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基于DDS信号和插值法的FBG解调系统研究
1
作者 潘睿智 冯艳 +2 位作者 张洪溥 王昊祥 张华 《电子测量技术》 北大核心 2023年第24期6-13,共8页
针对F-P滤波器解调法容易产生漂移与校正成本较高的问题,本文采用FPGA和光开关搭建了F-P滤波器多通道共振解调系统,该系统利用DDS信号生成特定的三角波驱动电压,通过串联多维参考FBG实现基于插值法对波长-时间的动态标定,设定了3种动态... 针对F-P滤波器解调法容易产生漂移与校正成本较高的问题,本文采用FPGA和光开关搭建了F-P滤波器多通道共振解调系统,该系统利用DDS信号生成特定的三角波驱动电压,通过串联多维参考FBG实现基于插值法对波长-时间的动态标定,设定了3种动态标定模式,包含线性关系和二次关系的标定。利用FPGA控制光开关实现快速切换模式与参考波长、待测波长信号的分步采集,3种模式100 Hz平均偏差分别为0.02802 nm、0.01814 nm、0.0109 nm。研究结果表明,在单位电压(1 V)下,相对于静态标定,误差降低45%以上,提高解调精度并且降低校正成本,同时解决参考与待测波长数值过近时容易导致的误判问题。 展开更多
关键词 FBG DDS信号 F-P滤波器 动态标定 切换通道 插值
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光纤光栅波电转换的人机仿生跟随
2
作者 王昊祥 冯艳 +4 位作者 潘睿智 张洪溥 周依霖 熊根良 张华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第23期3414-3425,共12页
为拓展光纤光栅在机器人智能感知领域的应用,设计了光纤光栅感知护具并研发了光纤光栅波电转换系统及其人机仿生跟随的交互操控算法。感知护具中设置有3个光纤布拉格光栅传感单元,主要包括弹性绳的拉力环。通过拉力环对光纤光栅施加预紧... 为拓展光纤光栅在机器人智能感知领域的应用,设计了光纤光栅感知护具并研发了光纤光栅波电转换系统及其人机仿生跟随的交互操控算法。感知护具中设置有3个光纤布拉格光栅传感单元,主要包括弹性绳的拉力环。通过拉力环对光纤光栅施加预紧力,可有效避免由于衣物或皮肤聚集引起的牵引力方向偏移。光纤光栅波电转换系统对人体手臂的肘关节弯曲角度、腕关节俯仰角度、指关节开合角度进行运动姿态特征提取,分别对应控制机械臂的方向、高度和机械爪开合角度。构建了人体手臂运动角度范围和机械臂运动角度量程的对应关系,获取了检测系数和控制系数,最终通过动态实时波长与PWM控制电信号的转换推导出系统的波电转换系数。实验结果显示,在实验量程内,机械臂的方向、高度、开合控制输出的波电转换系数最大累积误差分别是0.77111%,1.99291%,0.34117%,3个控制角度的输出偏差分别为1.13560°,1.72056°,1.82657°。光纤光栅波电转换的仿生跟随方法具有良好的控制精度,实现了机械臂运动与人体手臂运动的仿生跟随,为智能机器人仿生跟随的深入研究奠定了理论基础。 展开更多
关键词 光纤布拉格光栅 仿生跟随 波电转换 姿态特征
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折射率对倾斜光纤光栅光谱特性的影响 被引量：2
3
作者 钟建辉 冯艳 +1 位作者 张华 肖佳明 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第11期79-83,共5页
基于倾斜光纤光栅模式耦合理论,采用OptiGrating软件仿真分析了倾斜光纤光栅(TFBG)在不同环境折射率下的光谱特性变化。结果表明,当外界环境折射率小于包层模折射率时,TFBG的纤芯模和包层模都会存在;当外界环境折射率大于等于包层模折... 基于倾斜光纤光栅模式耦合理论,采用OptiGrating软件仿真分析了倾斜光纤光栅(TFBG)在不同环境折射率下的光谱特性变化。结果表明,当外界环境折射率小于包层模折射率时,TFBG的纤芯模和包层模都会存在;当外界环境折射率大于等于包层模折射率时,只有纤芯模存在,包层模会消失。在蒸馏水、无水乙醇、红花油、花生油和大豆油溶液中,TFBG的光谱特性实验结果与仿真结果一致。研究结果对装有大折射率液体的管道泄漏的实时监测具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 光栅 倾斜光纤光栅 折射率 透射光谱 包层模 纤芯模
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光纤布拉格光栅高密度触压定位感知研究 被引量：1
4
作者 冯艳 肖佳明 +2 位作者 钟建辉 胡瑢华 张华 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期885-890,共6页
以树脂C-UV 9400E材料设计了一种简单实用的高密度触压感知单元,将1 cm^(2)的范围平均地分为9个区域并竖直封装9支光纤布拉格光栅(FBG)传感器。通过FBG中心波长变化量的监测,实现触压变化感知和位置对称性检测,从而对加载位置点进行判... 以树脂C-UV 9400E材料设计了一种简单实用的高密度触压感知单元,将1 cm^(2)的范围平均地分为9个区域并竖直封装9支光纤布拉格光栅(FBG)传感器。通过FBG中心波长变化量的监测,实现触压变化感知和位置对称性检测,从而对加载位置点进行判定。对1、2、5位置进行0~10 N的加载实验研究,有限元仿真产生的现象与实验现象一致。实验结果表明,所加载位置点对应的FBG中心波长偏移量最大,平均线性相关系数为0.998 1。对位置1处的FBG传感器进行感知信号对称性实验研究,结果表明,在其两组对称位置2和4,位置6和8的感知灵敏度比值分别为1.022和0.78,实现了位置对称性检测。研究结果为以后进一步研究大型FBG传感网络的精准定位提供了理论基础。 展开更多
关键词 光纤布拉格光栅 高密度触压 定位感知 位置对称性
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面向模块化设计的水下机器人集群编队控制
5
作者 孙栋 汤奇荣 +3 位作者 刘明昊 李江 刘浩煜 崔国华 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第2期68-73,共6页
针对在近海环境下,利用“以机代人”进行自主特种作业的实际需求,设计研发模块化可重构水下机器人,并提出一种基于领航者-虚拟结构的编队策略。首先针对几种不同的典型水下作业任务,依据重构方案设计异构水下机器集群;然后根据水平面三... 针对在近海环境下,利用“以机代人”进行自主特种作业的实际需求,设计研发模块化可重构水下机器人,并提出一种基于领航者-虚拟结构的编队策略。首先针对几种不同的典型水下作业任务,依据重构方案设计异构水下机器集群;然后根据水平面三自由度运动学和动力学方程,推导水下机器人集群的动态误差模型;针对路径已知的集群编队问题提出领航者-虚拟结构策略,其中跟随者水下机器人采用基于通信时延补偿的滑模控制器进行跟踪。结果表明,该控制策略可以快速形成队形且轨迹误差小于5%。最后应用3种已开发完成的水下机器人,在可视化仿真平台中进行实验验证,证明该异构水下机器人集群编队方法合理高效。 展开更多
关键词 水下机器人 无人集群系统 编队控制 滑模变结构 可视化仿真
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基于滑模控制的欠驱动微型AUV轨迹跟踪控制 被引量：1
6
作者 孙栋 汤奇荣 +2 位作者 李江 刘明昊 崔国华 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第24期97-101,共5页
针对自行研制的微型自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV),提出一种基于准滑动模态的滑模变结构控制方法,以实现快速、精确的三维轨迹跟踪。首先建立微型AUV的动力学模型,并基于准滑动模态设计轨迹跟踪控制器,通过Lyapu... 针对自行研制的微型自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV),提出一种基于准滑动模态的滑模变结构控制方法,以实现快速、精确的三维轨迹跟踪。首先建立微型AUV的动力学模型,并基于准滑动模态设计轨迹跟踪控制器,通过Lyapunov稳定性理论对控制器的控制效果进行验证。最后在Matlab环境中对微型AUV三维轨迹跟踪进行仿真验证,结果表明所设计的滑模控制器控制效果精度较高、响应较快,能够有效地实现水下三维空间的轨迹跟踪控制。 展开更多
关键词 自主式水下航行器 轨迹跟踪 滑模控制 李雅普诺夫理论
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便携式水下机器人系统设计与实现
7
作者 孙栋 汤奇荣 +1 位作者 李江 崔国华 《自动化与仪表》 2023年第7期47-51,56,共6页
为助力水产养殖现代化发展,针对渔业环境检测和水生物监视需求,设计了一款便携式水下机器人。首先提出了总体结构设计方案,在确立便携式水下机器人整体外形的基础上,对耐压舱体进行模块化设计,同时完成动力执行机构的布局与具体器件选择... 为助力水产养殖现代化发展,针对渔业环境检测和水生物监视需求,设计了一款便携式水下机器人。首先提出了总体结构设计方案,在确立便携式水下机器人整体外形的基础上,对耐压舱体进行模块化设计,同时完成动力执行机构的布局与具体器件选择;然后考虑机器人在水产养殖中的实际需求,搭建了以STM32为核心的电控系统,旨在实现各项水质参数检测和水生物的生长状况监视;最后在完成了样机可靠性验证实验及推进器的推力性能测试的基础上,对渔情监视作业任务进行了视景展示。该机器人制造和使用成本低、操作简单,对渔业智能装备的技术创新具有一定参考意义。 展开更多
关键词 水产养殖 环境检测 水下机器人 机械设计 机电一体化 视景仿真
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