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关键词： 立体视觉   光栅投影   思政教育  

摘要： 基于光栅投影双目立体视觉的综合实践设计旨在培养学生在仪器科学与技术领域的专业技能和实践能力。首先在课程教学中引入思政教育;其次引导学生搭建实验平台、完成相机标定,通过MATLAB编码求解包裹相位、相位解包裹、三维点云生成等,在教学过程中采用项目驱动教学,分模块进行实践教学。最后,通过课程实践培养学生的创新能力和解决复杂问题的能力。

关键词： 杨氏双缝   Python   仿真模拟  

摘要： 基于Python软件的交互性和色彩显示能力,设计出了杨氏双缝干涉和衍射实验的仿真模拟平台。该平台为具有普适性及便捷性的EXE文件,此用户平台界面实现了实验参量可调,呈现了干涉和衍射条纹随各种参数变化的规律。通过交互式操作控制参数,进行动态模拟,使得真实实验过程得以可视化,为物理中光学部分的教学提供辅助。

关键词： 光栅   波带片   元件叠加   衍射   干涉  

摘要： 通过多个衍射光学元件叠加可将不同元件的衍射功能集成到1个元件中,得到复合衍射光学元件.从一维光栅、菲涅耳波带片等简单结构出发,将其不同衍射作用的透过率函数相加,借助基于数字阵列微镜的无掩膜光刻设备刻写在1个光学元件上得到复合元件,通过程序模拟和实验测试分析元件的衍射特性,探究在叠加过程中相关参量对衍射图样的影响.实验结果表明:叠加后的复合元件结合了叠加前各元件的特性,可实现对入射光波前的调制,得到所需的振幅和相位分布.

关键词： 应力应变   挂篮施工   光纤光栅   感测技术   桥梁   结构健康监测   施工监测  

摘要： 针对桥梁内部应力与应变传统监测技术耐久性差、测量繁琐等技术不足,提出1种基于光纤光栅感测技术的桥梁挂篮施工结构健康监测方法。以跨常合高速分离式立交桥为研究对象,选取施工期活载作用下桥梁受力最不利截面,在桥墩处起步梁段的箱梁顶板、底板与腹板中心线交汇点植入光纤传感器监测其应力、应变,分析起步梁段箱梁在挂篮施工期的应力、应变的变化规律,评估桥梁挂篮施工期的内部结构健康状态。结果表明:提出的方法可用于监测桥梁内部受力变化,起步梁段顶板应力、应变增长主要受预应力张拉影响,底板应力、应变增大主要受混凝土浇筑影响;中跨合拢段箱梁浇筑后,中跨梁段不再呈现上拉下压现象;顶板应力、应变均在边跨合拢段前一个梁段预应力张拉后达到峰值,底板应力在边跨合拢段前一个梁段浇筑后达到峰值,而底板应变在边跨合拢段预应力张拉后达到峰值。建议桥梁挂篮施工过程中,应重点监测边跨合拢前一个梁段施工至施工结束这几个阶段的应力、应变变化。

关键词： 光纤布喇格光栅   液位传感器   测量范围   精度   灵敏度  

摘要： 为了准确测量液位,研制了一种耦合光纤布喇格光栅和弹性膜片的液位传感器。该传感器由两个光纤光栅(FBG_1和FBG_2)、弹性膜片、弹性橡胶密封垫片、空心管(导气管)和光纤光栅固定装置组成。光纤光栅固定装置材料为聚甲基丙烯酸甲酯。FBG_1和FBG_2固定在弹性膜片表面。FBG_1用于监测液位高度和温度。将FBG_2封装在不锈钢毛细管中进行温度检测,消除液相温度变化对液位测量的负面影响。为了提高传感器检测液位的线性度,实验研究了弹性膜片厚度对液位测量结果的影响,并在此基础上研究了液位变化率和外部振动对液位测量精度的影响。结果表明,当弹性膜片厚度为2 mm时,传感器检测液位的线性范围为0~380 cm,灵敏度为(19.65±6.3)pm/cm。该传感器可在0~100 cm/min液位变化速率和0~5.27 mm/s外部振动强度范围内准确监测液位,最大检测误差为7.2%。

关键词： LEO目标   相对运动   误差传播   状态转移矩阵   状态转移张量  

摘要： 目前低轨区域空间目标数量不断增加且航天器轨道机动能力越来越强。结合LEO机动目标快速碰撞预警对于计算效率和计算精度的需求,在J2模型假设下,提出了一种基于状态转移张量的短期状态误差传播方法。该方法从航天器相对运动的角度,引入二阶状态转移张量来描述误差传播的非线性特征,给出了误差传播的近似解析表达式,在此基础上完成了碰撞概率计算。仿真结果表明:提出的方法对于LEO目标短期误差传播及碰撞概率计算具有良好的计算效率和计算精度。

关键词： 弥散张量成像   神经电生理   脑肿瘤   手术入路   神经功能  

摘要： 脑肿瘤是一种常见的临床神经外科疾病,可压迫周围正常的脑组织,导致中枢神经系统功能受损,临床上常见的症状包括头晕头痛、耳鸣、视觉和嗅觉减退、肢体无力以及面部麻木等,这些症状严重影响了患者的生活质量,甚至可能危及其生命安全。我国脑肿瘤发病率逐年上升,脑肿瘤发生率和病死率也跃居全球首位[1]。目前手术切除是治疗脑肿瘤的主要方法,部分脑肿瘤位于脑深部,肿瘤边界难以确定,任何盲目扩张切除均可能损害神经功能,带来严重并发症[2]。在切除脑肿瘤的同时,保护神经结构和功能对提高手术成功率和降低患者术后并发症发生率至关重要。弥散张量成像技术(diffusion tensor imaging,DTI)以及术中神经电生理监测技术(intraoperative neurophysiological monitoring,IONM)是先进的医学成像和监测手段,可为解决医学领域中的一些难题提供有力支持。

关键词： 夫琅禾费衍射   菲涅尔衍射   傅里叶光学  

摘要： 夫琅禾费衍射是光学中的一个重要的物理概念,其中单缝、方孔、圆孔的夫琅禾费衍射光场结构已为大家所熟知。本文讨论光束在近场衍射到夫琅禾费衍射(远场衍射)过程中的光场重构现象。本文发现在一维和二维光场重构过程中,光强分布会变化,光场能量会重新分布;特别地,发现平面波经过二维孔(方孔和圆孔)后,光场会产生自动聚焦现象。以椭圆光场和像散椭圆光场为例,本文讨论了在二维光场在重构过程中的光斑形变和旋转现象。在实验上,夫琅禾费衍射可以由凸透镜实现。

关键词： 滑坡   磁梯度张量   磁传感器   磁定位  

摘要： 滑坡监测是滑坡防治的有效技术手段,针对钻孔测斜仪在滑坡深部发生大位移时失效的问题,提出一种基于磁梯度张量的滑坡监测方法。该方法以磁梯度张量理论为基础,使用了十字形阵列进行监测,通过测得的磁感应强度三分量得到轴心的梯度值,再根据反演计算出目标磁源的空间坐标,通过实验验证了该方法的可行性。在测量前将磁传感器阵列固定并计算偏离角,之后使永磁体按照矩形轨迹缓慢运动,并选取一定的测量点验证了该方法的精度,三轴平均绝对误差在0.1m以内,三轴最大误差在0.2m以内。最后分析了该方法存在误差的原因。

关键词： 半导体激光器   长外腔   光反馈   相位噪声抑制   线宽压窄  

摘要： 窄线宽激光器是光谱学和精密计量学等实验的基本组成部分。由于半导体激光器对外部光学反馈十分敏感,所以可以利用光反馈的高带宽抑制半导体激光器的相位噪声,进而压窄线宽。本文采用光纤布拉格光栅作为反馈元件,搭建了长外腔反馈回路。为了降低外界环境温度起伏和气流扰动的影响,对反馈光路的光纤控温,使得1小时内最大温度起伏从0.039℃降低到0.003℃。此外,测试了反馈带宽对激光线宽的影响,尽管实验所用光纤布拉格光栅的带宽远大于自由运转的激光线宽,但仍然可以观察到激光线宽被压窄,且光纤光栅的带宽越小,激光线宽越窄。对于此现象,分析认为在反馈回路中应该存在一种负反馈机制,可以将激光线宽稳定到反馈光谱的某个斜率处,所以光纤光栅的反馈带宽越窄,反馈光谱的斜率越大,反馈越灵敏。通过调整光纤光栅的反馈功率在0~1 mW范围内改变,观察到当反射功率为0.8 mW时,光反馈将激光线宽从自由运转的100.5 kHz压窄到最窄的11.5 kHz,0.2 kHz~2 MHz范围内的相位噪声降低约20 dB。