基于遗传算法的光波导-光纤自动调芯系统的研究

开发了一种新的自动调芯方法,在光纤-波导-光纤的自动对接中导入了遗传算法原理。数值仿真表明该方法达到了小于0.0001dB的插入损耗。完成了调芯系统样机,单模光纤-单模波导-单模光纤的自动对接实验显示,在1310nm和1550nm波长上,光纤-波导端面耦合损耗平均值分别为0.134dB和0.109dB,标准误差分别为0.009dB和0.012dB,调芯时间累计不超过8m in。     

应用多目标演化算法的波导-光纤自动耦合系统

利用多目标演化算法,开发设计了一种新的列阵自动对接方法,新算法并行操作次数较常规遗传法大幅减少.理论分析和仿真结果表明了该方案的可行性.研制了基于多目标演化算法的自动调芯系统样机,单芯光纤─条波导─单芯光纤系统的自动调芯实验表明,端面耦合损耗的平均值为0.1136dB,单次耦合损耗的最大值小于0.13dB,标准偏差小于0.02dB.单芯光纤列阵─1×8波导分支耦合器─8芯光纤列阵自动调芯实验表明,各通道插入损耗均小于10.7dB,均匀性指标小于0.77dB.单次调芯时间小于10min.证实了该方案及其样机系统具有良好效果和实用性.     

虚拟制造技术(VMT)的发展与应用研究

对虚拟制造技术的发展与应用进行论述,重点介绍虚拟制造产生的背景和涵义,虚拟制造与实际制造的关系,实施虚拟制造的收益,虚拟制造的关键技术及目前的研究与应用现状等,并对虚拟制造的应用前景及发展方向进行展望.     

Si(100)表面STM电子束光刻技术的研究

论述了 Ｓ Ｔ Ｍ 电子束光刻技术的 机理与特点。利用 Ｈ Ｚ Ｎ Ａ Ｎ Ｏ—Ⅳ型 Ｓ Ｔ Ｍ 进 行了 Ｓｉ（ １００ ） 表 面光刻试验,详细探索了试验原理、方案和工艺步骤,并对试验结果进行了分析。在大气环境下获得了深度＜ １００ｎ ｍ 、宽度＜ ２５ ｎ ｍ 的刻蚀线     

机械与制造科学“十一五”发展的战略方向(制造科学)

根据中国国家自然科学基金委员会《机械与制造科学“十一五”发展战略研究报告》，阐述机械与制造科学有关制造科学“十一五”发展战略。 给出先进制造科学技术和制造系统的内涵、研究范围及其重要性。指出“十一五”期间将进行以下研究。 成形制造科学与技术，应研究特大型及关键零部件的成形制造技术, 精密、高效、清洁成形制造科学与技术, 新材料成形制造技术与科学,激光加工成形制造科学与技术，以及基于模拟仿真的数字化成形制造科学与技术。 先进加工制造技术的主要发展方向和重要研究领域是，超高速切削加工技术和超高速磨削技术，精密/超精密加工技术和微细、复合加工技术，以及相应的新一代装备制造技术，机械加工制造追求优质、高效、低耗、柔性和洁净。 数字制造和数字装备的重要科学问题是，数字建模与仿真的理论和方法，基于视觉信息的数字装备运动规划和自律控制，数字化协同产品开发的基础理论与关键技术。 机械系统和制造过程的测量及仪器研究领域是，新型传感原理及传感器，先进制造的现场、非接触、数字化测量，微/纳米级超精密测量，超大尺寸精密测量，基标准及相关测量理论。     

非连续线性啁啾取样布拉格光栅型多信道光纤滤波器的设计

介绍了一种基于取样布拉格光纤光栅获得多信道光纤滤波器的方法。通过设计一种非连续阶梯型啁啾取样的布拉格光栅结构,可以分别实现单个信道宽度为50,100和200GHz的光纤滤波器。光纤滤波器的每个信道的宽度几乎完全相同,具有平顶、峭沿和高透射率特点,相邻信道间隔离深度超过28dB,平均插入损失不超过0.1dB,3dB带宽内相位响应起伏在5～30ps。利用介绍的方法制作具有相应非连续线性啁啾系数的全息相位掩模板,易于制作,成本低,重复性好。通过改变相应的光纤光栅参数,可以实现不同信道宽度的,性能稳定、可重复性高的光纤滤波器,在高速光通信系统以及光互连中有着非常好的应用前景。     

光纤Bragg光栅阵列的光时域反射探测技术研究

本文研究了采用光时域反射技术对串联光栅阵列的反射功率进行探测的新方法。在实验研究的基础上,对高反射率光栅在光时域反射测试系统中的“假峰”和“谐振峰”现象的产生根源进行了分析,并提出了适合于光时域反射测试系统的光栅反射率的具体要求。此外对光时域反射测试技术的空间分辨率、复用数量进行了分析,给出了综合考虑多种因素的光栅传感阵列的布置方案。光时域反射探测技术是一种新颖的光栅阵列测试技术,与传统的波长测试系统相比,可从时分复用角度大大增加复用数量。     

基于DWDM和LabView的新型光纤光栅传感技术

阐述一种新型光纤光栅振动传感技术,它是利用DWDM的滤波曲线和波分复用技术实现三维振动信号调制,调制信号由示波器高速采集,然后通过GPIB接口连接到计算机(也可以用DAQ-PCMCIA卡替换示波器和GPIB接口),最后用LabView程序对三维振动信号进行解调分析,得出被测物体的三维振动信号频谱。建立了一种用光纤光栅测量长方体花岗岩固有振动频率的模型,并用地震波检测器测量作为参考。发现测量的结果符合较好,并从理论计算中得到了证实。     

光纤光栅空分光复用传感系统的研究

介绍了一种光纤光栅空分复用传感系统,并将光纤光栅的传感特性应用于结构健康检测系统中。宽带光源发出的光波进入光栅阵列时,利用光开关选通不同光路实现FBG空分复用传感系统。系统采用等腰三角形悬臂梁调谐装置对FBG进行挠度加载,利用非平衡M-Z干涉技术对传感信息进行解调,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,从而得到被测应变的大小,成功地实现了空分复用传感。该系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点,其传感分辨率为7.3 nε,灵敏度的实验值为0.82°/με。     

光波导功分器的短缩优化设计方法研究

提出并验证了一种针对光波导功分器短缩化的新的设计方法。在BPM软件仿真运行的基础上,归纳了单位圆心角弯曲损耗与曲率半径之间关系的仿真实验公式,建立了光波导功分器各级Y分支之间的单调弧形连接模型,确定了光波导分路器的长度、总的弯曲损耗、单口弯曲损耗以及均匀性的计算公式。综合考虑光波导功分器各参数间关系,采用了遗传算法全局优化技术,设计了合理可行的评价函数。通过对1×8石英光波导功分器的验证表明,与现行同类产品相比,插入损耗和均匀性指标持平,有效长度缩短了3.5mm以上。     

植入光纤光栅的软体驱动器形状传感研究

软体机器人由于具有柔顺性和适应性等特点,在外科手术和狭窄空间等方面具有无可比拟的优势,为了实现微创手术等狭小空间中软体驱动器的姿态传感监测,提出基于植入式光纤光栅的柔性传感方法,首先将光纤布拉格光栅（FBG）植入在软体驱动器中;然后在软体驱动器的不同弯曲状态下,通过实验测试分析FBG点的光谱、波长漂移量和曲率等信息,利用3次样条插值等算法实现软体驱动器的三维形状拟合重构。实验结果表明,驱动器实际弯曲角度和重构算法之间的误差不足45%,传感器重复性的偏差指数不足7%。所提出的基于植入式光纤光栅的柔性传感方法可以实现软体机器人的姿态传感监测,在医疗外科手术领域具有广阔的应用前景。     

基于光纤光栅的温度与压力柔性传感性能测试

为了探究光纤FBG埋入仿生体中的传感性能,制备了一种光纤FBG柔性传感器,并对其温度和力觉的感知能力进行了探究。首先,介绍了FBG柔性传感器的结构及制作方法;接着,建立了柔性传感器的温度和压力传感模型,并使用有限元分析软件Abaqus对柔性传感器受压情况进行理论模拟;最后,对FBG柔性传感器和裸FBG传感器的温度和力觉感知能力进行了对比试验。试验结果表明,FBG柔性传感器灵敏度在升温和降温过程分别为13.14和11.06 pm/℃,是裸FBG传感器的1.3倍;静态压力加载过程和卸载过程分别为0.318 1和0.345 3 pm/g,比裸FBG传感器提高了3倍且线性相关系数为99.5%,较裸FBG传感器线性度好;检测通行载荷信号比裸FBG传感器强;20 g实心钢球从50 cm高度冲击应变值为38με,跟踪效果明显。该传感器灵敏度高且重复性好,对仿生体皮肤的触滑觉研究有一定的参考意义。     

Digital monitoring and health diagnosis for mechanical equipment operation safety based on fiber Bragg grating sensor

This paper introduces fiber Bragg grating (FBG) based on a fiber optic grating sensor developed to be embedded on mechanical equipment for digital monitoring and health diagnosis. The theoretical and experimental researches on the new-style FBG sensor (FBGS) technology, high-speed demodulation, and data transmission are discussed. The transmission characteristics between the FBG and the detection interface, modeling and compensation method for online distributed multi-parameter digital monitoring and methods for data processing, synchronous sampling, and long-term dynamic digital monitoring using embedded technology are also presented. The acquired information by an FBGS can be used for the optimization of maintenance schedules and refinement of mechanical equipment design. It is a challenge to gather real-time data from components working at high speed and in a severe environment of high temperature, high pressure, and high rotation speed. Currently, there are no sensors or technologies available for digital monitoring and health diagnosis under this rigorous situation for use in mechanical engineering operation safety. As a result, this paper introduces an online distributed and integrated digital monitoring system and health diagnosis. The new principle and new method will contribute to modern measurements in science and technology, mechanical engineering, and large mechanical equipment operation safety.     

基于光纤光栅的机械手指触滑觉传感研究

针对机械手指柔性触滑觉传感问题,提出了一种基于光纤光栅的二维分布式传感阵列的触滑觉传感方法,该方法采用两根平行放置和一根倾斜放置的光纤光栅传感器组成传感单元,利用弹性材料封装增强光纤光栅对压力的灵敏度,并以单元阵列的方式实现对触觉三维力、滑动方向以及滑移位置的感知。仿真和实验结果表明,该方法可以很好地实现对触觉正向压力和剪切力的传感,其中正向压力在0~3.691 9×103Pa的范围内灵敏度为Kp=0.194 pm/Pa,x正向剪切力在0~1.115×103Pa的范围内灵敏度为Kpt=0.03 pm/Pa。通过对传感阵列中不同光栅中心波长漂移的上升沿和峰值时间差实现对物体x轴的滑移方向的判断。该方法可以很好地实现对机械手指触滑觉信息的测量,具有一定的应用价值。     

模块化多电平变换器基本单元的设计与优化

针对现有的模块化多电平变换器基本单元的设计方案所存在的通信机构复杂,可靠性低的问题,对子模块的结构设计、通信设计及优化等问题进行了研究,在此基础上提出了一种新的子模块设计方案,同时给出了其与上层控制器的通信协议。该通信协议利用两根光纤完成子模块与上层控制器的信息交互,其中子模块的电压与状态信息通过串行通讯方式上传给上层控制器,而由上层控制器所产生的驱动与保护命令等信号通过光纤时分复用技术发送至子模块,由子模块进行解析并完成相关任务。研究结果表明,所提出的设计方案能够可靠地完成子模块与上层控制器之间的通信,所用光纤减少为2根,简化了其与上层控制器之间通信机构的设计,同时提高了模块化多电平变换器系统的可靠性。