Towards robust grasping: An analysis of in-hand object motion with FBG optical fibers as force sensing technology

To enable or allow for advanced manipulation scenarios in the envisaged future in robotic manipulation, the introduction of tactile or force-sensing technology is essential. This work introduces a study on a novel integration of fiber sensing elements inside the fingers of robotics grippers that allow obtaining accurate interaction forces during object manipulation. The study focuses on in-hand object motion and analyzes the objects’ dynamic behaviors during grasping or contact phases. The proposed approach classifies the behavior of the gripper-object interaction in real-time by looking at the measured forces in the orthogonal direction of the gripper’s fingers after a filtering stage. The methodology is validated theoretically and evaluated with real experiments using objects presenting different shapes, sizes, and surface properties.     

一种双梁互补式光纤光栅位移传感器及在地铁隧道变形监测中的应用

本文提出了一种双梁互补式光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)位移传感器,实现了正负双向位移的测量。采用双“悬臂梁+楔形滑块”的结构,当一个悬臂梁受位移作用处于变形状态时,另一个悬臂梁不变形并提供温度补偿功能。传感器处于零值测点状态时,两个悬臂梁处于零弯曲状态,且双梁互为温度补偿,消除了温度影响。通过性能测试实验证明,该传感器在±50的量程内,灵敏度为29.369 pm/mm,测量重复性好。制备出8个传感器应用于某市地铁的变形安全监测,从道床沉降、道床环缝、管片环缝3个方面开展了变形测量。在长期监测期间,传感器工作稳定,被测结构变形状态稳定,表明该传感器具有良好的测量性能,适用于长期的结构健康监测。     

基于Ronchi光栅检测非球面镜系统中的杂光现象分析

为指导某600 mm口径的双曲面反射镜的加工,设计了Ronchi光栅检测系统。针对系统检测过程中存在的杂光现象,分析产生该现象的原因,并提出相应的解决方案。结果表明,在光线两次经过光栅的光路结构中,分光棱镜的剩余反射率大于5%时,像面处暗条纹的照度增大27倍,条纹明暗对比度下降,难以分辨;随着光栅剩余反射增加,条纹中心产生亮斑现象,条纹无法分辨。条纹面正对分光镜的亮斑区域的背景照度增加40多倍,玻璃面正对分光镜的亮斑区域的背景照度增加80多倍。通过优化系统结构,对分光镜与光栅进行替换与表面处理,有效解决了杂光问题,提高了像面条纹对比度。     

基于双 AWG 的新型 FBG 连续解调方法研究

为了实现基于阵列波导光栅(arrayed waveguide grating, AWG)的光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin, FBG)的连续解调, 提出了一种使用两个 AWG 联合解调的方法。 在一个 AWG 相邻两通道光谱中间插入另一个 AWG 对应通道的光谱,组成最小 的光谱周期;每次测量均从三通道中选择光强度最强的两个通道,利用相对光强解调算法,根据其波长—功率关系对 FBG 中心 波长进行精确测量。 使用两个 100 GHz 的 AWG 搭建了实验平台,并对温度传感器的解调进行研究。 实验表明,在 0. 8 nm 的系 统最小动态范围周期内,实现了对 FBG 的连续精确解调,系统的解调线性度达 0. 999 1,波长精度达±4 pm。 对数据和实验结果 进行数学分析,可以将 C 波段范围分成多个波长周期,系统可以实现在 C 波段 40 nm 全周期范围内对单个 FBG 的连续解调。 该方法不但可以实现在 C 波段范围内基于 AWG 对 FBG 的连续解调,使得运用 FBG 可以连续感测外界物理量变化,提高了系 统的实用性。 而且,该方法能够准确解调出波长信息,为实现对 FBG 的连续精确解调提供了借鉴信息,有利于进一步扩大 FBG 的应用领域。     

低损耗高集成度氮化硅阵列波导光栅波分(解)复用器

氮化硅平台阵列波导光栅(AWG)波分(解)复用器具有损耗低、集成度高、温度敏感性低等优势。基于联合微电子中心有限责任公司(CUMEC)的氮化硅集成光子工艺平台,从波导传输损耗、阵列波导与平板波导模式转换损耗、截断损耗、泄漏损耗等方面对氮化硅基AWG波光(解)复用器插入损耗进行了优化,并采用标准CMOS工艺完成低损耗C波段AWG密集波分(解)复用器制备。该氮化硅基AWG密集波分(解)复用器输出通道数为16,输出通道频率间隔200 GHz。测试结果表明,该AWG波分(解)复用器的平均插入损耗为2.34 dB,1 dB带宽为0.44 nm,3 dB带宽为0.76 nm,串扰约为-28 dB。芯片尺寸为850μm×1700μm,较平面光波导(PLC)基AWG大大减小。     

低温环境下FBG温度传感特性研究

在低温环境中,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)材料的热膨胀系数和热光系数会发生改变,从而影响其温度传感特性。文章通过实验研究了裸光纤光栅传感器和黄铜管封装的光纤光栅传感器在低温下的温度传感特性。结果表明,在80~300 K温度范围,裸FBG温度传感器的灵敏度为6.43 pm/K,线性度为0.974,在80~230 K温度范围,温度与光纤光栅的中心波长呈现非线性关系;黄铜管封装的FBG温度传感器,在整个温度范围内灵敏度可达26 pm/K,线性度为0.996,较裸FBG温度传感器均有较大提升。对比实验表明,对光纤光栅进行封装,可以提高其温度灵敏度和线性度,改善温度传感特性。     

可视化供配电CAD系统的研究开发

基于科学可视化,对象建模,面向对象的软件开发技术,在解决了图形系统快速开发的几个关键技术,对象关联实现方法及电网中电气元件潜在拓扑描述等问题的基础上,开发了功能较烷 备的实用化供配电ＣＡＤ及管理系统软件。同时,通过开放数据库互联技术实现了图形系统、计算接口与数据管理系统的集成,解决了动态扩充功能,对开发专业领域ＣＡＤ软件具有借鉴作用。     

大幅面高速彩色喷绘机主控制系统研究与设计

随着喷绘技术应用的日益广泛,为了满足社会对高速高精度喷绘机的需求,基于ARM处理器结合软件、电子、机械等技术,自行研发了一套高速彩色喷绘机主控制系统;该系统接收上位机的控制命令和图像数据,检测并控制系统中的各个运动环节,同步运动与喷头的喷射,并将喷头需要的图像数据传输到喷头控制板上;实验证明,系统能够很好地控制其运行状态,水平运动可以精确到720dpi,并产生了较好的经济效益。     

双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器

位移测量装置利用测量杆通过楔形块作用在固定于底座的等强度悬臂梁上,其中,光纤Bragg光栅粘贴于其中一块等强度悬臂梁外表面的中心线处。在测量中,当测量杆产生位移时,会带动楔形块产生相应的位移,并促使等强度悬臂梁的自由端产生扰度变化,从而导致粘贴于等强度悬臂梁外表面的光纤Bragg光栅产生波长移位。实验表明,当位移增加或者减少时,位于中心测点的光纤Bragg光栅的实验灵敏度分别为正行程0.015nm/mm,反行程为0.014nm/mm,重复性误差为2.2%;正行程的线性度为0.99728,反行程的线性度为0.99684,迟滞为0.0626%FS。     

光纤声发射传感器的研究现状与展望

光纤声发射传感器是近年来出现的集光学、声学、电子学为一体的新型声发射传感器。介绍了光纤声发射传感器的原理、特点、研究现状和最新进展,以及各类传感器在不同领域的应用情况,提出了目前光纤声发射传感技术存在的问题、发展趋势与展望。