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。     

脑控智能假肢的人机协同控制方法研究

针对脑控智能假肢系统目前普遍存在着人机交互能力不足的问题,通过对人手运动过程中脑控机理的分析和依据人机协同控制理论,提出了一种适用于脑控智能假肢的人机协同控制策略。分析表明,人机协同控制方法主要分为2个部分,即基于触滑觉传感器的假肢抓握控制方法和基于触滑觉传感器的假肢抓握保持控制方法。同时结合多感知融合技术,搭建了一种脑控智能假肢人机协同控制系统,并进行了实验验证。实验结果表明,该系统能够可靠地完成假肢的连续完整操作,且具有较高的鲁棒性。     

PVDF薄膜传感器滑动信号的积分简化识别算法

将PVDF压电薄膜作为传感元件,设计滑觉传感器模块,用于反馈机器人抓取时物体的相对滑动状态感知。针对其触觉、滑觉信号难以区分的问题,分析了现有方法的缺点和局限性,设计了一种基于积分简化的滑动信号识别算法,将信号曲线与坐标轴围成的面积作为考量标准,可实时、高效地识别滑动信号,通过试验验证了算法的可行性。研究表明,当信号的δ值超过40%时即可视为产生了滑动。该算法可以为实现机器人末端执行器柔顺抓取技术中的滑觉检测提供参考。     

用于机械手稳定抓取的磁致伸缩触觉传感器设计与研究

针对智能机械手抓取物体时的滑动问题,为了给机械手提供滑动信号,利用铁镓合金(Galfenol)的逆磁致伸缩效应设计了一种高灵敏度的磁致伸缩触觉传感器。根据逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁结构力学原理和胡克定理,建立了触觉传感器的摩擦力测试模型,利用该传感器进行了滑动检测,对采集的滑动信号作了离散小波变换,分析了不同抓取力下滑动信号的DWT细节系数,通过设置阈值为0.05来控制机械手抓取物体。实验结果表明:在偏置磁场为4.2 kA/m,施加的摩擦力为4 N时,传感器输出电压峰值为256 mV,灵敏度达到64 mV/N,将传感器安装在机械手上,可以为机械手提供稳定抓取的控制信号。     

基于光纤布拉格光栅的柔性触滑觉复合传感研究

针对仿生皮肤柔性触滑觉复合传感问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅的双层分布式传感单元。首先,研究了光纤布拉格光栅的传感机理,推导了基于参考光栅的温度补偿原理;然后,利用聚合物弹性材料对光纤布拉格光栅传感阵列进行保护性和增敏性封装,设计了双层"十字型"的分布式传感阵列单元,并对传感阵列单元压力灵敏度进行了仿真分析研究;最后,搭建实验系统平台,对柔性复合传感器进行了温度、触觉和滑觉传感实验。仿真和实验结果表明,该柔性触滑觉传感器具有良好的线性度和响应速度,温度灵敏度为13 pm/℃,是裸光纤布拉格光栅的1.31倍;正向压力灵敏度为7.289 nm/MPa,x正向和x负向剪切力灵敏度分别为0.060 2和0.063 6 nm/N;由滑觉传感特征信号可以获取物体的滑移信息。该传感器有望表贴或埋置于仿生手内部,对实现仿生手触滑觉信息感知具有一定的应用价值。     

基于压缩感知理论的MEMS陀螺仪信号降噪研究

通过分析传统小波阈值滤波的局限性,将基于压缩感知的小波滤波方法应用于低精度MEMS(micro electro mechanicalsystem)陀螺仪信号降噪中,并与小波阈值滤波方法进行了实验对比,实验结果表明:基于压缩感知的小波滤波方法可以有效地去除MEMS陀螺仪输出信号中的噪声,并且在压缩比较大时基于压缩感知的滤波方法去噪效果优于小波阈值滤波方法,改善了低精度MEMS陀螺仪零偏稳定性,为工程中解决低精度MEMS陀螺仪降噪问题提供了新思路。     

超声缺陷回波信号的小波包降噪及特征提取

根据非稳态超声检测信号的特点，将小波包变换用于缺陷信号的降噪及特征提取问题的研究，并利用类别可分性判据和RBF神经网络分别对特征值提取结果进行评价。引入了平均阈值的概念，在此基础上研究了小波包降噪效果。提出了以选取小波包分解频带的能量作为缺陷信号特征值的方法。实际焊接缺陷的实验结果表明，小波包降噪效果明显；在特征数据得以压缩的同时，分类的可分性较高。     

斜拉桥健康监测信号改进小波相关降噪

为提高斜拉桥健康监测动态信号的降噪效果,针对传统小波相关降噪算法的缺陷,提出一种改进小波相关降噪算法。该算法将各层小波系数的主要能量周期作为相关检测邻域范围,并根据斜拉桥动态响应信号特征设置降噪阈值,最后采用一种全新的信号重构算法,得到降噪后的信号。将该算法与传统小波相关降噪和小波默认阈值降噪算法进行仿真试验比较,结果表明,改进小波相关降噪算法具有较好的降噪效果,能够应用于斜拉桥健康监测动态响应信号的降噪处理。     

基于ISVD多级降噪和SVM的轴承故障诊断研究

在强噪声背景下难以提取出滚动轴承的故障特征，导致对轴承的故障诊断准确率不高，针对这一问题，提出了一种基于小波变换、改进奇异值分解多级降噪算法与支持向量机模型的轴承故障诊断方法。首先，采用小波降噪对滚动轴承的原始信号进行了初始降噪，消除了部分的随机噪声；然后，主要通过改进相空间矩阵重构方式，对该信号进行了改进奇异值分解二次降噪，并提出了新的奇异值有效秩阶次确定方法，利用峭度对一维信号提取方案进行了优化，并对其完成了降噪；最后，通过提取了10个有效特征，结合支持向量机在MATLAB中进行了仿真实验，分析了不同特征对轴承的故障诊断结果的影响，并将方法与其他方法进行了对比分析。研究结果表明：采用多级降噪算法降低了轴承工作状态下的背景噪声，使其故障特征频率更为明显；支持向量机分类诊断器的故障识别准确率达到98.3%,能够有效地识别轴承故障发生的位置和严重程度。     

压缩感知在滚动轴承振动信号降噪中的应用

针对滚动轴承振动信号降噪的问题,研究压缩感知在滚动轴承信号降噪中的应用。分析滚动轴承振动信号的DCT变换系数值分布的特点,提出能够自适应信号类型的重构停止阈值计算方法,使用OMP进行信号重构的同时实现降噪。与传统小波阈值降噪方法进行实验对比分析,结果表明:使用的方法在降噪效果上与小波双曲阈值方法接近,优于小波软阈值方法,且处理的数据量远小于小波方法。     

桑色素-Al掺杂的溶胶-凝胶薄膜修饰的MPOF光纤氟离子传感探头

本文通过对微结构聚合物光纤修饰桑色素-铝配合物掺杂的凝胶薄膜,制备了一种氟化物光纤传感探头。这种探头的结构基于微结构聚合物光纤实现,其内部具有贯穿的微孔道结构,这种微孔结构可以作为敏感材料的载体以及微传感池。敏感层的修饰通过溶胶-凝胶过程实现,将掺有桑色素-铝的溶胶直接吸入光纤内部,可以在光纤微孔阵列中形成凝胶敏感膜。微结构光纤内部可以容纳微量液体,传感过程在微孔道内进行。传感原理基于荧光淬灭远离实现,氟离子对凝胶膜中桑色素-铝具有强烈的荧光淬灭作用,因此传感探头对于不同浓度的氟离子溶液表现不同的荧光强度。在pH值为4.6的条件下,探头对于氟离子具有良好的响应,其传感范围为5-50mmol/L。     

多光束干涉光纤FP探针脉动微压传感研究

本文提出一种面向脉动微压传感的多光束干涉光纤法布里-珀罗(FP)探针。建立探针多光束干涉波长漂移与微压传感模型,分析其在气、液相环境中微压灵敏度差异。采用化学腐蚀、放电熔接、精密切割技术制备光纤探针器件。利用医用注射器、透明柔性软管、石英插芯构建微压测试环境,通过有限元仿真分析测试环境内部压强分布情况,在气相环境压强范围14.41～85.22 kPa、液相环境压强范围4.50～26.02 kPa的测试条件下,对3支光纤探针微压传感特性进行分析。实验结果表明,气、液相环境中,探针波长均随压强增大发生红移现象,反之,发生蓝移现象;气相环境探针平均微压灵敏度可达8.210 pm·kPa^-1,液相环境探针平均微压灵敏度可达66.720 pm·kPa^-1,高于气相环境,与理论模型相符。选取气、液相环境中微压灵敏度最高的光纤探针进行液相脉动微压传感特性研究。实验结果表明,5个脉动周期内探针波长响应良好,且重复性误差较小。本文提出的光纤探针结构紧凑,易于制备,灵敏度高,可实现1 Hz频率范围内的脉动微压传感,为液相环境脉动微压传感提供了重要的参考价值。     

基于源强先验引导的正交匹配追踪声源识别算法

压缩感知理论的出现为采用较少的传声器实现高分辨率声源识别与定位，提供了理论可能和实现途径。因此越来越多的学者将压缩感知方法应用到声源识别领域当中。在已有的诸多压缩感知重构算法中，正交匹配追踪（Orthogonal matching pursuit，OMP）算法具有旁瓣小、分辨率较高、算法过程简单、计算速度快、易于硬件实现等优点，具有广泛的应用潜力。但是OMP算法在实际应用场合中表现出的对低频声源定位效果差，聚焦面网格密集划分时易出现定位偏差的缺点限制了算法的应用范围。为此，通过对OMP算法关键步骤的理论分析，找出OMP算法上述缺陷的理论来源，在此基础上提出一种基于源强先验引导的OMP声源定位算法，该方法在OMP原子筛选过程中引入了源强先验信息，可以较好地克服由相邻声源距离较近或分析频率较低时原子间相关性增强引起的原子选择错误，从而进一步提高了算法的声源定位准确率，拓宽了算法适用的频率范围，在实际中可实现宽频带声源的高分辨率识别与定位。     

基于单片机的蟋蟀玩具机器人研制

服务机器人是当前机器人及其相关领域前沿研究的一个主攻方向,其中的玩具机器人是服务机器人的一个重要分支。该文以蟋蟀玩具机器人为例,介绍了蟋蟀机器人的系统功能原理和软、硬件系统组成。蟋蟀玩具机器人以STC89C51单片机作为控制器,通过光电三极管和触碰开关等传感器,将输入信号传输给单片机进行处理和控制,单片机的输出信号再驱动多个电机旋转,可以模拟实现斗蟋蟀的过程。     

利用MATLAB实现遥感图像增强

图像增强是数字图像的预处理。本文采用直方图增强、对比度增强、平滑滤波方法,利用MATLAB软件实现对了遥感图像增强处理,并给出了实验结果图像。结果表明,对利用MATLAB实现遥感图像增强,能够改善图像的质量。     

一种基于光纤光栅的非接触式转速测量方法

提出了一种基于光纤光栅的非接触式转速测量方法。将永磁体与磁性材料之间距离-磁力的关系应用于转速传感中从而实现了非接触式转速测量,使用光纤光栅作为传感器件克服了电子类和光学类转速传感器抗电磁干扰能力差、对测量环境要求高的缺点。实验证明该方法是可行的。     

基于位置感知和位移复用的示功图传感系统设计

针对现有油井示功图传感系统不能适应低冲次油井、位移精度低等问题,设计了基于位置感知和位移复用的高精度示功图传感系统。通过对大量真实示功图数据进行分析,得出了在不改变油井冲程的情况下位移轨迹一致的结论,提出了利用位置感知和位移复用实现高精度示功图采集的方案,详细介绍了该传感系统的硬件组成和关键软件算法。通过对该传感系统在油田现场采集的真实数据进行分析,结果表明,该传感系统工作稳定可靠,能够适应的最低冲次达到0.2次/min,冲程及位移误差小于1%。与其他类型示功图传感系统相比具有明显的优势,完全满足油田生产对示功图采集系统适用范围和精度的要求。     

应用CWDM实现FBG传感解调的研究

本文利用粗波分复用器（CWDM）的传输特性与波长的关系，提出了一种FBG传感解调方法并建立了实验系统。通过理论分析计算，得出系统的输入／输出之间的关系，并进行了实验验证。系统的波长解调范围为4nm左右，在没有进行光功率补偿的情况下，根据实验数据的分析计算，方差最差的情况下σmax=4pm。本系统在对分辨率要求不高的工程实际中的动态解调有着广泛的应用前景。     

4S技术在轴承企业环境监测应用中的研究

探讨地理信息系统技术、在线测量技术、全球卫星定位技术和通用分组无线业务四种技术在轴承企业环境监测系统中的应用及意义。基于以上四种技术的轴承企业环境监测信息系统既能及时获得动态的轴承企业环境信息 ,还能充分利用存储在各个部门的各种信息对区域轴承企业环境等进行综合分析、系统仿真研究