基于小波变换和支持向量多分类机的光纤布拉格光栅低速冲击定位系统

利用光纤布拉格光栅(FBG)构建传感器网络,结合小波变换、频谱分析和支持向量机分类算法,对碳纤维复合材料板低速冲击区域定位进行了研究。根据划分区域进行冲击试验,探索冲击区域与信号特征之间的关系。在对低速冲击信号进行小波变换去除基线干扰的基础上,采用傅里叶变换提出提取冲击信号幅频特性作为信号特征进行低速冲击区域定位识别的方法,将提取的信号幅频特性作输入、冲击区域类别作输出构建支持向量多分类机实现低速冲击区域定位识别。实验结果表明:在500mm×500mm×2mm的碳纤维复合材料板上对36个测试样本进行低速冲击区域定位识别,实现33个低速冲击区域准确定位,正确率达90%以上,低速冲击定位系统的区域识别精度为40mm×40mm,且每个区域定位时间小于1011ms。研究结果为碳纤维复合材料板的低速冲击区域定位检测提供了一种科学可靠的方法。     

基于关联维数的光纤布拉格光栅的冲击定位

针对板结构低速冲击定位需求,通过构建分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感网络,并以光纤光栅传感器感知的冲击响应信号时间序列的关联维数作为冲击特征量,研究了关联维数与冲击点和传感器之间距离的分布规律。基于此分布规律,对冲击载荷位置进行了区域辨识,采用三圆取交的冲击定位算法实现了对冲击载荷位置的坐标定位。对机翼盒段结构划分区域,根据算法特点优化传感器排布,搭建冲击载荷监测实验系统,并进行低速冲击载荷实验。实验结果表明,在30cm×30cm的机翼盒段板结构上随机选取10个测试点进行低速冲击定位识别,实现了所有冲击实验点区域辨识,其正确率高达100%,坐标定位的平均误差为3.5cm。该方法利用了6个光纤布拉格光栅传感器能够有效地实现对冲击载荷位置辨识,对实现分形维数与冲击监测技术相结合具有一定意义。     

基于FBG传感网络和时间反转聚焦的多源冲击成像定位技术研究

针对传统冲击监测系统存在无法定位多源冲击、组网难和精度低等问题,设计了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)传感网络和时间反转聚焦成像冲击定位方法。在分析时间反转聚焦成像定位原理的基础上,建立由4个FBG组建的传感网络监测系统,通过窄带激光边缘滤波实现信号解调。利用Shannon小波变换提取特定频率的窄带信号,并计算信号模值及速度。通过建立时间反转聚焦模型实现多源冲击搜索定位及成像,并在监测区域为400mm×400mm的航空铝合金板结构上进行验证。结果表明,本文方法可实现冲击定位,定位误差小于15mm,为冲击监测提供了一种新的高精度方法。     

基于预测和加权匹配的目标快速定位方法

基于模板匹配算法,提出了一种适用于高速流水线检测的目标定位改进算法。该算法利用已知目标位置预测未知被测物体,并用加权模板匹配实现精确定位。首先对运动的物方空间进行标定使得连续采集的图片有连续统一的坐标系,从而实现图像间物体位置预测。同时,提出一种对模板不同特征区域加权的方法,在不影响算法复杂度的前提下,正确选择权值,能使目标物体区域内的匹配相似度有更好的显著度和单调性。实验结果表明,结合预测位置和加权求相似度的模板匹配具有更高的快速性和鲁棒性。     

基于时差辨识的机翼模型光纤冲击定位方法

针对机翼结构低速冲击载荷定位需求,提出了 一种基于时差辨识的冲击载荷定位方法。首先采 用Teager能量算子处理冲击响应信号,以提升响应信号时间分辨能力;在此基础上,给出了 基于时差二分原理的冲击区 域定位方法以及基于时差曲线拟合的冲击坐标计算方法。构建基于机翼模型的分布式光 纤监测系统,分别实现针 对冲击载荷的区域定位与精确坐标预测。试验结果表明:在长为120 cm的大展弦比机翼模型上随机选取5个测试点进 行低速冲击定位识别,实现了所有冲击测试点的区域辨识,正确率高达100%;坐标定位的平 均误差为8.4cm。本文方法 仅利用5个光纤布拉格光栅(FBG)传感器和低采样率FBG信号采集系统能够有效地实 现冲击载荷位置辨识,具有监测网络简洁、辨识快速和实用性强等特点。     

一种基于起伏地形与辐射电场分布相似性的指纹辅助定位方法仿真研究

在使用基于接收信号强度指示器（received signal strength indicator, RSSI）的指纹定位的过程中,通常要在离线阶段构建它的场强地图. 然而,在构建场强地图时,山区地形的复杂性常常导致我们难以确定测量区域的位置. 针对如何定位这些缺少位置信息的测量区域问题,文中提出了一种基于起伏地形与辐射电场分布相似性的定位方法. 该方法利用电场场值在发射源附近快速衰减的变化趋势与地形起伏高度降落的变化趋势相近,以及辐射电场的干涉条纹形状与地形轮廓相似这两种规律,以二维相关系数表征二者相似度,运用模板匹配算法,有效确定了测量区域在地理环境中的位置. 以二维随机粗糙面模拟起伏地形,通过地形中不同位置、不同大小的模板区域、不同发射天线高度和不同地形地貌下的多角度仿真实验,以重叠率作为性能评价指标,验证了方法的有效性.     

一种位置关系约束的异源图像匹配算法设计

为解决无人机植保过程中由于无光照或无信号造成的定位不准问题,文中介绍了一种基于红外与可见光图像匹配算法。该算法首先对可见光图像选取两处显著性区域,其次利用两区域的位置关系约束,生成将两区域包络的矩形作为模板,最后使用简化的协方差相关算法快速计算出定位坐标。实验表明,利用显著性区域位置关系的模板匹配比单个显著性区域匹配的鲁棒性更好,简化的协方差算法能够有效减少运算量。     

基于RSSI加权质心的光纤光栅传感网络冲击定位

针对材料结构损伤位置识别的精确定位问题,通过构建分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感网络,利用光纤光栅传感器的传感特性,根据感知的冲击响应信号强度(RSSI)以及冲击点到传感器距离的关系,提出一种基于RSSI加权质心的光纤光栅传感网络冲击载荷定位方法。设计合理的传感器网络监测布局,通过分析不同位置传感器感知的冲击响应信号强度辨识冲击点所在的区域,采用加权质心定位算法对冲击载荷的位置识别定位。试验表明:分别构建基于碳纤维复合材料结构板、钢板、木板损伤识别模式的定位监测实验系统,在300mm×300mm的监测区域内随机选取24个冲击点进行位置识别,能准确辨识所有实验冲击点所在的区域,并根据RSSI来确定冲击点的位置坐标,坐标定位的平均误差在15mm以内,可实现对冲击点位置的识别,为准确识别材料结构的损伤位置提供了一种实用可行的方法。     

Hausdorff匹配快速检测PCB基准标记

提出一种单向平均的修正Hausdorff距离匹配检测印刷电路板(PCB)基准标记(mark)的方法。将检测图像的边缘图转化为Voronoi图,在Voronoi图上移动mark模板,取得最小Hausdorff距离的位置,即最佳匹配位置。由mark实际尺寸计算mark模板,并用Canny算子检测边缘,以提高检测精度。对检测图像进行阈值变换和区域面积分割,获取mark大概位置,缩小检测范围,并用模板来计算Voronoi图和采取粗细间隔的mark模板移动策略,以提高检测速度。在全视觉贴片机SMT2505上应用表明,Mark中心定位、角度偏移统计检测误差和检测时间分别小于1 pixel、0.3°和60 ms,满足了高速、高精度和强鲁棒性的检测要求。     

一种模糊红外图像人眼快速定位方法

热像仪拍摄的红外图像能够反映人体表面的温度分布,进而间接反映其生理状态。但红外图像目标边界不清晰,与可见光图像相比目标更加模糊,因此对目标的定位和检测更加困难。本文研究并提出了一种快速自动定位人眼的方法,该方法从模板匹配的角度出发,结合模板和图像子区域的灰度相似度和纹理相似度进行匹配,同时利用 Zernike 矩和连通域分析筛选搜索点,减少了搜索次数。试验结果表明,本文提出的算法同经典的基于灰度相关的模板匹配算法相比速度更快,准确率更高。     

空间相机碳纤维承载舱的动态设计

为了满足空间相机在装星时的空间位置要求,并避免空间相机与星体之间的共振,设计了空间相机的承载舱。该设计采用了具有优良力学与工艺性能的碳纤维材料以及具有合理拓扑形式的桁架结构。采用计算机仿真试验和三次样条插值法对承载舱的杆截面尺寸进行了优化。结果表明,当杆截面尺寸为28 mm×28 mm×3 mm时,承载舱的动态特性和整体质量满足设计要求。     

An FBG impact location system based on broadband light source and improved TDoA algorithm

When a structure material is damaged by impact events, the reliability and lifetime of the material will be severely affected. So impact location is considered as the prime approach for structural health and damage monitoring. In this study, a novel fiber Bragg grating (FBG) impact location system based on broadband light source is designed, aiming at the shortcoming of existing location systems based on FBG. An improved localization algorithm based on the time difference of arrival (TDoA) is proposed for impact location. According to this algorithm, the impact position can be accurately predicted without wave velocity. Impact planar location experiments are carried out for verification of the FBG impact location system and algorithm on a400 mm×400 mm×3 mm aluminum alloy plate. The resulted locating error shows high precision and good stability of the proposed system. This work has been supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos.61503218, 61403233, 61573226 and 61473176), the Excellent Young and Middle-Aged Scientist Award Grant of Shandong Province of China (No.BS2013DX018), and the Natural Science Foundation of Shandong Province for Outstanding Young Talents (No.ZR2015JL021). E-mail:pangdan@163.com      

微棱镜与双包层光纤侧面耦合效率的实验研究

对微棱镜与双包层光纤侧面耦合技术进行了研究。用光学胶把尺寸为1mm×1mm×1mm直角棱镜的直角面胶合在尺寸为330μm×170μm的内包层侧平面上,激光束以一定的角度从微棱镜的另一直角面入射并通过它耦合进入双包层光纤的内包层,实验测得耦合效率为86%。该方法可用于双包层光纤的侧面抽运。     

可贴敷于人体的RFID 标签天线设计

设计了一款可贴敷于人体的超高频(UHF)射频识别(RFID)标签天线,该天线由矩形辐射单元、环形 馈电和匹配网络组成,其总体尺寸为54. 3 mm×40 mm×0. 8 mm。分析了人体不同部位、天线与人体间距以及天线自 身结构变化对天线辐射性能的影响。通过调节环形馈电和匹配网络尺寸可以实现天线与芯片之间的阻抗共轭匹 配。样品测试结果与仿真结果比较吻合,当标签天线贴敷在人体背部时,实际测量的最大读取距离可达4. 9 m。     

新型光纤Bragg光栅振动传感系统

分析并实验研究了一种基于机械感生长周期光纤光栅(MLPFG)解调的新型光纤Bragg光栅(FBG)振动传感系统。利用机械线加工技术(MLPT)为制作周期为600μm、长为60mm的不锈钢槽板,采用机械感生法写制了中心波长1539.820nm、谐振线性边带大于6nm的MLPFG作为滤波器。选用中心波长为1542.400nm、3dB带宽为0.3nm的FBG设计振动传感器,通过附加电磁阻尼提高了稳定性,扩大了无失真频率测量范围。实验表明,该振动传感系统具有良好的动态响应特性,响应频谱与激振信号完全吻合,频率测量范围为10～3×103kHz,并具有良好的冲击振动响应。     

复合层合板低速冲击应变测试及其状态监测

将光纤布喇格光栅(FBG)传感器应用于复合材料层合板低速冲击应变测试中。将应变片和FBG粘贴在复合材料板的对称位置上;将冲击荷载施加在复合材料板中心,并施加8个不同等级(由小到大)的冲击荷载。试验结果表明,FBG传感器与对称位置粘贴的应变片的测试数据一致,这说明FBG可用于复合材料板的冲击应变测试。应用5个FBG传感器获得的冲击荷载下的峰值响应,结合提出的峰值响应包络面法,对复合材料层合板的冲击损伤位置进行了成功识别。结合FBG获得残余应变的方法,对复合材料层合板的冲击损伤的程度进行了成功识别。     

基于LTCC技术的带通滤波器分析与设计

文章介绍了一种中心频率为2.45GHz的LTCC多层带通滤波器的设计方法。利用二阶耦合谐振带通滤波器的原型,通过一种分析合成带通滤波器的方法,将原型电路等效为4个L型匹配电路,设定其中两个匹配品质因子,经过推导并进行参数值取舍后,即可得到原型电路中所有元件的合成公式以及电路中各器件的参数值。利用三维电磁场仿真软件HFSS建立模型,可以将电磁模拟结果与电路仿真结果较好地吻合。最后采用标准LTCC工艺实现出尺寸为3.6mm×2.9mm×1.1mm的带通滤波器。     

5～10 GHz MMIC低噪声放大器

采用稳懋公司150 nm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计了一款5 ～ 10 GHz单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA).该LNA采用三级级联结构,且每一级采用相同的偏压条件,电路的低频工作端依靠电容反馈,高频工作端依靠电阻反馈调节阻抗匹配,从而实现宽带匹配,芯片面积为2.5 mm×1 mm.测试结果表明,工作频率为5～10 GHz,漏极电压为2.3V,工作电流为70 mA时,LNA的功率增益达到35 dB,平均噪声温度为82 K,在90％工作频段内输入输出回波损耗优于-15 dB,1 dB压缩点输出功率为10.3 dBm,仿真结果与实验结果具有很好的一致性.     

CZT面元像素探测器的研制及其幅度修正技术的实现

根据CdZnTe（CZT）面元像素探测器基本原理,测试分析了像素阵列CZT晶体漏电流特性。建立了基于数字脉冲处理方式的11 mm×11 mm×3 mm尺寸4×4像素阵列CZT探测系统。采用137Cs 662 keV伽玛源测试得到探测系统响应脉冲幅度谱,平均能量分辨率为3.3%,全能谱峰（FWHM）为21.85 keV。...