基于逆传播神经网络的光纤布拉格光栅触觉传感

为实现机械手指的复合式触觉传感,以光纤布拉格光栅(FBG)为传感元件,将压力传感器和温度传感器封装在同一聚合物传感单元中。分析了压力传感器受目标物体温度扰动的特性,同时利用逆传播神经网络对FBG触觉传感信号进行处理,实现了对传感单元表面正向压力的准确识别。仿真与实验结果表明,该方法进一步消除了目标物体温度对应变传感器的影响,减小了应变传感器的不确定性误差,提高了压力测量结果的稳定性和测量精度,补偿后压力传感器的温度漂移率仅为1.2×10-4 nm/℃。将补偿研究应用于机械手指FBG触觉传感阵列,可以有效抑制温度对应变传感的干扰,使得柔性机械手指触滑测量系统具有更加广阔的应用前景。     

一种硅压阻式压力传感器温度补偿算法及软件实现

硅压阻式压力传感器的零点温度漂移和灵敏度温度漂移是影响传感器性能的主要因素之一,如何能使该类误差得到有效补偿对于提高其性能很有意义。通过对硅压阻式压力传感器建立高阶温度补偿模型进行温度误差补偿是一种有效的方法,并在该模型基础上给出了拟合系数计算方法,并用Matlab GUI软件来实现温度补偿系数计算,进而实现传感器输出的动态温补,达到了很好的输出线性性。实验结果表明,补偿后传感器输出的非线性误差小于0.5% F.S。     

基于PVDF的柔性压力传感器阵列的制备及仿真研究

采用湿法刻蚀制备了基于PVDF薄膜的柔性4×4压力传感器阵列,该传感器具有16个毫米尺寸的电容器单元。使用光学显微镜、原子力显微镜观测了传感器表面形貌,显示电极阵列的界面清晰,PVDF薄膜表面形貌平整。力电耦合效应测试的结果显示传感器的应力输入和电压输出具备高的信噪比和良好的线性关系,力电响应为12×10–3 V/kPa。受力-空载响应输出显示,对传感器施加20~80 kPa范围的脉冲压力,得到了输出0.26~0.98 V的电压信号,并且放电时间少于2.5 ms。结合仿真计算研究了传感器阵列之间的电势信号影响,结果表明相邻阵列单元间的信号干扰随着阵列所受压力增加而增加并且呈现线性关系,干扰信号为0.028×10~(–3) V/kPa,在1.4 mm~2尺寸时,低于178 kPa压力所产生的干扰信号可以近似忽略。     

轮辐式温度自动补偿型光纤光栅测力传感器

采用轮辐式传感机构设计，将两个不同波长的布拉格光栅与轮辐中性轴线同时成相同角度，粘贴在两个对称轮辐侧面的中间位置构成传感头。利用光纤光栅波长绝对编码的特性，设计并研制了轮辐式温度自动补偿型光纤光栅测力传感器。理论分析和实验结果证明，该传感器具有温度自动补偿特性，可用于压力和拉力的高精度感测，其最大力的测量值达到3kN，温度自动补偿范围为20℃～75℃。     

基于GSA-BP神经网络的压力传感器温度补偿

针对压力传感器输出的温度非线性特性,采用遗传模拟退火算法优化的BP神经网络(GSA-BPNN)进行误差补偿,并与标准BP神经网络补偿误差进行了比较。通过matlab仿真验证,实验结果表明：采用GSA-BP神经网络不易陷入局部极小值,大大减小传感器非线性误差,误差精度小于0.1%,补偿结果优于标准BP神经网络。     

人工神经网络在电涡流传感器非线性补偿中的应用研究

电涡流传感器输入/输出特性曲线具有很强的非线性,为保证仪表输入/输出的线性化关系,必须对电涡流传感进行非线性补偿。采用RBF网络对电涡流传感器进行非线性补偿,并将补偿结果与拟合函数法(最小二乘法)进行比较。结果表明:神经网络产生的补偿曲线更顺滑,预测性更强,补偿后的传感器线性度更好。     

应力双折射对FBG传感器压力传感特性的影响

针对光纤布喇格光栅(FBG)发生弯曲应变实现压力(应力)传感检测的实际情况,对FBG与衬底材料全粘附和两点粘附耦合对压力传感特性影响进行了对比实验研究。结果表明,全粘附耦合会对传感器输入与输出响应特性产生较大的非线性影响,这种非线性影响主要来源于应力双折射、应力梯度等引起的谱展宽干扰。由实验结果得出,在压力为0～4N测量范围内,采用全粘附耦合引起的FBG反射光谱的展宽约为0．28nm;采用两点粘附耦合后,谱宽不随压力而变,而线性度较之全粘贴耦合时提高了1．89％。     

基于共焦图像序列的自适应聚焦度量场景深度估计方法

为了估计场景深度信息,提出了基于共焦图像序列的自适应聚焦度量方法。首先,利用相机阵列获取场景多视角图像,用相机阵列模拟一个虚拟孔径相机并合成共焦图像序列。接着,采用自适应聚焦度量方法计算共焦图像序列中每个像素点的聚焦度量值并找出最大度量值作为清晰点。最后,根据相机阵列与共焦图像序列的几何配置估计出场景的深度。此方法提高了场景中深度不连续处的准确度,能较准确地恢复出场景的深度信息。     

基于ZnAl-LDH/MWCNT@MXene的柔性压力/温度双功能传感器

锌铝层状双氢氧化物/多壁碳纳米管(ZnAl-LDH/MWCNT)包覆金属碳化物MXene作为复合导电材料制备上下电极,以微结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介电层,构建了一种柔性双功能传感器。通过器件输出电容信号监测压力,利用单电极的温阻变化监测温度。该柔性电容式传感器的导电层材料为ZnAl-LDH/MWCNT@MXene,搭配微结构为80目的介电层,其性能达到最优。在0～50 kPa时传感器的灵敏度高达1.57%/kPa。温度传感的灵敏度为2.3%/℃,工作温度范围为20～40℃。该器件实现了压力/温度两种物理量的传感,同时可以运用于人体运动和健康状态的实时检测。解决了柔性传感器功能单一的问题,为柔性传感器实现多功能应用提供基础。     

基于深度相机的小型无人机室内三维地图构建

为了解决小型无人机在室内光线不足情况下的避障以及路径规划问题,设计了一种基于深度相机的无人机室内地图构建系统.文中使用Pixhawk控制板和低成本嵌入式结构光深度相机硬件平台,为避障以及路径规划目标提供室内环境信息.采用反传感器模型算法,利用深度相机和位姿传感器提供的信息来筛选处理出有效的障碍物信息,并构建室内的三维地...     

一种实用的光纤Bragg光栅压力传感器

设计了一种弹性圆筒为衬底的光纤Bragg光栅(FBG)压力传感头,采用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力的影响。在温度为20～100℃、压力为0～20MPa的范围内测试了传感器的特性,并给出了修正温度变化后压力引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器压力灵敏度为-0.0127nm/MPa,其绝对值约是裸FBG压力灵敏度的4倍,实现了压力增敏。传感头采用密封设计,避免了液体和气体的渗漏,通过选择不同的内径和壁厚,可调整传感头的量程和灵敏度。     

数字输出型多功能传感器研究

基于混合集成技术,设计并制作了具有RS232标准接口输出的压力-温度多功能传感器.该传感器由压力-温度复合敏感单元、R/V转换及前置放大、A/D转换、可编程RS232接口单元等构成.此外开发了传感器的数据采集与处理软件,通过软件对原传感器的误差进行软补偿,传感器的测量综合精度有所提高,在室温至80℃的测量范围内零位温漂由4.4%/℃降至0.2%/℃.     

一种光电式电压传感器及其温度漂移补偿方法

提出了一种利用发光二极管(LED)电致发光(EL)效 应的光电式电压传感器,其传感单元仅由一个电阻器和 两个LED组成。被测交流电压施加于一个高阻值(例如100MΩ)的电 阻器,产生μA级的泄漏电流并驱动 两个LED发光,用两根塑料光纤将此光强传输至光电探测器,则通过测量光强度即可获知被 测电压。选用 阻值约为100MΩ的电阻器,在室温条件下实验测量了0.2~5.5kV的工频电压,传感器输出与被测电压有效 值之间存在较好的线性关系,其非线性误差低于 3.1%。同时,提出并 实验验证了一种利用两路光传感信号 实现电压传感器输出随温度漂移的补偿方法,在5.5kV的被测电压范 围及－40～+60℃的温度范围内,补偿 后传感器输出的温度漂移约为±2.1%。本文的光电式电压传感器不需 要额外光源,并具有结构简单、成本低等优点。     

数字输出型多功能传感器研究

基于混合集成技术 ,设计并制作了具有RS2 32标准接口输出的压力 温度多功能传感器。该传感器由压力 温度复合敏感单元、R/V转换及前置放大、A/D转换、可编程RS2 32接口单元等构成。此外开发了传感器的数据采集与处理软件 ,通过软件对原传感器的误差进行软补偿 ,传感器的测量综合精度有所提高 ,在室温至 80℃的测量范围内零位温漂由 4 .4 % /℃降至 0 .2 % /℃。     

飞行时间深度相机和彩色相机的联合标定

飞行时间（TOF）深度相机等深度传感器可以实时、准确地获取深度信息,在计算机视觉领域受到广泛关注。本文以获取同一视野下场景的纹理信息和深度信息为目的,在传统的棋盘格标定方法基础上,针对TOF深度相机的低分辨率和较大的径向畸变的特点,采用角点稀疏的棋盘格作为标定板以提高角点检测的精度,提出一种TOF深度相机和彩色相机的联合标定方法。首先对彩色相机和深度相机单独标定,使用传统的棋盘格标定方法获得彩色相机的内部参数,对使用深度相机所拍的强度图进行畸变校正后再求得深度相机的内部参数。然后,固定两相机内参,多次实验获得两相机之间的相对位置关系,并使用最小二乘法进行优化。实验结果表明,该方法标定精度高,彩色相机的重投影误差最多可减小0.15个像素,深度相机的重投影误差最多可减少0.09个像素,根据标定结果将深度相机所得的深度图投影到彩色相机的视野下所得的投影深度图能和彩色图像精确对齐。      

一种组合结构光纤光栅压力传感器

针对目前能源化工领域压力监测需求,结合光纤双光栅感知原理,设计开发出一种满足实际工程应用的光纤光栅压力传感器。采用波纹管与悬臂梁相结合的传感结构,解决了温度对压力测量的交叉敏感问题,并通过详细的理论及标定试验分析了传感器的传感特性。实验结果表明,该传感器具有温度自补偿、线性度和重复性好、精度较高等优点,特别适合于石油、煤炭、化工等易燃、易爆环境的压力监测,具有良好的应用前景。     

一种实用的光纤光栅液位传感器

设计了一种波纹管为衬底的光纤光栅(FBG)液位传感头,提出用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力影响的方法。在3～30 cm的液位范围内,测试了传感器的特性,给出温度补偿后液位引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器液位灵敏度为-0.0553 nm/cm。传感头采用Ni基合金作为机敏封装元件,具有抗腐蚀、耐疲劳的优点,适用于储油罐等恶劣环境下使用。     

基于深度相机的小型无人机室内三维地图构建

为了解决小型无人机在室内光线不足情况下的避障以及路径规划问题,设计了一种基于深度相机的无人机室内地图构建系统。文中使用Pixhawk控制板和低成本嵌入式结构光深度相机硬件平台,为避障以及路径规划目标提供室内环境信息。采用反传感器模型算法,利用深度相机和位姿传感器提供的信息来筛选处理出有效的障碍物信息,并构建室内的三维地图,其中深度相机通过激光扫描的方式来获取障碍物点云的描述信息,利用位姿传感器获取无人机的高度信息。实验结果表明,使用该系统能够快速获取室内地图,对障碍物的判断准确率比较高,且不受光线影响,可以广泛应用于无人机的室内导航,实现不依赖外部光源的室内无人机地图构建系统。     

光纤法珀压力传感系统设计与风洞初步实验

针对航空领域对大气压力的测量需求,基于光纤法珀传感和低相干干涉技术,搭建了光纤法珀多通道压力传感系统。介绍了系统解调算法及工作原理,对光纤法珀压力传感器的标定和温度补偿方法进行理论分析,将非恒温条件下的传感器拟合误差降低至0.134% F.S.。在风洞环境中,在侧滑角-4~4变化范围内,对飞机实体模型的三个监测点进行压力测量实验,并将压力测量结果与Ansys-Fluent软件模拟仿真结果做对比。结果显示,光纤法珀压力传感系统与模拟仿真数据变化趋势相同,全量程误差为0.38% F.S.,证明此系统能够提供可靠的压力数据,真实反映飞机模型被监测位置在风洞中的受力情况。     

压力传感器温度补偿各种算法的比较分析

压力传感器是一种常用的传感元件,由于其自身的非线性和外界测量条件的影响,传感器的输出特性大都为非线性,故存在多种误差因素。这些误差因素通常同时存在,但以温度的影响最为明显,所以对传感器的温度补偿也就尤为重要。本文结合目前应用比较普遍的各种温度补偿方法,通过编制程序,对压力传感器的输出非线性作了补偿。结果表明,基于最小二乘法的温度补偿方法简单,速度快,但是精度一般,应用BP神经网络补偿的效果好,但是算法复杂。