基于双通道M-Z干涉仪的FBG光开关研究

为降低电光开光的插入损耗并提高性能,提出了一种基于双通道可调谐马赫-曾德(M-Z)干涉仪制作的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)光开关,通过改变干涉仪中的可调电动光纤延迟线的延迟时间,实现滤波谱周期的可调谐。通过改变干涉仪其中一臂的延迟时间设定,该光开关能够实现对设定波长光波的开关功能。对光纤M-Z干涉滤波原理进行了理论分析,使用C波段宽带放大自发辐射光源对双通道可调M-Z干涉仪的性能进行了测试。结果表明,其可实现大范围及高精度的滤波调节功能。对基于双通道可调谐马赫-曾德干涉仪制作的FBG光开关,通过FBG开关性能检测系统实验,得到该光开关在波长为1 550nm处的输出光谱,光开关的消光比达到25dB。结果表明,该光开关能够实现大范围高精度滤波功能,具有高消光比、结构简单和易于调节等优点。     

再生光栅高温应变加载特性研究

采用244 nm氩离子激光制作25 mm种子光栅,对种子光纤布拉格光栅(FBG)加载60με,并使用超高温箱式炉对种子光栅进行不同温度条件下的快速高温退火处理。实验结果表明,加载60με时,种子光栅在800℃条件下进行快速退火时,再生过程进行较缓慢,且存在再生不彻底的问题;当温度超过900℃,种子光栅再生现象明显,且900℃和1 000℃高温条件下施加拉力后中心波长不稳定,随时间成二次函数关系。当拉力恒定时,高温条件下应变加载导致光纤伸长,引起中心波长的红移,且温度越高,中心波长漂移量也越大。     

钢轨高速探伤检测系统中的伤损分析

本文介绍了一种新型钢轨高速探伤检测系统,给出了钢轨伤损分析软件的设计.实验结果表明在回转试验台上,检测速度达到了100km/h,并准确绘制出了钢轨伤损B型图.     

全金属化应变不敏感FBG温度传感器特性研究

为了解决传统胶封光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器存在严重胶蠕变和老化问题,提出基于一步超声波焊接的全金属化封装FBG传感器方法,采用有限元分析方法进行传感器的应变不敏感结构设计并制作了该温度传感器进行实验验证。测试结果表明,该方法制作的特定封装形式的FBG传感器对轴向应变不敏感,温度灵敏度达到39.16 pm/ ℃,是封装前裸光栅的4倍,线性度超过0.999,具有较好的重复性,并且温度从20 ℃改变到100 ℃的动态测量响应时间小于30 s。该金属化封装FBG温度传感器的工艺简单,制作周期短,其优异的温度传感特性在高精度、高可靠性传感监测领域具有广泛的应用前景。     

基于雅可比矩阵的仿人视觉系统运动角度分解

针对仿人视觉系统目标跟踪过程中眼、颈的转动速度对跟踪精度的影响,提出了一种基于雅可比矩阵的角度分解最优化方法。首先,建立眼、颈2级四自由度空间坐标系,搭建系统模型;其次,构建与眼、颈转动角度相关的雅可比矩阵,综合考虑眼、颈转动角速度,得到关注不同转动轴角速度变量的目标跟踪角度分解数学模型;最后,通过仿真和物理实验分析了各自由度转动角速度在最优化条件下对角度分解的影响,得到了基于所述系统的目标跟踪角度分解最优化方案。实验结果表明:在给定范围内,眼、颈的转动角度分配比与眼、颈转动角速度的比值相同,且与均分法相比较,文中所述方法在时间效率上具有明显优势。     

飞秒直写长周期光纤光栅及其液体折射率特性研究

利用800 nm飞秒激光在未经载氢处理的HI1060光纤中制作了长周期光纤光栅(LPFG).采用逐线刻写方式实现了谐振波长为1 548.4 nm的LPFG,谐振强度为12 dB,栅区长度小于4 mm.使用不同折射率的氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液分别对LPFG的折射率特性进行了测试和研究.实验中随着三种溶液折射率增加,LPFG的谐振波长发生红移,该LPFG在氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液中的折射率灵敏度分别为175.34、175.31和331.89 nm/RIU.实验结果表明,这种基于飞秒激光制作的LPFG对液体折射率变化有较高的灵敏度,可用于液体折射率传感测试.     

一种基于液体透镜的仿生视觉快速调焦方法

为了提高仿生视觉系统中调焦方法的实时性,在对基于液体透镜的仿生视觉系统调焦控制方式进行研究的基础上,提出一种改进的快速调焦方法,实现系统焦距快速调节的功能。首先将基于激光位移传感器的主动式调焦结果作为预正焦点的判断准则,然后利用基于Sobel算子的灰度梯度评价函数并结合改进的爬山搜索算法对焦距进行精细调整,最后搭建仿生视觉成像系统实验装置,验证本文方法的准确性及实时性。结果表明,利用提出的快速调焦方法,在调焦过程中对同一场景不同模糊程度24帧图像的处理时间可以达到257 ms,相比于传统的自动调焦方法在速度上有很大提升。     

CO2激光刻写长周期光纤光栅与光纤MZ结构的双参数传感特性

为了实现温度与应变的双参数高精度传感测量,提出了一种CO2激光刻写长周期光纤光栅（Long Period Fiber Grating,LPFG）与光纤马赫-增德尔（MZ）干涉型结构的光纤传感器,利用CO2激光刻写制作LPFG并利用错位熔接法制备光纤MZ结构,将二者级联并实时监测温度及应变变化时的透射谱变化,研究了其传感原理并验证了其温度及应变传感特性。实验结果表明:该双参数光纤传感器的LPFG仅对温度敏感,MZ干涉结构对温度和应变都敏感;在温度范围35~70℃时,LPFG特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度39.17 pm/℃;MZ干涉结构特征波长升温灵敏度38.57 pm/℃,降温灵敏度为37.50 pm/℃;当应变范围0~450 时,MZ干涉结构加载灵敏度4.01 pm/,卸载灵敏度为4.24 pm/。为温度和应变的实时测量提供了一种灵敏度高、线性度好的光纤传感器。     

基于神经网络的星敏支架指向倾角监测方法

针对星敏支架热致变形导致其指向精度降低的问题,提出了一种基于神经网络的指向倾角监测方法。 首先,分析星敏 支架结构特征,搭建星敏支架指向倾角预测系统,采集星敏支架结构形变和倾角变化数据,并对实验数据进行预处理;其次,构 建深度神经网络模型,将星敏支架模型各测量点的应变信息作为输入变量,并使用 Adam 优化算法更新网络参数,经训练迭代 后得到指向倾角预测模型;然后针对传统深度神经网络收敛速度慢、容易产生局部最小值等局限性,使用遗传算法对深度神经 网络的超参数进行优化,以提升神经网络的训练速度;最后使用测试集数据对星敏支架指向倾角变化进行预测,分析该模型在 不同温度条件下对星敏支架指向倾角监测的准确率。 实验结果表明,优化后深度神经网络模型的指向倾角预测方法的平均误 差为 0. 20″,且倾角预测精度明显优于传统算法,证明利用深度学习方法实现星敏支架指向倾角监测具有可行性。     

基于深度学习的机翼蒙皮载荷计算方法

针对传统的载荷标定方程计算机翼蒙皮载荷精度低的问题,提出了一种基于深度学习的机翼蒙皮载荷计算新方法。考虑真实机翼蒙皮受力复杂,首先建立了机翼蒙皮试验件模型,使用Ansys仿真软件对试验件进行有限元分析,获得应变与载荷仿真数据,并对仿真数据进行数据清洗与预处理;其次,构建深度神经网络模型,将应变与载荷作为神经网络模型的输入与输出值,采用Adam算法优化提出的载荷计算模型;最后,在测试集上对载荷值进行预测,使用平均相对误差与绝对值差作为评价指标。实验结果显示,基于深度学习的载荷计算方法在小载荷数据上平均绝对误差为0.081 N,在正常载荷数据上的平均相对误差为0.063 8%;与传统载荷计算方法比较,本文提出的新方法计算的载荷精度明显优于传统方法。