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      

基于非线性滤波器的FBG解调系统的研究

传统的光纤Bragg光栅(FBG)滤波解调系统解调精度 较低,且线性滤波器的滤波曲线不是严格 的线性。从理论推导了基于线性滤波器的解调系统中滤波光和直接探测光光功率的比 值和滤波器的 透过率函数成正比。而传统的线性滤波解调方法过于理想化,为了修正这一问题,根据理论 推导对波长和 比值的关系按非线性滤波解调处理。实验结果表明,非线性解调 系统的温度解调精度高于线性解调系统,一定程度上提高了解调系统的精度。而且线性滤波 器的FBG解调 系统中几乎全部采用实际波长进行解调,本文在非线性滤波解调系统中引入虚拟波长的概念 ,对基于线性 滤波系统或非线性滤波系统的FBG系统进行解调,从而可以不用对实际波长的变化进行标定 而直接解调出FBG所处环境温度的变化。     

基于无线高速声发射系统设计

声发射检测仪按传输方式可分为无线和有线两类。有线传输具有较高的采样精度和数据传输速率,无线受环境影响小,但是其速率低,一般只传输特征参数。为了解决这一问题,文章给出一种无线高速系统的设计方案。     

800 nm FBG sensing interrogation system based on tilted FBG

An 800 nm band fiber Bragg grating sensing interrogation system using tilted FBG as the core wavelength division component is presented. A charge coupled device (CCD) linear array is put on the focal plane of the lens to detect the light. TFBG is used to tap light out of the fiber core to fiber cladding. The sensing wavelength is 795 to 830 nm,with accuracy of 20 pm and scan speed 100 Hz. Using FBG sensor,we achieve the temperature sensitivity of 1.8 ℃ and strain sensitivity of 18 με.     

80nm FBG sensing interrogation system based on tilted FBG

An 800 nm band fiber Bragg grating sensing interrogation system using tilted FBG as the core wavelength division component is presented. A charge coupled device （CCD） linear array is put on the focal plane of the lens to detect the light. TFBG is used to tap light out of the fiber core to fiber cladding. The sensing wavelength is 795 to 830 nm, with accuracy of 20 pm and scan speed 100Hz. Using FBG sensor, we achieve the temperature sensitivity of 1.8 ℃ and strain sensitivity of 18 με.     

基于菱形光纤布拉格光栅传感阵列的声发射定位技术

声发射技术是结构损伤检测的重要手段,声发射源定位是损伤检测的首要环节。时差定位技术具有快速、高效、精确的特点,以此设计了由菱形阵列光纤布拉格光栅（FBG）传感器构成的声发射定位系统。采用小波变换和传统阈值法提取特征信号,结合互相关法获得传感器间的信号到达时差,然后根据几何定位模型求解非线性方程组得到声源可能存在的位置,最后根据时差的正负特性进一步确定声源的准确位置,有效避免了伪声源的情况。在铝合金板上,以对角线为48 cm48 cm的监测区域进行了10组测试实验验证,平均误差为1.29 cm。     

基于串口服务器的声发射监测系统设计

针对现有的声发射监测系统中存在的监测范围窄,通信距离短,监测仪固件升级困难的问题,提出了一种基于串口服务器的远程多通道声发射监测系统设计方案。该系统下位机采用C8051F020单片机作为控制器,上位机采用Winform设计。经测试,系统具有监测范围广,运行稳定可靠,人机界面友好的特点。     

一种基于场强测量的辐射源定位方法

提出了一种基于车载监测系统移动测量场强值的未知辐射源定位方法.从消除电波非视距传播影响出发,利用场强中值算法和小波分析有效去除了多径快衰落噪声和地形遮蔽引起的慢衰落噪声.根据测试数据针对不同测试环境使用带有自适应偏差补偿因子的传播模型.通过遗传算法迭代计算残差的目标方程,较准确地实现了辐射源的定位.对算法进行计算机仿真与实测数据验证,证明了该定位算法的有效性.     

An acoustic emission sensor system for thin layer crack detection

We present a new method for semiconductor layer characterization enabling simultaneous crack generation and detection based on the established acoustic emission testing. In this paper, we explain the test concept and failure mechanism of diamond tip indentation with acoustic wave measurement on oxide layers by analytical modeling and computer-aided simulations. For this purpose, an innovative design of a sensor-indenter system was developed and experimentally verified. In further tests, the new acoustic crack detection method is correlated with proven optical inspection methods and the good reproducibility of the measurement is demonstrated. The high sensitivity and resolution of this method offer new opportunities for thin layer characterization at lower time and cost. The new high-efficient method can be used especially for process qualification for semiconductor wafer test, where oxide cracks can be induced by sharp probes causing electrical failure of the chip.     

基于FBG的CH4浓度传感系统

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的新型CH4浓度传感方案.利用CH4催化元件将CH4浓度信息转化为温度信息,并映射为FBG反射波长的漂移量.将自制的FBG封装成CH4传感器,并实验获得了FBG反射波长漂移量与环境CH4浓度的曲线.验证了采用传感FBG和参考FBG的斜边检测方案可提高系统检测分辨率和温度稳定性.     

基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统的研究与设计

由于受光源谱宽和光纤Bragg光栅传感波长移动范 围的限制,FBG传感系统中可复用的FBG数量 受到很大限制。为了解决这种限制问题,提出通过传感信号的时间延迟对传感FBG进行定位 的方法。 设计出基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统,用Fabry-Peror(F-P)腔和时延定位结合的 方式对传感信息进 行解调,用FPGA进行数据处理。搭建了实验系统,进行了简单的实验。实验结果表明, 本文系统增加可复用FBG数量的方法实用性强,精度高。     

Two-function light source in a FBG multi-point sensing system

In this paper,a two-function light source is recommended. It can both amplify the light power and demodulate the wave-length signal. Its output power is 1000 times as high as traditional broadband light source(BBS) and it can demodulate the signal by scanning wavelength in 30 nm of bandwidth range in the situation of 1550 nm central wavelength. This kind of light source effectively solves the problem of light energy supply in more-point measurement of FBG and simplifies the structure of sensing measurement.     

一种基于柔性铰链的FBG加速度传感器

为了适应光纤传感器在采煤机中的应用,提出了一种基于柔性铰链的光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器,其质量块通过柔性铰链和基座连接。基于传感器的结构模型,从理论给出了传感器的灵敏度和谐振频率公式,并讨论了结构参数对传感器灵敏度和谐振频率的影响,还利用有限元法分析了传感器的静态和动态特性。实验表明,本文传感器的谐振频率为2kHz,峰-峰值灵敏度为22pm/g,横向抗干扰度小于10%,适用于1kHz以下加速度的测量。     

光纤法布里珀罗声发射传感系统

实现了一种由多个光纤法布里珀罗传感器构成的声发射传感系统,可用于变压器局部放电的检测与定位.该系统利用光纤法布里珀罗声发射传感器实现信号采集,利用门限检测的方法实现信号检测,并通过计算信号达到不同传感头的时延差实现放电源的空间定位,具有传感头尺寸小、系统结构简单、抗电磁干扰性能强等优势.     

基于异构多种群的一种改进遗传算法

针对简单遗传算法存在的问题，基于提高遗传算法搜索效率和收敛性，提出了一种基于异构多个种群的改进的遗传算法IMGA。该算法首先利用多个异构子种群并行进化的结果初步确定较好解，进化到一定时间后，把得到的优质解按照新的变异算子进一步寻找最优解。仿真结果验证了算法的良好性能。     

基于小波的声发射信号去噪研究

由于小波变换具有较强的时频分析和局部分析能力,常用于非平稳信号的去噪处理中。首先根据小波分解后各高频系数所占的能量百分比对信号进行提纯,再对提纯后的信号进行小波阈值去噪,并运用信号能量百分比和频谱分析对去噪效果进行评判。实验结果表明,这种先提纯后阈值去噪的处理方法能够在保证信号不失真的前提下,有效去除声发射信号中的噪声。     

基于SVM的车牌区域定位系统研究

提出了一种基于SVM算法的汽车车牌定位方法。首先介绍了SVM的数学模型以及汽车车牌图像特征信息的提取方法,然后在VC环境下测得本方法可以使车牌定位的精度和效率都较高,有一定的实用价值。     

基于EPON的分布式光纤光栅传感网络研究

提出了一种基于以太无源光网络(EPON)的光纤布拉格光栅(FBG)传感网络多传感通道切换控制方案。控制传感通道切换的多个光开关分别与EPON系统中的多个光网络单元(ONU)相连,利用各ONU间严格的时间同步特性在各ONU控制下实施对多个光开关的同步切换控制,实现各FBG传感通道与传感解调模块间的有序连通。实验结果表明,此方案的稳定性较好,并且具有较灵活的扩展特性。     

基于FBG阵列的滑动探测系统设计

为了实现机械结构中夹持状态的实时监测,避免施力过大造成损坏或施力过小造成滑落,设计了一种基于FBG阵列的滑动探测系统。利用正交分布FBG阵列实现对不同方向滑动的感知,通过解算各位置上FBG波长偏移量完成对目标位置与滑动状态的分析。给出了系统结构设计及计算方法,仿真分析了不同参数的FBG对物体的滑动测试效果。仿真结果显示,采用lFBG=10 mm,h=4 mm的参数选择可以在保证空间分辨精度的基础上达到最大灵敏度。实验中,传感单元采用60 mm×40 mm×10 mm的硅胶体构成,内部预埋5个FBG构成传感阵列。实验结果显示,在x轴和y轴方向上,其灵敏度分别为0.0051 nm/N和0.0063 nm/N。FBG波长偏移量的变化曲线可以明确表征在传感模块上被测物的状态(静止、开始滑动、稳定滑动)。针对不同滑动速度进行了测试,FBG产生的波长偏移量变化所占时长与滑动时长成比例,即可通过波形完成滑动时长的解算。