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关键词： 规范变换   量子几何张量   量子度规张量   贝里曲率  

摘要： 量子几何张量的实部和虚部均有重要意义,研究二者可以清楚地认识量子系统中的几何与拓扑性质.本文从规范变换作用在实空间上的情况引入,继而延伸到规范变换作用在抽象参数空间上的情况,从而详细地介绍了量子几何张量及一系列概念,加深了对量子几何的进一步理解和认知.

关键词： 织物图案设计   光纤   光栅动画原理   动态发光图案   智能纺织品   聚合物光纤织物  

摘要： 通过光栅原理将动态画面用于织物设计时,易出现织物的双层结构复杂、色彩难以精准控制等问题,提出基于光栅动画图案合成原理设计动态图案光纤织物,利用提花工艺将光纤和纱线织造成图案织物,使用发光二极管作为光源,通过热塑管将其分别与聚合物光纤耦合连接,利用发光控制器,使得二极管依次间隔发光,显示相邻动作的静态图案。还分析了合成图片个数、切分用光栅细度、分组发光频率等对图案动态效果的影响。以光纤和棉纱为原料,采用提花织机设计和织造聚合物光纤织物,结果表明:当以直径为0.25 mm的聚合物光纤作为最小发光单元时,5帧数合成的光纤发光织物能够同时兼顾动画呈现的识别度和流畅度;间隔条纹宽度在0.25 mm时,动态效果呈现时,物体轮廓越清晰;当发光频率为0.2 s时,其呈现的动态效果最好。该思路开拓了织物上动态图案呈现的全新实现方法。

关键词： 离子源   结构设计   离子束辅助沉积(IBAD)   光学薄膜  

摘要： 为了以较低成本的技术提高磁控溅射沉积薄膜的纯度、致密性和均匀性,设计出一种可以活化氧气的双腔室直流加热灯丝型辅助离子源。通过实验改变辅助离子源的工作参数,探究其对磁控溅射镀膜机所沉积薄膜的光学参数的影响。通过对比不同工艺条件下所沉积薄膜的透过率、折射率、基板上膜层不同位置的相对厚度,最终证明设计提出的辅助离子源可以一定程度改善Ta_(2)O_(5)和SiO_(2)单层镀膜的透过率、折射率以及均匀性,提升了原磁控溅射镀膜机的镀膜质量和有效镀膜面积,对提高镀膜生产效率具有一定指导意义。

关键词： 光纤光栅传感器   机械手远程操控   人机交互   弯曲角度  

摘要： 由于远程操控的机械手具有灵活性大和环境适应性高的特点,在越来越多的特殊场合下,人类开始借助机械手完成任务。本文针对危险环境中机械手高精度远程操作的需求,提出了一种基于光纤光栅传感器的机械手远程操控手套。建立了手套中光纤光栅传感器的弯曲测量模型,发现光纤光栅的中心波长变化量与弯曲角度之间成正比关系。结合机械手舵机的控制,提出了利用光纤光栅传感器进行机械手远程操控方法,编写了上位机软件,实现了从光纤光栅中心波长到手指弯曲角度最后到机械手舵机控制编码的过程。完成了光纤光栅传感器的设计和封装,手套的四路探测光纤中共有12个栅区长度为10 mm的光纤光栅传感器,其中11个传感器被封装在人手关节的上方进行弯曲感知,1个光纤光栅温度传感器用于温度补偿,利用704硅橡胶对光纤光栅传感器进行封装。搭建了基于光纤光栅传感器的机械手远程操控系统,并对光纤光栅传感器进行了标定,实验结果表明在人手关节弯曲0°~90°的范围内,平均弯曲角度测量误差为1.147°,所有拟合直线的决定系数均大于0.993,最后设计了人机交互演示模块展示人手的运动。本文提出的基于光纤光栅传感器的手套具有小型化、高精度、抗电磁干扰的特点,在航天器在轨维修、远程医疗手术和高危排雷作业等方面具有潜在的应用前景。

关键词： 光纤光学   光纤传感器   微波光子学   光纤布拉格光栅法布里-珀罗腔   光电振荡器   磁场测量  

摘要： 提出并实现一种基于非本征光纤布拉格光栅法布里-珀罗(EFBG-FP)滤波器与光电振荡器(OEO)相结合的高灵敏磁场传感系统。EFBG-FP滤波器由两个端面研磨良好并插入陶瓷插芯进行轴向对准的光纤布拉格光栅(FBG)构成,然后将其与具有凹槽结构的磁致伸缩合金(MA)结合形成磁场传感单元。该EFBG-FP滤波器具有窄带滤波特性,将其放置在OEO环腔中,OEO振荡频率将由光源载频和EFBG-FP滤波器陷波中心频率的差值决定。当外界磁场变化时,EFBG-FP滤波器空气腔的长度会随MA长度的变化而变化,进而使EFBG-FP滤波器陷波波长发生漂移,最终引起OEO振荡频率发生改变。因此,可以通过监测振荡频率的变化实现对外界磁场的测量。实验结果表明,在20.2~21.8 mT磁场范围内,该系统磁场灵敏度为4.258 GHz/mT。所提出的传感系统具有高灵敏度、高分辨率、低成本和易于制作等优点,在医疗检测、地球物理、资源勘探和航空航天等领域中具有潜在的应用价值。

关键词： 光纤布拉格光栅   碳纤维复合材料   拉伸试验   低周疲劳   应变传感  

摘要： 光纤光栅(FBG)传感技术以其抗干扰、传感与传输一体化等优点,成为CFRP拉索智能监测重点研究方向之一。然而,传统CFRP拉索智能监测属于点式或局部传感,难以满足服役全时感知及高量程监测需求。因此,提出将长标距FBG传感技术与螺旋倾斜式技术复合,研制一种智能CFRP筋,并通过循环静力拉伸、低周疲劳(高应力状态下)与极限静力拉伸试验,探究各试验条件下智能CFRP筋的力学及传感性能和试验后性能损失情况。试验表明:智能CFRP筋应变传感性能在不同工况(15 kN、42 kN)下3次循环拉伸的线性相关系数均大于0.99,说明智能CFRP筋应变传感性能较好,具有可重复性,同时将FBG监测值与应变片监测值进行对比,表现出较好的吻合性。低周疲劳试验过程中FBG监测值与疲劳荷载变化规律一致,且监测值与理论应变上下限误差少于8%,试验过程中未出现数据异常、应变感知迟滞等现象,FBG存活率达到100%,验证了智能CFRP筋良好的应变传感性能,可实现智能CFRP筋轴向动应变的监测。在极限静力拉伸试验中,FBG最大波长变化量达13 454 pm,监测应变达到了11 000με以上,可实现智能CFRP筋更大量程应变的监测。经过3次循环静力拉伸和低周疲劳试验后智能CFRP筋的FBG监测值线性相关系数相比对照组试件有所提高,智能CFRP筋极限荷载有所降低,FBG应变监测量程受影响较小,前期试验主要对智能CFRP筋筋材造成了累积损伤。试验结果可为CFRP拉索智能监测的理论设计和研究提供重要的依据。

关键词： 光纤传感   OTDR   车辆检测   张量   聚类方法  

摘要： 针对高速公路隧道车辆检测中的信号采集、特征提取和车辆识别方面所存在的问题,提出了1种光时域反射的分布式光纤传感技术与张量仿射传播聚类算法相结合的隧道车辆检测方法。首先利用设计的光时域反射的分布式光纤系统对隧道车辆运行信号进行采集,获得测量数据。其次,提出1种采用光纤空间分辨率作为通道数,并结合特征数量和时域、频域构建1种高阶的张量样本集合。最后利用张量仿射传播聚类方法以及其他聚类方法进行正确率测试。测试结果表明,该方式可在不破坏原有高维数据结构的情况下,更好地实现车辆的分类,在识别过程中减少人工的干预、增加整个车辆检测模型的智能化程度、提高隧道车辆检测准确率。

关键词： 裸眼三维显示   三维点云   实例分割   深度压缩  

摘要： 对三维显示内容进行深度压缩处理,是一种针对裸眼光栅三维显示器景深范围不足问题的有效解决方法,但常用的压缩方法会使场景中的主体不可避免地产生几何形变。本文面向密集视点光栅三维显示,提出了一种基于三维点云的景深优化方法,根据三维场景的双目视差图重建出三维点云,将场景主体点云分割,仅对超出显示器景深范围的主体进行深度位置调整,保持场景主体的几何结构不变,从而实现三维场景深度的整体压缩。对本文方法进行关于视觉体验的多项统计实验,对于每个参与者,本文方法处理后结果得票率均超过77%;对于每个实验场景,本文方法得票率均超过80%。实验结果证明了本文方法对观众主观感受有明显提升,可以在压缩场景整体深度的同时保证场景主体没有形变,让观众在观看三维场景时没有不自然感且对场景主体保留较强的深度感知。

关键词： 弹性波动方程   对称矩阵形式   高阶有限差分方法   分部求和-一致逼近(SBP-SAT)   多轴完全匹配层(MPML)   稳定性  

摘要： 数值离散方法和截断边界效果是地震动模拟实现的关键。基于分部求和(summation-by-parts,SBP)和一致逼近(simultaneous approximation term,SAT)的SBP-SAT方法具有较高的稳定性,这使得该方法具备了较高的应用前景和价值。此外,完全匹配层(perfect matching layer,PML)是一种应用广泛用于模拟截断边界的技术,但引入匹配层可能会破坏原始方程的稳定性,特别是在各向异性介质或曲线域模型中。首先基于数理推导,给出弹性波动方程系数矩阵的对称形式。在此基础上,引入多轴完全匹配层(multi-axis perfect matching layer,MPML),并建立相应的匹配层方程。通过本征值分析,我们可以判断阻尼函数对原方程特征根实部的走向和取值范围的影响。然后,我们采用SBP-SAT方法对矩阵对称形式匹配层方程进行离散,并在频域中采用能量法进行稳定性评估。通过对不同模型的数值仿真,表明所提出的离散框架具有整合度高、稳定性好和拓展性强等特点。此外,多轴匹配层可以与SBP-SAT方法结合,可以稳定地模拟曲线域中的波传播。

关键词： 光纤光学   45°倾斜光纤光栅   消光比   自反馈   相干衬比度  

摘要： 作为偏振相关器件,偏振消光比(PER)是评估45°倾斜光纤光栅(45°TFG)性能的核心指标。为提升45°TFG的PER,分析了光栅刻写过程中入射紫外光偏振态及多次刻写位置重复性对刻写效果的影响,将偏振控制元件及高精度压电位移台融入光栅刻写系统,利用实时监测的PER数据,动态反馈控制光栅掩模版位置,通过多程重复刻写提高光栅折射率的调制度。刻写而成的45°TFG的中心波长为830 nm,长度仅为30 mm,PER优于35 dB,插入损耗低于2 dB,3 dB谱宽优于60 nm,可满足光纤陀螺等光纤传感器的应用需求。所提出的基于掩模版位置自反馈的45°TFG多程刻写增强方法,自适应地降低了刻写系统对稳定度的要求,为高消光比45°TFG的高重复性量产提供了解决方案。