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题名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
- 1
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作者
李祥伟
何彦霖
孙广开
孟凡勇
宋言明
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机构
北京信息科技大学光电测试技术与仪器教育部重点实验室
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出处
《中国测试》
CAS
北大核心
2020年第6期140-146,共7页
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基金
国家自然科学基金(61903041)。
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文摘
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。
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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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Keywords
soft cardiac fixactors
particle blocking principle
cantilever beam model
variable stiffness performance test
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分类号
TH692.9
[机械工程—机械制造及自动化]
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题名基于改进LSTM的FBG传感网络光谱基线校正方法
- 2
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作者
韩颖
张旭
于明鑫
庄炜
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机构
北京信息科技大学光电测试技术与仪器教育部重点实验室
北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室
天津大学
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出处
《光通信研究》
北大核心
2024年第4期38-45,共8页
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基金
北京市自然基金-市教委联合基金资助项目(KZ201911232044)。
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文摘
【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。
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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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Keywords
FBG
spectral baseline correction
improved LSTM models
deep learning
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分类号
TN929
[电子电信—通信与信息系统]
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题名基于卷积神经网络的混叠光谱解调方法
被引量：3
- 3
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作者
刘瀚霖
辛璟焘
庄炜
夏嘉斌
祝连庆
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机构
北京信息科技大学光电测试技术与仪器教育部重点实验室
北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院
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出处
《红外与激光工程》
EI
CSCD
北大核心
2022年第5期263-271,共9页
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基金
国家自然科学基金(51535002,61903042)
北京市自然科学基金(4212048)
+1 种基金
高等学校学科创新引智计划(D17021)
北京信息科技大学师资补充与支持计划(5029011103)。
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文摘
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。
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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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Keywords
fiber grating
overlapped spectrum
spectrum data acquisition system
convolutional neural networks
-
分类号
TN253
[电子电信—物理电子学]
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题名引入应变灵敏度矩阵的探针形状光纤测量方法
被引量：5
- 4
-
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作者
何超江
何彦霖
骆飞
祝连庆
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机构
北京信息科技大学光电测试技术与仪器教育部重点实验室
北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室
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出处
《红外与激光工程》
EI
CSCD
北大核心
2021年第12期400-408,共9页
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基金
国家自然科学基金青年科学基金(61903041)
北京市自然科学基金(4204101,7202017)
河北省高层次人才资助项目-博士后科研项目择优资助(B2020003020)。
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文摘
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。
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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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Keywords
fiber Bragg grating
strain sensitivity
shape sensing
interventional needle
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分类号
TN253
[电子电信—物理电子学]
TH73
[机械工程—精密仪器及机械]
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题名基于光纤光栅的软体机器人末端力测量方法研究
被引量：5
- 5
-
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作者
汤晨
何彦霖
祝连庆
孙广开
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机构
北京信息科技大学光电测试技术与仪器教育部重点实验室
北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室
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出处
《红外与激光工程》
EI
CSCD
北大核心
2021年第7期212-220,共9页
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基金
国家自然科学基金青年科学基金(61903041)
北京市自然基金-市教委联合基金项目(KZ201911232044)
+1 种基金
北京市自然科学基金(7202017,4204101)
北京市科技新星计划(Z191100001119052)。
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文摘
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。
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关键词
光纤光栅
力传感器
软体机器人
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Keywords
fiber Bragg grating
force sensor
soft robot
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分类号
TN253
[电子电信—物理电子学]
TH741
[机械工程—光学工程]
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题名螺旋型光纤传感软体操作臂状态测量及特性分析
被引量：2
- 6
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作者
祝航威
何彦霖
孙广开
宋言明
祝连庆
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机构
北京信息科技大学光电测试技术与仪器教育部重点实验室
北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室
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出处
《红外与激光工程》
EI
CSCD
北大核心
2020年第11期213-221,共9页
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基金
国家自然科学青年科学基金(61903041)
北京市自然基金-市教委联合基金(KZ201911232005,KZ201911232044)
北京市自然科学基金(7202017,4204101)。
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文摘
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。
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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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Keywords
optical fiber sensing
stretchable helical structure
soft manipulator
state measurement
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分类号
TN253
[电子电信—物理电子学]
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题名遥感卫星结构在轨热应变光纤光栅监测方法
被引量：3
- 7
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作者
王浩然
董明利
孙广开
何彦霖
周康鹏
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机构
北京信息科技大学
北京信息科技大学
天津大学
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出处
《红外与激光工程》
EI
CSCD
北大核心
2022年第12期265-278,共14页
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基金
北京市教委科技计划重点项目(KZ201911232044)
国家自然科学基金(51705024)
国家自然科学青年基金(61903041)。
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文摘
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。
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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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Keywords
remote sensing satellite
in-orbit monitoring
optical fiber sensing
thermal strain
thermal control
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分类号
V19
[航空宇航科学与技术—人机与环境工程]
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