1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院 机器人研究所,上海20620
2 上海市大型构件智能制造机器人技术协同创新中心,上海0160
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0.771 11%,1.992 91%,0.341 17%,3个控制角度的输出偏差分别为1.135 60°,1.720 56°,1.826 57°。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。
光纤布拉格光栅 仿生跟随 波电转换 姿态特征 optical fiber Bragg grating bionic tracing wave-electric conversion posture feature 光学 精密工程
2023, 31(23): 3414
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学烟台研究院先进光纤传感技术研发中心,山东 烟台 264006
残余应力广泛存在于材料和构件的加工制造过程中,其对材料和构件的工程性能,特别是疲劳寿命、变形、尺寸稳定性、耐蚀性和脆性断裂有显著的影响。为了给材料和构件的强度分析和加工变形预测提供理论依据,残余应力的测试和评估一直是当前制造业研究的重点,随着新型材料及其加工工艺的发展,对残余应力测试技术也提出了更高的要求。简述现有残余应力测试技术,重点聚焦光纤布拉格光栅在残余应力测试应用的进展,分析了存在的问题,展望了未来发展的趋势。
光纤测量 光纤布拉格光栅 残余应力测试 钻孔法 嵌入传感器法 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106008
南昌大学 机电工程学院 江西机器人与焊接自动化重点实验室, 南昌 330031
以悬臂梁为核心结构设计了一种简单实用的滑觉感知单元.利用3支光纤布拉格光栅的中心波长差值的方差, 以及波长偏移的大小和方向进行滑动判知, 以实现滑动过程接触力变化、滑动速率与方向的检测.实验结果表明, 在0.2~1 N的接触力范围内, 该滑觉感知单元对微小的滑动有良好的检测效果, 最小灵敏度可达3.8 pm/mm; 滑动灵敏度、速率比例系数以及接触力的实验值与理论值的平均相对误差分别为6%、14%和6.6%.
光纤布拉格光栅 悬臂式传感单元 波长差值 方差分析 滑觉感知 Optical fiber Bragg grating Cantilever sensing unit Wavelength difference Variance analysis Slip sensing
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 安徽省光子器件与材料重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
聚合物光纤光栅不仅具有体积小、质量轻、柔软、成本低等诸多优点, 还因聚合物自身的特性而具有灵敏度高、响应范围宽、生物兼容性等优良特性。首先梳理了聚合物光纤的光敏性机理, 概述了聚合物光纤光栅制备的刻蚀光源和方法; 其次根据聚合物光纤的组成材料, 概述了多种聚合物光纤光栅的制备进展和性能指标, 包括聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物TOPAS、透明无定物氟聚合物CYTOP和聚碳酸酯。总之, 目前聚甲基丙烯酸甲酯聚合物光纤光栅的研究占主导, 而基于新型材料的聚合物光纤光栅因自身独特的优势也逐渐受到重视。
光栅 聚合物光纤 光敏机制 光纤布喇格光栅 长周期光栅 gratings polymer optical fibers photosensitive mechanism optical fiber Bragg grating long period grating
南昌大学 机电工程学院 江西省机器人与焊接自动化重点实验室, 南昌 330031
以杠杆悬臂传感梁为基础, 设计了支点可调式称量传感单元, 通过调节支点位置实现不同量程的称量传感灵敏度可调控制, 并且可以实现温度误差补偿.理论分析表明, 结构一定的传感单元, 支点与支座间距离存在临界阈值, 当支座间距离等于该阈值时, 称量传感灵敏度等于零; 随着支座间距离的增大灵敏度逐渐减小并趋向于稳定.实验表明, 在0~200 g的范围内, 称量传感的平均线性度大于0.998, 理论灵敏度与实验灵敏度之间的平均相对误差为6.46%, 可满足不同量程的不同灵敏度的称量应用.
光纤布喇格光栅 称量传感 杠杆式悬臂 灵敏度可调 量程可调 Optical fiber Bragg grating Weighing sensing Lever cantilever Adjustable sensitivity Adjustable range 光子学报
2017, 46(10): 1006001
昆明理工大学 信息工程与自动化学院, 云南 昆明 650500
实现光纤Bragg光栅倾角传感器的静态的测试和性能分析。设计了一种量程为5°的倾角传感器标定装置, 对其进行校准实验。通过对光纤光栅解调仪的中心波长差和标定装置产生的倾角值进行最小二乘法拟合, 求出静态标定系数, 并对倾角传感器标定装置的不同不确定度分量进行分析以求出合成不确定度。实验结果表明, 光纤传感器的灵敏度为0.17343nm/(°), 线性度为99.993%, 重复性误差为0.0552%, 标定装置的合成不确定度为8.606×10-2°。
光学测量 光纤Bragg光栅 倾角传感器 标定 静态指标 不确定度 optical measurement optical fiber Bragg grating angle sensor calibration static indicators uncertainty
昆明理工大学 信息工程与自动化学院, 昆明 650500
实现光纤Bragg光栅拉力传感器的静态测试和性能分析, 设计了一种量程为10 kN的拉力传感器标定装置对其进行校准实验。通过对光纤光栅解调仪的中心波长和拉力机产生的拉力值进行最小二乘法拟合, 求出静态标定系数, 并分析拉力传感器标定装置的不确定度。实验结果表明, 光纤传感器的灵敏度为0.161nm/kN, 线性度为1.796%FS, 二阶拟合曲线的重复性误差为1.337%FS, 标定装置的不确定度为0.029 kN。
光纤Bragg光栅 拉力传感器 标定 静态指标 不确定度 optical fiber Bragg grating tension sensor calibration static indicators uncertainty
针对光纤布拉格光栅(FBG)准分布式传感解调系统进行了专门的研究。结合准分布式传感解调信息混杂、动态范围大等特点,自行搭建了FBG 传感解调系统。以实验室现有的复合传感器为平台,基于LabVIEW 软件,开发出一种适用于光纤光栅准分布式传感解调的测试平台,使得承载有温度、压力、流量信息的波长变化智能区分,并通过相应计算将被测物理量实时显示。通过实验,对温度、压力、流量传感器分别进行了标定,得出相应的计算参数;通过综合实验,系统分辨出了不同物理量的波长值并直接显示被测量,实现了高精度可视化实时显示的目的,验证了系统设计的可行性与可靠性。
传感器 准分布式传感解调 光纤布拉格光栅 解调技术 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 022801