若扭转角为0°时入射线偏振光的偏振方向与SHF主轴夹角为45°，则椭圆度的调节范围可增至0.02～0.91。将偏振可调激光输出装置用于扭转角度传感，当扭转角度测量范围为5°～97°时，扭转角的传感灵敏度为-1.0757。该设计结构简单、易操控，为激光偏振态的调节以及基于偏振的传感测量提供了新思路。

关键词：环形腔激光输出偏振调控扭转边孔光纤

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网格激光高反抑制与中心提取误差修正

光学精密工程 2025年第1期33卷 57页

作者：王标吴南南马宇晗姚彦峰王永红李骏睿合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230000

线激光在扫描金属工件时,部分金属表面存在高反光区域导致扫描效果不好,网格激光相较于单线与多线而言扫描效率更快,但存在中心提取以及光平面定位困难等问题。为了满足金属工件高效实时检测的需求,设计了一种网格激光的偏振态获取方法... 详细信息

线激光在扫描金属工件时,部分金属表面存在高反光区域导致扫描效果不好,网格激光相较于单线与多线而言扫描效率更快,但存在中心提取以及光平面定位困难等问题。为了满足金属工件高效实时检测的需求,设计了一种网格激光的偏振态获取方法,对偏振片旋转角度进行标定,达到对高反光表面的最佳程度抑制。基于法向量的激光中心与光平面对应方法,利用像素Hessian矩阵特征值最大时的特征向量,将激光中心与所属的光平面对应。采用基于仿射变换的中心提取方法,将非正交网格通过仿射变换转为正交后提取中心点,提高三维重建的准确性。最后建立了测量误差与高度的误差修正模型,减少了测量系统误差。实验结果表明,网格激光传统算法扫描金属表面高反光区域,扫描结果会有边缘缺失,测量误差为0.8 mm;而本文所提方法能够有效抑制金属表面高反光带来的影响,实现激光中心提取与光平面的准确对应,测量误差达到0.39 mm,最后经过误差修正,金属表面高光区域测量精度有较大提升,测量误差可达0.1 mm。本文所提方法与网格激光传统算法测量结果相比,测量误差减少了87.5%。该方法实现了金属表面高反光抑制下的网格激光扫描三维重建,扫描效率与测量精度得到提升,为未来的工业测量提供方法和参考。

关键词：三维测量网格激光偏振态中心提取法向量

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一种新型纳米光栅传感器的理论研究

仪器仪表学报 2006年第2期27卷 159-164页

作者：马修水费业泰陈晓怀赵静合肥工业大学仪器仪表学院

为了开发结构简单,抗干扰能力强的纳米测量精度光栅传感器,对基于二次莫尔条纹信号的纳米测量精度光栅传感器的测量原理进行了理论分析,通过仿真计算,其测量分辨力可达到5.40×10-10m,测量精度可达到纳米级。此外,对指示光栅和标尺光栅... 详细信息

为了开发结构简单,抗干扰能力强的纳米测量精度光栅传感器,对基于二次莫尔条纹信号的纳米测量精度光栅传感器的测量原理进行了理论分析,通过仿真计算,其测量分辨力可达到5.40×10-10m,测量精度可达到纳米级。此外,对指示光栅和标尺光栅不平行时对二次莫尔条纹信号质量的影响进行了理论分析和仿真计算。

关键词：纳米测量二次莫尔条纹光栅传感器仿真

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基于点到线共焦的暗场激光散射表面缺陷检测

激光与光电子学进展 2025年第3期 193-201页

作者：常凯王硕程莹钧田志彭卢荣胜谢兴龙董敬涛合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室

面向透明光学元件表面缺陷高速、高灵敏度的检测需求，针对现有暗场散射点共焦成像技术扫描效率低以及线共焦成像技术散射光串扰的问题，通过部分打破成像物镜的物-像共轭约束，设计了一种由柱状椭面镜和线阵光纤束组合的暗场散射光点-... 详细信息

面向透明光学元件表面缺陷高速、高灵敏度的检测需求，针对现有暗场散射点共焦成像技术扫描效率低以及线共焦成像技术散射光串扰的问题，通过部分打破成像物镜的物-像共轭约束，设计了一种由柱状椭面镜和线阵光纤束组合的暗场散射光点-线共焦收集装置，突破了数值孔径和视场相互制约的瓶颈，将线视场从毫米量级大幅提升至百毫米量级。设计了一种高速激光线扫描策略，在元件表面每一瞬间只产生一个激光光斑，避免了缺陷散射光的串扰。在此基础上，开发出具有光学断层能力的点-线共焦暗场激光散射测头，其具备分离透明光学元件前、后表面散射光的能力。实验结果表明：该测头的有效线视场达100 mm，散射光收集均匀性达80.7%；对于2 mm厚的透明元件，后表面缺陷散射光抑制信噪比可达14.1 dB；在8 mm/s的扫描速度下系统具备800 mm2/s的扫描效率，横向分辨率为20μm,1.16μm宽的划痕缺陷的散射信号信噪比可达10.9 dB，品质因子为6.9 cm-2·s-1·μm-1。

关键词：暗场散射表面缺陷检测线扫描共聚焦