基于融合算法的新型FBG传感系统理论模型与实验研究

批准号:
61703056
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
28.0 万元
负责人:
刘智超
依托单位:
学科分类:
F0303.系统建模理论与仿真技术
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
孔祥尉、韩文波、杨进华、邹皓、李清瑶
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中文摘要
FBG传感技术具有巨大的应用价值,解决温度应变交叉敏感问题是FBG传感系统实现的核心内容,得到国内外学者的广泛关注。双参数测量法与温度补偿法是研究反射光谱反演温度应变信息的最有力工具,首先,本项目将从两种方法中各取部分手段相结合,构成融合算法,提出一个基于融合算法的FBG传感系统理论模型;然后基于低维数据逆投影重建高维数据的思想研究设计并试制新式FBG传感器,确定若干影响温度应变数据重建的因素和机制,定量分析其对系统模型的影响;接着提出合理的性能优化指标,反复调整相关参数使系统性能优化;最后,展开多新型FBG组网实验研究,验证并评价所得理论模型。本项目成果将有助于从理论上拓展FBG传感系统的研究深度与应用领域,为应用反射光谱的低维数据重建温度与三维应变场的高维数据、甚至更高维数据提供了新思路和新方法。
英文摘要
The solution for temperature and pressure cross-sensitivity problem is the core content of FBG sensing system which has an important application value. As a core problem in FBG sensing technology, cross-sensitivity problem has attracted extensive attention from researchers. The two-parameter measurement method and the temperature compensation method are the most powerful tools to study the inversion of temperature and three-dimensional strain fields data from the reflection spectrum. First, part of the means from the two methods will be combined together, and the fusion algorithm will be constituted in the project. Based on fusion algorithm a theoretical model of novel FBG sensing system will be proposed. The novel FBG sensor will be trial based on the idea of high-dimensional data reconstruction from low-dimensional data by inverse projection method. We will decide some decisive factors and mechanisms which affect the reconstruction effect of temperature and three-dimensional strain field data, and analyze how they affect test accuracy and stability of the system. Some reasonable performance indices that affect the temperature and strain reconstruction will be proposed, the system performance was optimized by repeatedly adjusting the relevant parameters. Finally, multi-FBG networking experiments will be carried out, and the theoretical model will be validated and evaluated. The research results of this proposal will provide strong support to perfect the research on cross-sensitivity problems of FBG sensing system and provide new idea and method for the analysis of temperature and three-dimensional strain fields.
本项目研究的基于融合算法的新型FBG传感系统理论模型主要解决了光纤传感在温度与三维应力场交叉敏感问题。在通过模型构建与数据解算的基础上,对FBG传感理论体系进行扩展,通过该模型的运用实现了测试一维信息到三维应变场信息的逆投影,大幅提高了传感网络的适用领域。主要研究内容包括:(1)研究了融合双参数测量法与温度补偿法的特征编码模型设计;(2)研究了多种可用于三维应力场获取的新型结构及封装的FBG传感器;(3)研究组建了FBG传感阵列,并获取了复杂面形的应力场分布数据。重要结果包括:(1)得到了具备温度-三维应变场交叉敏感解耦能力的新型FBG传感系统理论模型;(2)试制并测试了三种不同结构及封装形式的三维应力场检测FBG传感单元,并经仿真分析与实验测试验证了其可行性;(3)拓展了基于新型FBG传感模型的应用领域,将基于融合算法的新型FBG应用于模拟智能装配领域,并经仿真拟合与实验测试验证了其适用性。依据本项目的核心算法开发了一套应用于三维应力场实时分析的解算分析软件。本项目成果在光纤传感数据解算中实现了多维物理场之间的数据映射与交互的效果,其针对不同维度、不同物理量纲之间的数据映射及检测控制具有一定的科学意义。由于其拓展了传统光纤传感系统的测试能力及应用方法,在未来智能装配、精密辅助测量等方面都具有很好的应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10. 7510 /jgjs. issn. 1001-3806. 2020. 05. 022
发表时间:2019
期刊:光纤光学; 应变分布场反演; 偏移量函数; 光纤光栅; 复杂面形
影响因子:--
作者:李莹莹;刘智超
通讯作者:刘智超
DOI:--
发表时间:2019
期刊:光纤光学; 应变分布场反演; 偏移量函数; 光纤光栅; 复杂面形
影响因子:--
作者:李莹莹;刘智超
通讯作者:刘智超
DOI:10. 3969/j. issn. 1001-5078. 2019. 06. 019
发表时间:2019
期刊:激光与红外
影响因子:--
作者:王景芝;刘智超
通讯作者:刘智超
DOI:10. 7510 /jgjs. issn. 1001-3806. 2020. 05. 008
发表时间:2019
期刊:激光技术
影响因子:--
作者:王建颖;刘智超;林雪竹;侯茂盛;李丽娟
通讯作者:李丽娟
Fiber Bragg Grating Sensor Based on Refractive Index Segment Code of Mobile Modulation
基于移动调制折射率段码的光纤布拉格光栅传感器
DOI:10.1007/s11036-020-01669-2
发表时间:2020-09
期刊:Mobile Networks and Applications
影响因子:3.8
作者:Juan Wang;Zhi-chao Liu;Jin-hua Yang
通讯作者:Jin-hua Yang
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