基于逆传播神经网络的光纤布拉格光栅触觉传感

为实现机械手指的复合式触觉传感,以光纤布拉格光栅(FBG)为传感元件,将压力传感器和温度传感器封装在同一聚合物传感单元中。分析了压力传感器受目标物体温度扰动的特性,同时利用逆传播神经网络对FBG触觉传感信号进行处理,实现了对传感单元表面正向压力的准确识别。仿真与实验结果表明,该方法进一步消除了目标物体温度对应变传感器的影响,减小了应变传感器的不确定性误差,提高了压力测量结果的稳定性和测量精度,补偿后压力传感器的温度漂移率仅为1.2×10-4 nm/℃。将补偿研究应用于机械手指FBG触觉传感阵列,可以有效抑制温度对应变传感的干扰,使得柔性机械手指触滑测量系统具有更加广阔的应用前景。     

基于光楔的光纤法珀应变传感器解调系统原理研究

根据基于光楔的光纤法-珀应变传感器解调系统的结构,分析了解调系统的解调原理,并给出了仿真结果.得出当光楔厚度与法-珀传感器腔长相等时,其输出光强最大.通过实验结果与仿真结果的比较,说明基于光楔的光纤法-珀应变传感器解调系统在原理上是正确的.     

纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的温度特性

在对薄膜材料热光效应和热膨胀特性研究的基础上,综合运用光学薄膜法布里-珀罗腔(Fabry-Perot)干涉理论,采用MATLAB 编程设计了纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的仿真分析程序,模拟了薄膜型光纤法布里-珀罗传感探头反射光谱随温度变化的波长漂移特性,分析了不同材料热光效应和热膨胀特性对温度特性的影响权重,并进行了实验验证。验证结果表明,传感探头测试光谱的温度变化特性与仿真特性一致,纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的理论仿真可用于选择纳米薄膜材料及筛选温度敏感且镀制容差大的膜系,对传感探头的研制具有指导意义。     

不同粘贴方式的光纤光栅压力传感器的研究

理论上分析了光纤光栅的压力传感特性,并采用纵向和横向方式将光纤光栅粘贴在自 行设计、型号为ZXYCO1的平膜片上,并进行了加压和减压的高压实验。实验结果表明:纵向粘贴的光纤光栅压力灵敏度系数比横向粘贴的高几倍,其值分别为87pm /MPa和14pm /MPa左右,其测量精度分别为0. 2% F. S和1% F. S;光纤光栅的中心波长与压力变化有着良好的线性关系、重复性和较高的相关系数,适合于压力测量。     

基于 Parylene 膜的法 珀干涉型光纤超声水听器

针对高强度聚焦超声(HIFU)声场测量,提出并研究了一种基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器。采用真空气相沉积法在光纤的端面蒸镀Parylene膜构成光纤水听器的法-珀腔,分析了光纤水听器的传感原理和解调原理,建立了HIFU声场检测的实验系统。实验结果表明,基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器能准确传感超声信号,其输出与换能器驱动电压的非线性度小于0.01,且与聚偏氟乙烯(PVDF)针式水听器的测量结果基本一致。     

基于可调谐珐珀滤波器的光纤珐珀传感解调系统研究

在光纤法珀（Fabry Perot.简称F-P）传感解调系统中，获取传感器反射信号的光谱成分是一种实用的方法，论文从可调谐珐珀滤波器波长选择特性的原理出发，提出使用可调谐珐珀滤波器获取传感器反射信号的光谱，从而实现光纤珐珀传感器的腔长信息解调，并在此基础上使用DSP为控制核心搭建了该系统，实验证明了方案的可行性。     

用于颅内压监测的微型光纤法珀压力传感器

研究了一种用于颅内压测量的膜片式光纤法布里-珀罗压力传感器.外玻璃管和用于光纤准直的内玻璃管采用UV胶粘接,构成空气腔.在空气腔的一端粘接石英膜片,另一端插入多模光纤,石英膜片和光纤端面的两个反射面构成法珀干涉腔.制作了两种不同尺寸的传感器,在0～25 kPa的压力测量范围内,灵敏度高达39.2 nm/kPa,压强测量分辨率为133 Pa,线性拟合度为99.9％,具备生物兼容性,满足人体颅内压测量的需求.与商用的颅内压测量传感器相比,该传感器制作方法简单、成本低廉.     

FBG形状传感器应变传递与传感性能研究

为提高光纤布拉格光栅(FBG)形状传感器的形状重建精度,减小光栅点的重建位置误差,设计了一种FBG传感元件结构。通过建立传感元件应变传递力学模型,推导出平均应变传递率表达式,并结合传感元件有限元仿真模型,分析了相关结构参数对传感元件应变传递率的影响,将有限元仿真与理论计算结果进行对比,验证了理论模型的有效性。进而分析了应变传递率对传感系统形状重建精度的影响,得出当光栅点应变传递率保持在90%以上时,光栅点的重建位置误差将保持在0.08mm内。该研究表明,通过合理控制影响参数,可有效提高传感元件应变传递效率,减小传感系统形状重建位置误差,从而提高光纤形状传感器的形状重建定位精度。     

F-P腔式光纤MEMS压力传感器的设计

提出了一种新型结构的法布里-珀罗(F-P)腔光纤压力传感器.该传感器基于法布里-珀罗多光束干涉,利用压力敏感膜的纵向挠度变化带动位移柱的横向位移运动来改变F-P腔的腔长变化.详细阐述了传感器新结构的设计方法及其工作原理,分析了不同参数对传感器性能的影响.采用ANSYS软件仿真模拟了传感器压力敏感膜在压力作用下的挠度变化.结合现有的MEMS工艺,可制作出工艺简单、温度系数低、灵敏度高,且抗电磁干扰的MEMS光纤压力传感器.     

一种复合式光纤光栅高压传感器的特性研究

提出了一种采用合金材料封装的耐高压光纤布拉格光栅(FBG)压力传感结构,从理论分析了FBG压力传感器的传感机理,实现了压强的0～20 MPa检测。对实验数据进行曲线拟合处理,线性拟合度达到了0.9996,压强响应灵敏度为12.1 pm/MPa,迟滞误差仅有0.185%,重复性误差也仅为0.020%。可实现温度补偿,并达到压力温度的同时区分测量。     

变体飞行器柔性复合蒙皮植入式光纤形状传感

针对变体飞行器变形机翼气动外形监测需求,提出一种植入式柔性复合蒙皮形状光纤传感方法。通过将光纤光栅传感器植入硅胶薄层,并与聚氯乙烯薄片组成复合蒙皮。建立柔性蒙皮形状传感系统,采用光纤传感解调系统,实验测得不同翼型下柔性蒙皮中光纤光栅反射谱特征及其变化规律;计算出柔性蒙皮弯曲曲率,并重建出柔性蒙皮变形三维形状;采用数字摄影测量系统完成对比测试。研究结果表明:柔性复合蒙皮变形光纤传感测量与数字摄影测试误差小于4.62%,光纤传感灵敏度达到245.5 pm/m-1。验证了植入式光纤传感方法的有效性,为变体飞行器变形机翼气动外形监测提供了参考。     

基于分布式FBG的智能家居环境测控系统研究

基于分布式光纤布拉格光栅(FBG)的分布式测量以及FBG的测量精度高、体积小、不易腐蚀等优点,将其应用于智能家居环境监测进行研究.系统中采用可调谐F-P(Fabry-Perot)滤波法解调原理,利用可编程逻辑器件FPGA设计了一种结构简单、解调速度快、可实时测量的光纤光栅解调系统,实现了对家居环境的实时测量,并进行安全报警、温度自动调节等操作.仿真实验表明,系统测量精度和灵敏度高,运行稳定可靠,具有一定的实用价值和应用前景.     

空间扫描型多通道光纤F-P解调系统中LED光功率自适应方法

针对空间扫描型多通道光纤Fabry-Perot(F-P)解调系统中LED输出光功率变化及通道间光 功率损 耗差异引起解调系统信噪比(SNR)下降进而影响解调精度的 现象,提出一种基于差分滤波法评价SNR水平的快速LED 输出光功率自适应调节方法,通过模拟调光方式使低相干干涉信号维持较高的 SNR水平。搭建四通道光 纤F-P压力解调系统进行实验研究,结果表明,本文方法可在0.36s 之内恢复链路损耗突变造成的SNR波 动;在5～150kPa压力范围内,最大压力解调误差为0. 038kPa,解调精度优于0.03%(F.S.)(F.S.表示全量 程), 与以往固定光源功率方法相比,精度提高2.28倍以上;在102kPa下采用本文方法调节后的各通道SNR均优 于 26.5dB,有效提高了光功率变化情况下光纤F-P系统 SNR及解调精度的稳定性。     

基于光纤声发射传感技术的桥梁监测实验研究

光纤传感器耐久性好,体积小,质量轻,易于实现分布式检测,能满足桥梁等土木结构的实时健康监测.该文设计了一非本征光纤法布里-珀罗(F-P)传感器结构,分析了光纤F-P声发射传感机理,建立了基于光纤F-P声发射传感技术的检测系统,用于混凝土桥梁健康状况的实时在线检测.实验结果表明,该传感器结构简单,体积小,成本低,制作容易,能有效用于桥梁健康监测,易于实现商品化.     

FBG传感信号数字化可调谐F-P滤波器解调技术研究

为进一步提高光纤光栅(FBG)解调系统的性能,提出并实现了基于FPGA逻辑控制的可调谐F-P滤波(TFFP)FBG传感数字化解调系统.重点介绍基于TFFP解调技术的工作原理,并给出了此解调系统硬件设计的系统框图.解调实验结果表明,通过与光谱仪的测量数据比较,此解调系统达到了预期的目标,经标定后系统的分辨率达1 pm,动...     

大数据分析技术的光纤传感谱形复用技术研究

光纤传感谱形复用研究属于传感网络设计里的核心问题,针对当光纤传感谱形复用技术存在的误差大,耗时长等缺陷,结合光纤传感谱形复用的特点,设计了一种基于大数据分析技术的光纤传感谱形复用技术。首先采用大数据分析技术得到法得到光纤传感重叠光谱数据,并对其进行一定的预处理,然后引入粒子群算法对光纤传感重叠光谱数据实施光纤传感谱形复用解调,从而优化光纤传感谱形复用性能,最后与其它技术进行了仿真对比实验,结果表明:本文技术对低维、高维的光纤传感谱形复用数据分类精度高,在解调2个光纤传感谱形复用时,误差低,耗时少,速度快,获得了多光纤传感谱形复用理想的解调效果。     

基于F-P扫描干涉仪的长周期光纤光栅传感解调系统研究

利用F-P扫描干涉仪的滤波特性,提出了一种可应用于长周期光纤光栅传感解调的新方法.即利用F-P扫描干涉仪对长周期光纤光栅的某一级透射谱进行波长扫描,通过探测器实现光电转换,电压比较器对滤波光束电压进行比较,检测最小电压,借助F-P驱动电压进行定标确定传感元的波长,实现信号解调.通过与光谱仪监测值进行对比,得到实验结果与监测值基本吻合,且具有很好的重复性.     

非本征F-P干涉仪式光纤触觉传感器的研究

基于法布里-珀罗(F-P)干涉原理,设计制作了具有核磁共振成像(MRI)兼容能力的光纤非本征F-P干涉仪(EFPI)结构的触觉传感器。在整个光纤触觉传感系统中,利用螺旋微控装置对传感器施加力,通过光谱分析(OSA)测量干涉光谱,利用交叉相关解调技术解调出传感器腔长,同时由FS20系列力传感器进行标定。对传感器的性能指标进行了分析,本文传感器的测量范围为0～3N,测量分辨率为0.02nm,多次测量结果显示和理论的吻合度较高。     

多芯光纤光栅形状传感性能与重构误差研究

多芯光纤光栅形状传感技术利用空分复用以及应变监测的优势,结合不同的栅点布设方案,实现待测对象的连续曲率和形状传感。首先介绍了多芯光纤光栅曲率和挠率传感原理,提出采用齐次矩阵变换的三维重构算法实现光纤的三维形状重构。为了探究不同光栅密度对实验精度的影响,利用算法编程模拟了不同光栅间距下的三维形状重构精度,依据模拟仿真的结果,建立了不同光栅间距与三维重构误差之间的关系。三维形状传感实验使用光栅间距为10 cm和5 cm的七芯光纤光栅串。实验结果表明,最大误差出现在尾点处,分别为2.56 cm和1.15 cm,占全长的3.2%和1.4%,平均误差为1.32 cm和0.62 cm,占全长的1.7%和0.8%。实验结果与仿真值比较接近,说明可以依据仿真结果对不同光栅间距下的三维形状误差进行预测。结合具体的应用场景合理配置测点资源,在较低的成本范围内实现高性能的检测。