小型两栖球形机器人陆地运动建模及实验分析 被引量：3

1

作者 何彦霖 祝连庆 +1 位作者 孙广开 董明利 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期100-108,共9页

为实现两栖环境和狭窄空间内生物搜救及跟踪调查等任务,需要机器人具备高灵活性、微型结构和多功能运动模式等特点。智能驱动器驱动的仿生微型机器人及电机驱动的中小型机器人很难同时满足要求。因此,提出由一个仿生小型两栖球形母机器... 为实现两栖环境和狭窄空间内生物搜救及跟踪调查等任务,需要机器人具备高灵活性、微型结构和多功能运动模式等特点。智能驱动器驱动的仿生微型机器人及电机驱动的中小型机器人很难同时满足要求。因此,提出由一个仿生小型两栖球形母机器人和若干微型子机器人组成的子母机器人系统,母机器人由电机驱动,具有矢量喷水-四足步行复合式一体化驱动机制、水陆两栖运动模式等特点,子机器人由智能驱动器驱动。首先对子母机器人系统进行了描述;其次对两栖母机器人进行了运动学建模分析、陆地运动步态设计;最后搭建了两栖球形母机器人原型机样机,且基于所设计的静态爬行/动态对角小跑步态进行了一系列的陆地运动实验,验证了母机器人陆上静/动态步态运动的灵活性和可行性。 展开更多

关键词 仿生小型两栖机器人 子母机器人系统 运动学动力学建模 步态设计

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软体心脏固定器柔性支撑臂变刚度性能分析与测试 被引量：3

2

作者 李祥伟 何彦霖 +2 位作者 孙广开 孟凡勇 宋言明 《中国测试》 CAS 北大核心 2020年第6期140-146,共7页

为解决目前非体外循环冠状动脉旁路移植术中所用心脏固定器刚度无法调节、易引起心表组织出血造成副损伤的问题,设计一种基于颗粒堵塞原理的变刚度软体心脏固定器,并探究其柔性支撑臂变刚度性能。将柔性支撑臂简化为悬臂梁模型,利用悬... 为解决目前非体外循环冠状动脉旁路移植术中所用心脏固定器刚度无法调节、易引起心表组织出血造成副损伤的问题,设计一种基于颗粒堵塞原理的变刚度软体心脏固定器,并探究其柔性支撑臂变刚度性能。将柔性支撑臂简化为悬臂梁模型,利用悬臂梁模型进行在不同填充颗粒、不同悬臂梁长度、不同负压下的力-位移测量实验。实验测得填充颗粒的直径越小、支撑臂的长度越短、负压越大,支撑臂所承受的力越大,支撑臂的刚度与负压大小成正比,支撑臂在0~10 mm的位移内承受的最大力能够达到2.4 N。研究结果表明:填充颗粒的大小、支撑臂长度、负压大小对柔性支撑臂变刚度性能都有一定的影响。 展开更多

关键词 软体心脏固定器 颗粒堵塞原理 悬臂梁模型 变刚度性能测试

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基于改进LSTM的FBG传感网络光谱基线校正方法 被引量：1

3

作者 韩颖 张旭 +1 位作者 于明鑫 庄炜 《光通信研究》 北大核心 2024年第4期38-45,共8页

【目的】针对复杂外界环境所致的光纤布拉格光栅(FBG)光谱信号基线漂移问题,文章提出了一种基于改进的长短期记忆(LSTM)模型的光谱基线校正方法。【方法】改进的LSTM模型由卷积神经网络(CNN)、全连接层和LSTM网络组成。CNN与LSTM模型相... 【目的】针对复杂外界环境所致的光纤布拉格光栅(FBG)光谱信号基线漂移问题,文章提出了一种基于改进的长短期记忆(LSTM)模型的光谱基线校正方法。【方法】改进的LSTM模型由卷积神经网络(CNN)、全连接层和LSTM网络组成。CNN与LSTM模型相比,改进的LSTM模型利用CNN提取FBG光谱信号的特征信息。文章使用仿真数据集和实测数据集对改进的LSTM模型进行训练。仿真数据集由特征噪声、基线和FBG光谱组成。分别使用小波软阈值法、惩罚最小二乘法、循环神经网络(RNN)法、LSTM法和改进的LSTM法进行基线校正。使用FBG传感信号存活率和均方根误差(RMSE)对5种方法的校正结果进行评价。【结果】使用仿真数据集对LSTM模型进行训练与测试,改进的LSTM模型将FBG传感信号存活率提高了60.8%。采用仿真数据集对模型进行预训练后,再将使用实测数据集对经过预训练的模型进行训练得到的改进LSTM模型与直接使用实测数据集训练的模型相比,改进的LSTM模型具有更好的校正效果。FBG光谱的RMSE降低了10.95%,RMSE的标准差降低了4%。使用改进的LSTM模型对FBG光谱实测数据集进行校正,FBG传感信号存活率提高了50.5%。与小波软阈值法、惩罚最小二乘法、RNN法和LSTM法相比,改进后的LSTM模型具有更好的校正效果,RMSE的均值和标准差分别为0.0122和0.0024。解调中心波长的RMSE为0.036 pm,并且基线校正过程只需9.68 ms。【结论】改进的LSTM模型是一种有效的基线校正方法,在复杂外部环境下具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 光谱基线校正 改进长短期记忆模型 深度学习

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基于全方位深层加权轻量化网络的冠脉造影图像超分辨率重建方法 被引量：2

4

作者 张博伟 何彦霖 +2 位作者 王康 黄宇辰 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期200-209,共10页

针对介入手术中对冠状动脉造影图像纹理清晰的需求,本文提出一种基于全方位深层加权轻量化网络的超分辨率图像重建方法。首先通过设计局部卷积模块,降低特征图的维度减小其参数量,加快模型的处理速度;接着采用自注意力机制模块,融合图... 针对介入手术中对冠状动脉造影图像纹理清晰的需求,本文提出一种基于全方位深层加权轻量化网络的超分辨率图像重建方法。首先通过设计局部卷积模块,降低特征图的维度减小其参数量,加快模型的处理速度;接着采用自注意力机制模块,融合图像的通道和空间信息,获得图像的丰富高频细节特征;此外,为了进一步提取图像的深层特征信息,研究设计了级联和权重匹配的层注意力结构,为图像不同深度的特征分配不同的权重,实现图像的超分辨率重建。最后为了使本文所研究方法在真实介入手术冠脉造影图像中有更强的泛化能力,本文构建了冠脉造影图像数据集(CAID)用于网络模型的训练和测试。实验测试结果表明,与Omni-SR算法相比,本文所提出算法在参数量减少32.3%、运行时间减少17.74%的同时,其重建图像的质量在客观指标和主观感受上均优于其他对比算法,且在放大倍数为4时,PSNR和SSIM的平均值在CAID数据集上分别提高了0.72 dB和0.012 2,在公共数据集上分别提高了0.13 dB和0.004 4。 展开更多

关键词 冠脉造影图像 超分辨率重建 局部卷积 注意力机制 轻量化

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复合式驱动小型两栖机器人水下运动控制研究 被引量：20

5

作者 何彦霖 董明利 +2 位作者 孙广开 于明鑫 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期219-226,共8页

针对两栖环境中机器人多自由度灵活稳定运动的需求,设计了一种具有"轮-腿-矢量喷水"复合驱动机制的小型两栖球形机器人。首先介绍了机器人的主要结构组成:一个密闭的上半球壳、两个可开关的1/4球壳、4条复合式驱动腿以及滑行... 针对两栖环境中机器人多自由度灵活稳定运动的需求,设计了一种具有"轮-腿-矢量喷水"复合驱动机制的小型两栖球形机器人。首先介绍了机器人的主要结构组成:一个密闭的上半球壳、两个可开关的1/4球壳、4条复合式驱动腿以及滑行模块等;其次,对球形机器人的复合驱动机制进行分析和建模;接着,根据水下环境和机器人的特性,设计了基于传统PID算法的神经网络自整定控制算法;最后,在室内水池中进行了机器人运动的实验测试。实验结果表明,机器人在水中运动性能良好,运动轨迹和姿态角误差在控制器接受范围之内。所提出的具有复合驱动机制的自主式两栖球形机器人,在滨海两栖环境的资源勘测等方面具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 小型球形机器人 运动控制 水下机器人 运动学模型 复合式驱动机制

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基于卷积神经网络的混叠光谱解调方法 被引量：3

6

作者 刘瀚霖 辛璟焘 +2 位作者 庄炜 夏嘉斌 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期263-271,共9页

研究了一种基于深度学习的光纤光栅混叠FBG光谱解调方法。利用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)模型处理混叠光谱非线性序列模型问题,通过一维卷积神经网络预测识别混叠光谱中心波长,并搭建了并联结构的混叠光谱数据自... 研究了一种基于深度学习的光纤光栅混叠FBG光谱解调方法。利用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)模型处理混叠光谱非线性序列模型问题,通过一维卷积神经网络预测识别混叠光谱中心波长,并搭建了并联结构的混叠光谱数据自动采集实验系统,验证了混叠光谱的中心波长高精度解调。实验分析了训练样本、迭代次数对训练时间、测试时间、解调精度的影响,并对训练完成后的模型进行了解调时间测试。分别与其他解调算法进行了解调精度和测试时间对比,同时对同一组光谱数据使用解调模型算法及最高点寻峰算法进行中心波长值的对比并进行误差分析。实验结果表明:解调模型均方根误差结果为0.08258 pm,使用Intel(R)Core(TM)i7-8550U CPU(Central Processing Unit)的解调计算时间为0.338 s。研究结果表明:采用卷积神经网络模型对于混叠光谱中心波长解调结果的准确性具有合理性,与其他算法相比,文中的解调算法在解调精度和时间上具有优势,模型大小在400 kB以下,所需算力较小,可部署在小型嵌入式设备中,在大规模机载传感网络,结构健康监测中有良好的应用前景。 展开更多

关键词 光纤光栅 混叠光谱 光谱数据采集系统 卷积神经网络

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螺旋型光纤传感软体操作臂状态测量及特性分析 被引量：3

7

作者 祝航威 何彦霖 +2 位作者 孙广开 宋言明 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第11期213-221,共9页

微创手术软体操作臂是微创外科和机器人领域的科学前沿和研究热点,对提升微创手术水平至关重要。现有视觉、电子和光电等传感方法尚未解决软体操作臂的状态测量问题,以直线型布设在软体操作臂中的光纤传感器,在柔性操作臂伸展和弯曲等... 微创手术软体操作臂是微创外科和机器人领域的科学前沿和研究热点,对提升微创手术水平至关重要。现有视觉、电子和光电等传感方法尚未解决软体操作臂的状态测量问题,以直线型布设在软体操作臂中的光纤传感器,在柔性操作臂伸展和弯曲等运动时存在易断裂和可重复性差等问题,未能实现手术操作臂的闭环控制,限制了其手术应用。为此,提出了一种基于螺旋型光纤传感的软体操作臂状态测量方法,并对其传感特性进行了研究。不同于直线布设光纤的传感方法,螺旋型布设光纤的传感方法可以实现可伸缩软体操作臂的测量,防止光纤在软体操作臂中的错位,满足可伸缩弯曲软体操作臂的测量需求。通过理论分析气动驱动软体操作臂伸缩和弯曲的运动特性,利用光纤上刻写的布拉格光栅传感点,建立软体操作臂中螺旋型光纤光栅的传感模型,推导出光纤光栅中心波长漂移量和软体操作臂弯曲曲率之间的关系。最后,为了验证螺旋型光纤光栅在软体操作臂中的传感性能,对其传感灵敏度和稳定性等进行了实验测试。实验结果表明:提出的螺旋型光纤传感方法可实现操作臂伸长10%、弯曲角度达到180°时的状态测量,且操作臂理论弯曲角度和光纤传感的误差最大为9%,传感灵敏度可达12.55 pm/(°),满足软体操作臂伸缩和各向弯曲操作时的测量需求。 展开更多

关键词 光纤传感 可伸缩螺旋型 软体操作臂 状态测量

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引入应变灵敏度矩阵的探针形状光纤测量方法 被引量：5

8

作者 何超江 何彦霖 +1 位作者 骆飞 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期400-408,共9页

介入探针形状监测技术能够为医生在手术中提供重要参考信息,是保证手术安全性的必要手段。为提高介入探针形状测量精度,文中提出一种引入应变灵敏度矩阵的光纤光栅传感阵列介入探针形状测量方法。首先,基于光纤光栅传感理论,分析了植入... 介入探针形状监测技术能够为医生在手术中提供重要参考信息,是保证手术安全性的必要手段。为提高介入探针形状测量精度,文中提出一种引入应变灵敏度矩阵的光纤光栅传感阵列介入探针形状测量方法。首先,基于光纤光栅传感理论,分析了植入在探针中光纤光栅波长漂移量与其应变的关系,同时引入了应变灵敏度矩阵,研究了光纤光栅中心波长漂移量与其弯曲曲率的关系。然后,推导了探针的局部单元几何参数关系和坐标转换方程,建立了基于光纤光栅的探针形状测量模型。最后,为了验证引入应变灵敏度矩阵对形状测量精度的影响,对植入光纤光栅传感阵列的介入探针进行了不同弯曲状态下的形状测量实验,对比分析了引入应变灵敏度矩阵前后形状测量的误差。实验结果表明,引入光纤光栅应变灵敏度矩阵可有效提升介入探针的测量精度,在不同弯曲情况下,介入手术探针末端偏移量平均误差降低了1.385 mm,最大误差降低了3.317 mm。文中所提出的基于光纤光栅传感阵列的形状测量方法在介入手术柔性医疗器械的形状重构方向具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 应变灵敏度 形状传感 介入手术探针

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基于光纤光栅的软体机器人末端力测量方法研究 被引量：6

9

作者 汤晨 何彦霖 +1 位作者 祝连庆 孙广开 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期212-220,共9页

手术机器人的末端操作力测量是实现机器人精准控制的关键,对保证手术操作的安全性至关重要。文中针对微创手术软体机器人末端三维力测量的实际需求,提出一种基于光纤光栅的微创软体机器人末端三维力的测量方法。基于光纤光栅传感原理,... 手术机器人的末端操作力测量是实现机器人精准控制的关键,对保证手术操作的安全性至关重要。文中针对微创手术软体机器人末端三维力测量的实际需求,提出一种基于光纤光栅的微创软体机器人末端三维力的测量方法。基于光纤光栅传感原理,分析光纤传感器植入在软体机器人中的传感特性,建立基于最小二乘法线性标定和基于伯恩斯坦多项式非线性补偿的软体机器人末端力解耦模型,研究光纤光栅中心波长漂移量和软体机器人末端三维力之间的关系。并通过实验测试和对比分析验证了基于线性标定和非线性解耦算法的光纤传感软体机器人末端力测量性能研究结果表明:光纤光栅传感的可重复性平均为1.5 pm,末端力在XYZ三个方向上的测量精度误差均低于满量程的5%,且残差分布大部分集中在可靠区间,具有良好的重复性。所提出的基于光纤光栅的软体机器人末端力解耦算法为微创手术软体机器人的末端力精确测量提供了有效的方法,在生物医学等软体机器人的末端力测量中具有应用前景。 展开更多

关键词 光纤光栅 力传感器 软体机器人

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基于10.6微米全光深度神经网络衍射光栅的设计与实现 被引量：4

10

作者 牛海莎 于明鑫 +5 位作者 祝博飞 姚齐峰 张乾坤 鹿利单 钟国舜 祝连庆 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期13-18,共6页

光子人工智能芯片以光速执行运算,且具有低功耗、延迟低、抗电磁干扰的优势。小型化与集成化是实现这一技术革新的关键步骤。本文将光刻技术运用于衍射光栅的制作,提出一种基于10.6微米激光的全光衍射深度学习神经网络光栅设计及实现方... 光子人工智能芯片以光速执行运算,且具有低功耗、延迟低、抗电磁干扰的优势。小型化与集成化是实现这一技术革新的关键步骤。本文将光刻技术运用于衍射光栅的制作,提出一种基于10.6微米激光的全光衍射深度学习神经网络光栅设计及实现方法。由于光源波长由毫米波向微米波进化,神经元的特征尺度缩小至20微米,与现有光衍射神经网络相比,深度学习神经网络特征尺寸缩小了80倍,为进一步实现光子计算芯片大规模集成奠定了基础。 展开更多

关键词 光子芯片 衍射光栅 深度学习 神经网络

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遥感卫星结构在轨热应变光纤光栅监测方法 被引量：3

11

作者 王浩然 董明利 +2 位作者 孙广开 何彦霖 周康鹏 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第12期265-278,共14页

遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变,严重影响探测精度,而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题,提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变... 遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变,严重影响探测精度,而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题,提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变计算分析,得到结构整体和局部热加载下温度场和应变场分布特征及变化规律。设计构建热应变光纤监测试验系统,对卫星天线结构模拟试件进行热加载光纤测量试验,测试分析热应变光纤监测精度,验证了方法的有效性。研究结果表明,在-120~120℃温度变化范围,利用光纤布拉格光栅传感器和温度解耦方法监测温度和热应变的相对误差分别为1.02%和2.45%;在30~100℃局部热加载作用下,结构温度场和应变场的重构误差分别为3.24%和6.61%。该方法在卫星结构在轨监测领域中具有良好的应用价值与前景。 展开更多

关键词 遥感卫星 在轨监测 光纤传感 热应变 热控制

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用于微创手术探针的光纤力传感器设计 被引量：8

12

作者 于昌新 何彦霖 +2 位作者 何超江 祝航威 祝连庆 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第20期2421-2429,共9页

微创外科穿刺手术探针的末端力测量是实现其精准控制和提高手术质量的关键,对保证手术操作的安全性至关重要。本文针对穿刺手术探针末端力测量的实际需求,设计了一种可集成于探针中的法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)腔级联布拉格光栅(Fibe... 微创外科穿刺手术探针的末端力测量是实现其精准控制和提高手术质量的关键,对保证手术操作的安全性至关重要。本文针对穿刺手术探针末端力测量的实际需求,设计了一种可集成于探针中的法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)腔级联布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的光纤力传感器。首先,基于F-P腔的双光束干涉理论及光纤光栅传感理论并结合探针的悬臂梁结构,分析建立了植入在探针中光纤传感器的F-P腔和FBG传感模型,推导出F-P腔和FBG特征波长漂移量与施加力的映射关系,同时引入力与温度灵敏度矩阵,实现了探针力测量的同时有效避免了温度的交叉影响问题。接着,通过化学腐蚀的方法制备了光纤F-P腔并级联FBG形成传感器,并将传感器集成在手术探针中。最后,为了校准并检验本文所设计的F-P腔级联FBG光纤力传感器,对传感器进行了力与温度灵敏度的标定实验和稳定性测试实验。结果表明,该传感器的光纤F-P腔力灵敏度可达331.8 pm/N,FBG力灵敏度可达159.9 pm/N,线性度高于0.99,平均波长漂移为25 pm。本文设计的探针力传感器灵敏度高且线性度好,在微创外科穿刺手术机器人领域具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 光纤传力感器 手术探针 法布里-珀罗腔(F-P腔) 布拉格光栅(FBG) 灵敏度矩阵

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血管介入手术导丝末端检测方法研究 被引量：6

13

作者 董兆苒 董明利 +1 位作者 何彦霖 历文宇 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期221-229,共9页

介入手术导丝的末端检测是保证手术精准控制和安全性的关键,本文针对术中导丝末端检测的临床需求,提出一种基于改进YOLOv4Tiny网络的导丝末端检测方法。该方法基于YOLOv4Tiny网络架构,通过优化特征提取网络中的残差结构,增加注意力机制... 介入手术导丝的末端检测是保证手术精准控制和安全性的关键,本文针对术中导丝末端检测的临床需求,提出一种基于改进YOLOv4Tiny网络的导丝末端检测方法。该方法基于YOLOv4Tiny网络架构,通过优化特征提取网络中的残差结构,增加注意力机制和混合膨胀卷积网络,实现算法对小目标特征提取能力和检测精度的提升、感受野的扩大,且在保证图像的分辨率的同时不增加计算量。为了验证本文改进算法的有效性,对算法在构建数据集和实际手术数据集中分别进行了测试。实验结果表明:本文改进算法在构建数据集中的平均精度可达97.6%,导丝末端的检测误差不足5%,在实际手术数据集中的平均精度为92.8%。本文改进算法为介入手术导丝的末端检测提供了有效方法,在生物医学机器人等领域具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 介入手术导丝 图像目标检测 网络优化 特征提取

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基于激基复合物主体的高效TADF/磷光杂化白光有机发光二极管 被引量：1

14

作者 张渊博 柳渊 +3 位作者 李亚男 边浩冬 李佳睿 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期38-48,共11页

发光层中载流子的平衡以及拓宽的激子分布对于制备高性能白光有机发光二极管(WOLEDs)至关重要。采用蓝光热激活延迟荧光(TADF)分子DMAC-DPS、绿光磷光分子Ir(ppy)2(acac)和红光磷光分子RD071制备了基于激基复合物主体的TADF/磷光杂化WOL... 发光层中载流子的平衡以及拓宽的激子分布对于制备高性能白光有机发光二极管(WOLEDs)至关重要。采用蓝光热激活延迟荧光(TADF)分子DMAC-DPS、绿光磷光分子Ir(ppy)2(acac)和红光磷光分子RD071制备了基于激基复合物主体的TADF/磷光杂化WOLEDs。在发光层中引入TCTA:DPEPO激基复合物作为主体不仅平衡了电荷和空穴传输,拓宽了激子复合区,并构建蓝-绿-红发光层之间级联式激子能量传递,有效提升了激子利用率,降低了器件的效率滚降。通过调控发光层中载流子平衡及激子分布,白光器件的最大电流效率(CE)、功率效率(PE)和外量子效率(EQE)分别为37.1 cd·A^(−1)、36.4 lm·W^(−1)和17.5%,并且在1000 cd·m^(−2)亮度下依旧保持在26.6 cd·A^(−1)、18.2 lm·W^(−1)和12.3%,对应色坐标(CIE)和显色指数(CRI)分别为(0.451,0.428)和88。值得注意的是,在1000~5000 cd·m^(−2)亮度范围内,CIE变化仅为(0.006,0.004),表现出优异的色稳定性。同时,通过单极性主体和双极性主体的对比,阐明了双极性主体中载流子复合及激子能量传递机制。最终,通过器件传输层的优化进一步降低了器件的工作电压,提升了载流子平衡性,器件EQE及PE分别提升至19.3%和52.6 lm·W^(−1),并保持了高的显色指数(CRI=90)及良好的色稳定性。 展开更多

关键词 有机发光二极管 激基复合物主体 载流子传输 激子复合区 能量传递

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变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构方法 被引量：3

15

作者 王元锋 何彦霖 +1 位作者 周康鹏 祝连庆 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期197-205,共9页

变构型飞行器在执行不同飞行任务时会大尺度地改变机翼结构和蒙皮形状,蒙皮多维大尺度的变形重构是变形飞行器研究中的难点。本文针对这一问题,提出一种基于多芯光纤传感的变形飞行器蒙皮变形形状重构方法。该方法基于多芯光纤光栅应变... 变构型飞行器在执行不同飞行任务时会大尺度地改变机翼结构和蒙皮形状,蒙皮多维大尺度的变形重构是变形飞行器研究中的难点。本文针对这一问题,提出一种基于多芯光纤传感的变形飞行器蒙皮变形形状重构方法。该方法基于多芯光纤光栅应变传感原理,利用传感器上的多个光栅传感点,建立光栅波长漂移和曲率之间的转换关系,实现三维曲线重构。此外,为了重构变构型飞行器多维大尺度变形下的形状,本文研究了将重构曲线转化为飞行器机翼的展开角和翻转角,并结合两个角度和飞行器机翼的长宽等固有参数,通过拟合插值将两个角度变化引起的变形连续化,实现了柔性蒙皮多维大尺度变形重构。同时,本文为了减小温度造成的误差,利用多芯光纤中间纤芯不受拉伸和压缩、只受温度影响的特点,将中间纤芯与旁轴纤芯的中心波长漂移量做差,实现温度解耦。为了验证本文变形重构方法的有效性,对飞行器蒙皮多种不同情况下的变形进行了实验测试,并将形变重构结果与视觉测量进行了对比。研究结果表明,飞行器蒙皮多维大尺度变形重构的平均误差为7 mm,变形角度重构的平均误差为3.6%,可以实现变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构,该方法在航空航天器等结构变形监测领域具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 变形飞行器 光纤布拉格光栅 柔性蒙皮 多维大尺度变形重构

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