光电检测技术与应用专栏

• 双目高精度微型激光告警技术研究

  张瑞;杨帅;吉文翔;刘昊;薛鹏;王耀利;李晓;王志斌;梁鹤;

  针对现有来袭激光告警系统体积大、精度低，无法满足单兵及小型装备便携安装需求，提出一种大视场角度粗测与二维光栅衍射角度精测的双目告警方法，结合光栅和光学系统的微型化设计及集成，实现了大视场下来袭激光方位角、俯仰角和波长的高精度探测。并对双目来袭激光角度、波长探测及光学系统参数进行理论分析和仿真，设计控制电路，研制双目高精度微型激光告警样机，进行实验可行性验证。实验结果表明，该系统的方位角视场为120°，俯仰角视场为77°，角度定位精度优于0.05°，中心波长探测精度优于10 nm。该方法将对来袭激光的大视场、高精度、微型化告警技术奠定基础。

  2025年03期 v.39;No.171 255-260页 [查看摘要][在线阅读][下载 967K]
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• 宽带长焦深近红外衍射元件设计及特性研究

  杨根森;万顺;王军;王海洋;杨建军;贾平岗;

  传统透镜在成像过程中，因景深有限，需要频繁重新对焦，增加了光学系统的复杂性和成本。通过对衍射元件的设计，构建了一种宽带近红外的长焦深衍射元件，该器件的焦深长度达到了传统聚焦透镜的10倍。在数值仿真中，通过标量衍射理论研究了其聚焦特性，该器件在波长为1.45～1.65μm的波段内实现了大于0.25 mm的长焦深（距离透镜0.25～0.5 mm处），并且具有良好的宽带性能和焦平面处旁瓣抑制效果。该新型衍射元件的设计能够显著减少对焦频率，降低系统复杂性和成本，同时提升成像质量，使得长焦深成像成为可能，并为光学系统的设计提供了新的方向。该技术有望在多个领域获得广泛应用，如对准系统、显微成像、医学成像和监控系统等。

  2025年03期 v.39;No.171 261-266页 [查看摘要][在线阅读][下载 939K]
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• 基于光纤光栅和小波包变换的复合材料板状结构的冲击能量辨识方法

  徐忠宣;张思思;王玉儒;张雷;

  为实现复合材料冲击能量的高效识别，提出了一种基于光纤光栅（Fiber Bragg grating, FBG）传感器和小波包能量的冲击能量分类方法。首先，以碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP）层合板状结构为实验对象进行冲击能量辨识实验系统搭建，并对复合材料板进行网格区域划分，将FBG传感器植入复合材料板内部，建立应变-温度传感器网络。实验系统通过调节落锤高度，开展5, 10和15 J的CFRP板冲击加载实验。使用FBG传感器对冲击信号进行采集，并将冲击信号转换为动态应变信号。再通过小波包变换对响应信号数据进行频段分解，计算各频段能量比，同时对施加冲击载荷后的复合材料板进行超声损伤分析，获得不同能量冲击造成的结构损伤程度。最后，根据频段能量比值筛选出冲击能量分类特征，实现不同冲击能量的划分并进行验证。实验结果表明，该方法计算步骤简单，能量分类准确率可达到88.9%，具有一定的工程应用价值。

  2025年03期 v.39;No.171 267-275+283页 [查看摘要][在线阅读][下载 1000K]
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• Dy³⁺掺杂Y-Al-O体系荧光材料的光学测温性能研究

  范锦珑;孙鹏;高九萍;崔鑫;范东杰;蔡静;温悦;李建民;王高;

  温敏荧光材料因其非侵入式/半侵入式的光学特性，以及优异的抗干扰性能，表现出卓越的温度传感潜力。其中，Dy~(3+)掺杂的Y-Al-O体系荧光材料以其出色的发光效率与合适的热耦合能级而备受关注。通过高温固相法合成Dy3+掺杂Y-Al-O体系荧光粉，使用X射线衍射技术表征了材料物相成分，结合荧光分光光度计测试了材料激发光谱与发射光谱特性，系统分析了其温度敏感特性。结果表明，提高材料烧结温度会促进Y_3Al_5O_(12)(YAG)相的生成，增强材料发光效率和测温性能。1 600℃下合成的荧光粉中YAG物相含量高达97.8%，在100～1 300℃的测试温度范围内最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别达到了1.7×10~(-3)℃~(-1)和3.8×10~(-3)%℃~(-1)。与热电偶测量结果相比，最大相对测量误差仅为0.5%。这些研究凸显了Dy~(3+)掺杂Y-Al-O体系荧光粉在各种工业和科学应用中进行温度监测的潜在价值。

  2025年03期 v.39;No.171 276-283页 [查看摘要][在线阅读][下载 1083K]
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测试技术与理论基础

• 外部加压的某型船用钢铁磁腔体力磁耦合实验研究

  王作帅;左超;肖涵琛;任丽;张海鹏;

  在深海资源磁探测领域，主要通过传感器探测空间磁场异常并结合相关算法确定资源的空间坐标。然而，铁磁材料构成的水下航行器的力磁耦合效应会导致空间磁随外壁受压而变化，从而影响探测准确性。当前研究仅限于内部压力作用下的力磁耦合效应，因此，研究外部压力对铁磁腔体周围空间磁场的影响十分必要。该实验采用低磁钢包裹加压的方式，研究了某型船用钢铁磁腔体在外部压力作用下的力磁耦合效应，测得了铁磁腔体的固定磁场分布以及在背景磁场作用下的感应磁场分布，得到了感应磁场以及空间磁场变化量与背景磁场方向之间的关系，有效解决了实验施加外压困难的问题，为研究铁磁腔体力磁耦合效应提供了新思路，也为深海资源磁探测消磁电流的调节提供了一定参考。

  2025年03期 v.39;No.171 284-290页 [查看摘要][在线阅读][下载 1211K]
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• 基于区块链声誉管理的安全公平的联邦学习

  范志强;张志才;

  联邦学习（Federated Learning, FL）作为一种安全的分布式学习框架，可以有效保护参与者的数据隐私，引起了物联网领域的广泛兴趣。然而，传统的FL架构在某种程度上是集中式的，需要一个中央服务器来负责模型的更新和聚合。这种集中式结构容易受到单点攻击，可能导致整个FL系统瘫痪，同时也易受到搭便车者的攻击，从而影响公平性和安全性。为了解决这些问题，提出了一个与传统的集中式管理结构不同的完全分布式结构。通过一个具有不可否认和抗篡改特性的联盟区块链来分散管理来自客户端的本地模型。此外，还在区块链中引入了对于客户端的声誉评估以防范搭便车者的攻击，并根据不同的声誉值给予诚实参与者不同的奖励。实验表明：该方法可以实现较高的公平性，并且可以有效地识别和排除搭便车者。

  2025年03期 v.39;No.171 291-297+304页 [查看摘要][在线阅读][下载 907K]
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• 基于改进BP神经网络的ADSS光缆弧垂监测算法

  孔小红;李伟;张明;陈鹏;魏鹏超;管翰林;

  电力通信光缆弧垂是保证信息通信以及电网稳定运行的重要指标。针对全介质自承式（All Dielectric Self-Supporting, ADSS）光缆线路在复杂环境下监测效率低，无法实时进行监测，且运维成本过高等问题，提出了一种基于测量数据和静态数据相融合的弧垂监测机理模型。又由于在实际工程现场中存在风速、温度、湿度等非线性因素，提出了一种采用激光雷达校准的基于理想曲线的物理机理建模与粒子群算法改进的BP神经网络模型融合的弧垂计算算法，实现了ADSS光缆线路弧垂的精准监测。实验结果表明，相比于传统的弧垂监测方法，所提算法显著提升了弧垂监测精度，证明了算法的有效性，满足工程测量精度要求。

  2025年03期 v.39;No.171 298-304页 [查看摘要][在线阅读][下载 948K]
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数据采集与图像处理

• 基于多尺度信息与HSV空间的图像去沙尘算法

  侯丁博;陈平;

  在沙尘天气下，室外拍摄的图像通常会出现模糊、色偏等，严重影响了户外计算机视觉系统的性能。现有的沙尘图像增强算法在大面积天空区域常常出现颜色失真的问题。对此，设计了一种基于多尺度信息和HSV(Hue, Saturation, Value)空间的图像去沙尘算法，通过多尺度残差去沙尘模块去除沙尘，利用HSV全局调整模块进一步调整图像色偏，之后通过基于注意力机制的特征融合模块将两个模块的输出按照对应的权重进行融合，恢复出高质量的图像。实验结果表明，所提沙尘图像增强算法消除了图像中的色偏，在主客观评价中都取得了较好的效果。

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• 基于改进模态分解混合模型的锂电池剩余容量预测

  宁弘扬;惠周利;冯娜娜;杨明;

  随着锂电池在生活中的广泛应用，开发高效准确的电池剩余容量预测技术，对于提升用户体验和保障设备稳定运行具有重要意义。采用蛇鹭优化算法（Secretary Bird Optimization Algorithm, SBOA）优化变分模态分解（Variational Mode Decomposition, VMD），并结合高斯过程回归（Gaussian Process Regression, GPR）以及门控循环单元（Gated Recurrent Units, GRU），构建了高效的混合预测模型，实现了对锂电池剩余容量的高精度预测。通过与传统模型GRU、 VMD-GRU比较，表明该预测模型可以快速高效地捕捉电池退化趋势，所提方法的平均绝对误差和均方根误差分别为0.19%和0.31%，具有更高的预测精度和泛化性。

  2025年03期 v.39;No.171 313-321+329页 [查看摘要][在线阅读][下载 1273K]
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• 基于多尺度融合的低光照图像增强

  郭依婷;胡红萍;杨正民;

  针对低光照图像亮度低、对比度低、颜色失真以及存在噪声等问题，提出了一种基于多尺度融合的低光照图像增强方法。首先，采用快速高效增强算法对图像进行亮度增强；然后，将增强后的图像由RGB颜色空间转换至HSV颜色空间，对亮度分量分别使用改进的对比度限制自适应直方图均衡化、引导滤波和锐化平滑滤波器进行处理，得到3个亮度分量；最后，将处理后的3个亮度分量与相应权值通过多尺度融合后转至RGB颜色空间，获得最终增强图像。实验结果表明，所提算法在评判指标上表现出优越性，具有较好的信息熵、自然图像质量评估和平均梯度。该算法在提升图像亮度、细节增强和噪声去除方面具有显著效果，能够更全面地处理图像，有效提升图像的视觉质量和清晰度。

  2025年03期 v.39;No.171 322-329页 [查看摘要][在线阅读][下载 1099K]
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传感技术与应用

• 用于热电堆探测器的宽带超表面完美吸收器设计

  姬迪洋;李腾腾;雷程;李丰超;郝亚峰;郭晋竹;梁庭;

  宽带超表面完美吸收器以其高吸收率、超薄厚度和易于制备的优势，在热电堆红外探测器、热成像、微测辐射热计和热光伏太阳能转换多个领域中展现出巨大的应用潜力，但由于受到入射角度的影响，通常很难在宽带范围内保持高吸收性能。设计了一种用于红外热电堆的Ti/Ge/Si_3N_4/SiO_2/Ti中红外宽带超表面完美吸收器，时域有限差分模拟表明，该吸收器在8～14μm波长范围内平均吸收率为90.5%，且在8.786μm和13.181μm处的吸收率分别为99.6%和97.1%，相对吸收带宽可达到15.9%。经理论计算分析得到，这种高效的吸收行为是由于超表面周期性结构激发的等离子体共振和吸收器自身结构谐振混合的共同作用。与热电堆红外探测器集成后，热端和冷端之间的温差提升27%，器件性能得到有效提升。

  2025年03期 v.39;No.171 330-336页 [查看摘要][在线阅读][下载 913K]
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• 高g值冲击下板级电路的动态响应研究

  郑高泽;徐鹏;

  新型动能武器中的弹载电子封装设备模块在连续多脉高过载冲击作用下会产生不可逆的损伤，从而导致其失效，影响弹药的杀伤效能。在此背景下选取电子封装设备中的板级电路为研究对象，从理论上对基板和带有集中质量的电路板进行振动分析，得出了其固有频率表达式。并利用有限元软件ANSYS对板级电路进行了模态分析，其主要振型是在电路板Z轴方向的弯曲振动。利用显式动力分析软件LS-DYNA对板级电路进行了连续多脉冲高过载冲击下的仿真分析，4种不同类型的连续多脉冲加速度载荷下印刷电路板（Printed Circuit Board, PCB）上的最大等效应力始终出现在螺柱孔位附近。且随着加载载荷的脉冲间隔时间减小，PCB板的最大等效应力增大。利用冲击试验台对板级电路进行高过载冲击试验，方板和圆板在70 804g和91 762g载荷下均未发生元器件脱落、引线断裂等现象，故板级电路具有较好的抗高g值冲击性能，不容易发生失效。

  2025年03期 v.39;No.171 337-345页 [查看摘要][在线阅读][下载 1255K]
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• 基于FreeRTOS和增量式PID的实时温度控制系统优化设计

  徐贺杨;洪应平;杨松霖;张旭博;邓慧慧;

  针对传统温度控制系统在实时性、精度和噪声处理方面存在的局限性，提出采用开源实时操作系统（Free Real Time Operating System, FreeRTOS）对任务调度优化的设计方案。通过引入增量比例积分微分控制（Proportional-Integral-Derivative Control, PID）算法、滑动均值滤波器和牛顿-拉夫逊法，提升采集温度的准确性和系统的响应速度，提高温度控制的精确度和实时响应能力，以满足相关行业对温度条件的严格需求。通过优化任务调度、控制算法和数据处理方法，本系统有效降低了温度波动和控制误差，且采集到的温度精度高达±0.005，有效提高了系统的实时性，温度稳定时间提升超过300%，适用于需要高精度和快速响应的现代无人机温度控制应用场景。

  2025年03期 v.39;No.171 346-353页 [查看摘要][在线阅读][下载 1063K]
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故障诊断与无损检测

• 结合水力仿真与神经网络的供热管网阻塞诊断

  杨佳霖;赵鹏翔;王冰;李娜;郭东旭;

  为了准确诊断供热管网阻塞故障，提升供热系统的运行可靠性，提出了基于水力仿真与神经网络的阻塞诊断方法。首先，为了获得大量表征管网阻塞运行特征的数据样本，基于水力仿真建立了阻塞仿真专家数据库；其次，结合表征学习和管网实际数据获得了管网实际水力特征，并建立了阻塞表征专家数据库；最后，基于已建立的数据库训练并测试了卷积神经网络阻塞诊断模型。以某城市实际供热管网为案例进行了研究，结果表明，阻塞表征数据可有效表达管网实际水力特征，以仿真数据和表征数据为样本，卷积网络阻塞诊断准确率大于85%。

  2025年03期 v.39;No.171 354-362+372页 [查看摘要][在线阅读][下载 1393K]
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• 自适应SVMD-BSIE差分谱的转子故障信号降噪与特征提取

  李鑫延;赵俊生;李建素;安鑫凯;王慧云;郭少杰;

  转子系统受载荷、润滑以及工作环境等因素影响，采集的振动信号会混入大量噪声，导致转子故障特征难以提取，因此，提出一种自适应连续变分模态分解-玻尔兹曼香农交互熵（Sequential Variational Mode Decomposition-Boltzmann Shannon Interaction Entropy, SVMD-BSIE）差分谱联合的转子系统故障信号降噪与特征提取方法。首先，以能量熵为适应度函数，利用融合正余弦和柯西变异的麻雀优化算法（Sparrow Search Algorithm Combining Sine-Cosine and Cauchy Mutation, SCSSA）对SVMD中平衡参数Alpha进行优化，得到SVMD的最佳参数，并将信号分解为一系列本征模态分量（Intrinsic Mode Function, IMF）。其次，利用BSIE，并在此基础上构建BSIE差分谱自动选择模态分量重构信号。最后，通过仿真与转子实验数据进行验证，并与多种方法对比分析。结果表明：该方法降噪后信号信噪比为19.914 6 dB，均方误差为0.194 2，相比于粒子群优化-变分模态分解-多尺度排列熵（Particle Swarm Optimization-Variational Mode Decomposition-MultiScale Permutation Entropy, PSO-VMD-MPE）方法信噪比提升30.69%，均方误差降低34.35%，降噪性能更优异；相比于改进奇异值分解方法，合成的轴心轨迹图像更加清晰，且在降噪的同时能最大限度保留转子故障信息，有较好的应用价值。

  2025年03期 v.39;No.171 363-372页 [查看摘要][在线阅读][下载 1351K]
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• 主持人语

  张瑞;

  <正>随着光电技术的发展,光电检测技术与应用也得到了快速发展。光电检测技术是以光为信息载体,通过光电转换实现待测物理量精密测量的现代检测方法,尤其是光电探测器、光纤传感、激光技术、特种光电材料等创新技术不断涌现,逐步构建起从紫外到红外波段的完整光电检测体系。由于光电检测技术具有非接触测量、高灵敏度、高响应速率、抗电磁干扰等优点,是高精密测量和复杂环境测量的重要手段,当前该技术已实现从单一参数测量向多维度信息融合的跨越式发展,并与人工智能技术深度融合。

  2025年03期 v.39;No.171 250页 [查看摘要][在线阅读][下载 244K]
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• 《测试技术学报》征稿启事

  <正>《测试技术学报》(ISSN1671-7449 CN14-1301/TP)由中北大学和中国兵工学会主办,是“中国兵工学会测试技术学会”会刊,刊登有关测试技术的重点科研项目、基金项目的研究成果以及兵器及民用测试的应用技术,是“中国科技核心期刊”。本刊稿件来源于全国各大高校、研究院所及国外一些大学,在国内本专业学者中受到高度重视,重点关注测试技术与理论研究、光电信息与传感技术、故障检测、信号检测、数据采集、图像处理、通信技术等领域。

  2025年03期 v.39;No.171 373页 [查看摘要][在线阅读][下载 175K]
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