光纤读出的微光机电振动传感器

针对采用半导体工艺加工的微机械结构对振动进行测量的问题,提出了基微光机电系统(MOEMS)结构并采用光纤读出的振动传感器的设计方案,分析了该传感器的基本测量原理并推导了数学模型.该传感器采用单光纤的读出方式,利用固定于探测器敏感头前端的微结构感受待测物体的振动,通过测量由微结构振动引起的反射光强度的变化,实现对振动的测量.单光纤结构的使用和微结构参数的合理设计,使得该系统与传统的光纤读出系统相比,具有灵敏度高、尺寸小、易于同光纤匹配的特点.应用该系统对压电陶瓷的振动情况进行测量,可探测到0.18nm的位移.      

空间制冷机压缩机自适应主动振动控制方法

空间制冷机压缩机的振动是制约其应用于敏感仪器的一项关键因素,压缩机的振动会导致成像模糊,降低探测目标的分辨率和定位精度,甚至引起平台的机械共振。为了降低压缩机振动对空间有效载荷敏感器件的影响,采用基于自适应窄带陷波滤波器的自适应主动减振算法,此算法与振动传递函数模型无关,不受应用环境的限制,通过不断调整驱动信号的幅度和相位来实现自适应减振。搭建了由DSP控制软件、硬件电路、振动传感器组成的自适应主动减振系统,将此算法首次用于压缩机减振,并试验验证了算法的有效性。将压缩机的基频振动由0.166m/s²降低为0.014m/s²,下降了21.2dB。     

压电自适应桁架结构主动控制模型及实验

为提高结构对外部环境的抗干扰能力,构造了压电柔性自适应桁架结构,并对其主动控制进行了研究.由传感器、作动器与柔性梁组成压电自适应桁架结构.基于自适应结构的机电耦合理论,在测量位移的情况下,采用改进的二次积分力反馈控制方法研究了空间压电柔性自适应桁架结构的振动主动控制问题.建立了压电柔性自适应桁架结构主动控制实验系统,并对这类自适应结构进行了实时计算机振动主动控制实验研究.实验研究表明柔性自适应桁架结构能够改善结构的动力学特性,对外界的干扰具有良好的自适应性.     

频谱混叠对光纤陀螺振动特性测试的影响

振动过程中的频谱混叠会使光纤陀螺中采样后信号相对于原信号产生失真现象,从而影响测试结果.为了验证频谱混叠带来的影响,并进一步抑制频谱混叠现象的发生,设计实现了一套用于获取光纤陀螺原始输出的闭环数据采集系统（速率可达1 MHz×16 bit）,分析了振动测试过程中光纤陀螺闭环数据的特征,发现目前光纤陀螺中常用滤波器无法有效滤除闭环数据中振动成分,因此可能会由于采样频率设置不当引起频谱混叠;通过matlab仿真和陀螺振动实验对频谱混叠造成的影响进行了验证;针对频谱混叠现象提出了抑制措施.实验结果表明对于采用类似数据采集过程的光纤陀螺,改进后的设计可以有效避免频谱混叠现象的发生.      

伪多源采样复域FastICA冲击定位算法

使用传感器阵列对材料结构冲击损伤进行定位,有助于及时发现损伤及潜在威胁,保障结构安全性。采用盲源分离(BSS)对传感器阵列信号进行预处理,提出单通道伪多源采样方法,利用每个传感器的分时段信息构建该传感器多源观测信号作为复域FastICA算法的输入,分离出每个传感器观测到的带有相位信息的冲击信号;结合阈值时延定位方法求解平面冲击事件的坐标。理论推导和数值仿真验证了本文设计的联合冲击定位算法的有效性。冲击定位平台上的实验结果表明,联合冲击定位算法可以从冲击-振动混合信号中分离出冲击信号,提高阵列传感器冲击定位的时延分析准确性。同时对传感器数量少于源信号的欠定BSS问题提供了一种解决方案。      

基于小波变换的光纤周界定位系统

为提高基于双Mach-Zehnder干涉仪结构的光纤周界定位系统的定位精度,对信号频率范围及信噪比对系统定位精度的影响进行了理论分析和仿真研究.在此基础上,提出在选用光缆时需要兼顾对外界振动的敏感性和对外场复杂环境的适应性,以确保在长期可靠运行的前提下,扩展采集信号的频率范围;使用小波阈值降噪算法,提取振动信号的有效频率成分,滤除噪声,提高信噪比.最后进行了监测距离31 km的外场实验,验证了所选用光缆的优良性能和小波降噪算法的有效性.     

基于小波变换的光纤周界定位系统

为提高基于双Mach-Zehnder干涉仪结构的光纤周界定位系统的定位精度,对信号频率范围及信噪比对系统定位精度的影响进行了理论分析和仿真研究.在此基础上,提出在选用光缆时需要兼顾对外界振动的敏感性和对外场复杂环境的适应性,以确保在长期可靠运行的前提下,扩展采集信号的频率范围;使用小波阈值降噪算法,提取振动信号的有效频率成分,滤除噪声,提高信噪比.最后进行了监测距离31 km的外场实验,验证了所选用光缆的优良性能和小波降噪算法的有效性.     

基于小波神经网络的多传感器自适应融合算法

针对多传感器融合系统的非线性和不确定性,将小波分析与神经网络相结合,提出一种基于小波神经网络的多传感器自适应融合算法.融合系统包括扩展卡尔曼滤波器、小波神经网络、融合知识库以及航迹融合算法.该算法以分布式融合结构为基础,利用环境信息理论和测量方差归一化方法构建小波神经网络,并且通过数值样本训练小波神经网络,使其在融合过程中实时估计各传感器的信任度,再由融合知识库根据各传感器信任度来选择适合的航迹融合算法,最终得到全局状态估计.实验结果表明,提出的融合算法可以根据环境变化在线自适应融合来自多传感器的测量值,对不确定信息具有很好的融合能力.      

SDUV方法中组织振动信号提取算法比较

组织振动信号的提取是剪切波频散超声振动成像技术(SDUV)方法中的重要步骤.目前,SDUV方法中有两种常用的组织振动信号提取算法,正交解调法(QDM)和互功率谱法(CSM),但是未见比较这两种算法提取质量差异的相关研究.因此,构造了不同信噪比(SNR_U)的参数化仿真超声回波信号模型,分别使用QDM和CSM从超声回波信号中提取组织振动信号,比较了两种方法的提取效果与计算效率.实验结果表明,当SNR_U≥35 dB,两种算法在相同信噪比下提取出的信号所分离出的振动相位结果相近,标准差均小于1°,对于剪切波波速的计算结果没有太大影响.CSM的计算效率低于QDM的计算效率.因此,当SNR_U<35 dB,为了减小振动信号初始相位的提取误差,应该使用CSM提取组织的振动信号.当SNR_U≥35 dB,应该选择QDM提取组织的振动信号,以减少信号处理时间.本研究的发现有助于提高SDUV方法的检测效率.     

反射型保偏光纤温度传感器

基于保偏光纤中偏振模式干涉理论,提出了一种反射型保偏光纤温度传感技术并推导出传感方程,理论分析表明这种温度传感器精度高,可通过改变保偏光纤传感头长度的方法方便地调整测量范围.针对大型电力变压器绕组线圈的温度监测需要,利用特制的耐高温保偏光纤,在传感头和封装形式上进行了特殊设计,研制出实用的光纤温度传感器,其传感头满足了热油和高电压绝缘的要求.利用这种传感器进行了实际测试研究,基于模型线性化技术,在常温~180℃的温度范围内实现了线性输出.在冰水混合形成的绝对0℃环境下的稳定性测试表明其测量精度和稳定性均优于0.15℃.      

多模光纤强度调制型扰动传感器传感原理

介绍了一种采用"单模光纤-多模光纤-单模光纤"结构的强度调制型扰动传感器,传感光纤为多模光纤.以提高传感灵敏度为目的,对强度调制的传感原理进行研究,并通过仿真及实验验证原理,得出使用相干光源、阶跃折射率多模光纤、对轴熔接单模光纤和多模光纤可以得到传感灵敏度很高的扰动传感器.所述方案结构简单、传感距离长,可应用于各种扰动传感领域,如边界线、军事基地、石油管道等.     

智慧火箭数据获取技术探索与展望

随着智慧火箭概念的提出,对运载火箭数据获取技术提出新的挑战,目前,运载火箭存在测量领域受限、测量精度不高、可靠性不高、可扩展性差和可裁剪性不高等问题。结合数据获取现状和问题分析,总结出未来数据获取朝着智能化、网络化和轻质高效化方向发展的趋势。结合趋势研判给出某火箭的数据获取总体框架,并对结构健康监测、光纤传感网络、无缆化等关键技术的优缺点和应用场景进行对比分析,提出了光纤光栅传感网络、无线传感网络、磁谐振式无线传能等技术在智慧火箭数据获取上的应用展望。     

基于EFPI-FBG结构的光纤复合传感器研究

研究了一种基于非本征型Fabry-Perot干涉仪(EFPI)和光纤Bragg光栅(FBG)串联结构构成的EFPI-FBG光纤复合传感器,用于实现对压力和温度信号的同步测量。传感器选用熔融石英作为压力敏感材料,利用飞秒激光焊接技术实现传感器探头结构的封装。对传感器的工作原理进行了分析,制作并封装传感器工程样机,搭建测试系统,对传感器的性能进行了灵敏度及交叉敏感性分析。结果表明,该传感器在0.8 MPa范围内的灵敏度约为-0.729μm/MPa,在50℃~200℃范围的温度灵敏度为0.009 nm/℃,传感器压力测量最大允许误差为±4.12%FS。该EFPI-FBG复合传感器有望应用于压力—温度双参数测量需求的技术领域。     

基于光纤复用技术的弹体表面场参数组网测量技术

针对传统导弹武器环境参数测量系统测点多且分散，以及量程余量大所导致的电缆网笨重等问题，提出了一种基于光纤复用技术的波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WMD）与空分复用（Space Division Multiplexing, SDM）相结合的弹体表面场参数组网测量方案；该系统能够有效地实现弹体表面温度、压力、应变等多环境参数同时测量，测量节点可多达320路；分析了大容量光纤传感网络中所面临的关键技术，并阐述了其在导弹上的工程应用分析；为有效满足弹体小型化、轻型化、高灵敏度及减少弹体体积重量提供了新的思路及解决途径。     

分布式光纤测温系统温度数据的最佳解调方法

分布式光纤测温系统中喇曼散射光是极其微弱的,由滤光片检测出的斯托克斯光和反斯托克斯光分别经过光电变换以及放大后均淹没在噪声之中.研究了混有高斯白噪声的双路数据的解调方法,求出了它的最佳分光比,可使测温数据的误差最小.     

用于光纤F-P声压传感器的直流补偿解调技术研究

提出了一种改进的双腔直流补偿技术，用于解调非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)光纤传感器，以消除腔长差与入射光波长相匹配的要求。通过消除直流分量和校准信号相位，可以从具有任意相位差的原始信号中获 得两路正交信号。通过理论仿真，制作了具有不同腔长差的EFPI光纤传感器，对所提出的方法进行了试验验证。 结果表明，该方法在解调双 F P腔 EFPI传感器时，不需要保证初始相位差恒定，且对腔长漂移不敏感，具有良好的 稳定性和实用价值。     

交会对接光学成像敏感器的LD照明系统

以交会对接光学成像敏感器应用为背景,阐述主动式和被动式交会对接光学成像敏感器的区别、照明系统的不同方案,论述LD照明系统的组成和原理,以及LD器件和光纤的选择和特性,解决了交会对接光学成像敏感器大视场远距离均匀照明的难题,克服了空间适应性的困扰,且通过双波长工作模式增强了抗杂光能力.     

微处理器中含噪热传感器位置分布优化方法

高性能处理器普遍集成热传感器,采用动态热管理技术对芯片实施连续热监控。然而,由于实际芯片中的模拟或者数字热传感器不可避免伴随噪声,使动态热管理的可靠性受到很大影响。因此,为了提高热监控的精确性,本文运用主成分分析（PCA）技术对原始热图像样本矩阵进行降维近似处理,并结合矩阵扰动分析提出基于模拟退火算法的热传感器位置分布优化方法。实验结果表明：该方法比现有的贪婪算法在热重构误差、信噪比（SNR）和误警率等性能方面有了一定提高,能够有效运用在动态热管理中实现精确的热监控。