摘要：现阶段手部康复训练中的运动监测主要针对手肘手腕等大关节,且柔性不足,为解决难以监测手部掌指关节运动角度的问题,基于光纤的宏弯损耗原理,设计并制作了一款可穿戴掌指关节运动角度传感器。首先分析掌指关节角度测量原理,结合光纤宏弯损耗特性,制作传感硅胶模块。开展实验对传感硅胶模块进行标定与验证,制作穿戴装置形成运动角度传感器。实验结果表明该传感器的测量范围为0~80°,验证曲线的Pearson相关系数为0.9987,0~70°范围内最大测量误差为2°,测量准确度高。该传感器制作成本低,对温度不敏感,抗电磁干扰能力强,满足实际应用需求,对手部运动角度实时监测与预测和动作识别具有重要的实用价值。

摘要：为精确感知环境荷载作用下隧道管片的结构形态,采用光纤传感技术,构建表贴式光纤传感元件纤芯层-防护层-基体层-被测层的多层力学模型,分析光纤应变传递机制,推导表贴式光纤传感元件的应变传递率公式,验证光纤传感元件对隧道管片结构形态感知的精度。采用1∶20缩尺模型开展试验研究,测量不同水压、土压力下管片的应变变化。结合ANSYS数值模拟,对比分析在有水压与无水压2种荷载工况下隧道管片结构的应变响应,揭示水-土耦合压力对隧道管片结构变形的影响机制。结果表明:1)在10 mm光栅长度下,光纤传感元件的平均应变传递率可达到95.1%;2)均布水压的存在对隧道管片结构变形具有一定的稳定效果;3)水-土耦合压力作用下,隧道管片结构拉、压应变变化呈现不同步现象,其中拱腰处压应变变化较拱顶处拉应变变化更为提前,表明拱腰区域对水-土耦合压力的作用更为敏感;4)有水压地层环境下,当地层荷载为0~1.6 MPa时,隧道管片结构位移呈现波动变化趋势;5)当荷载进一步达到1.6~2.4 MPa时,隧道管片结构位移呈线性增加趋势。

摘要：针对不同工程实际对传感器灵敏度及量程的不同要求,设计了一种基于弯曲损耗原理的光纤裂缝传感器,介绍了传感器的工作原理,对光损耗值与裂缝宽度间的理论关系进行了推导,并通过实验,研究了在不同弯曲段尺寸下光损耗的变化规律,确定了弯曲段光纤临界损耗尺寸,测得最敏感直径区间。通过有机玻璃板模拟裂缝的开展和闭合过程,验证了传感器的可行性。最后,通过在混凝土条件下模拟裂缝实验,对传感器的性能进行了测试。实验结果表明,传感器可实现对混凝土结构裂缝发展过程的长期稳定监测。

摘要：为了满足易燃易爆环境的声纹识别需求,设计了直线型萨格奈克干涉光纤声音传感系统,利用维纳滤波算法对语音数据进行了降噪,通过三电平削波法获取了基音周期特征,采用动态时间规整算法筛选了说话人样本,并提取了梅尔频率倒谱系数特征,运用高斯混合模型-期望最大化算法开展了声纹识别实验研究,同时探究了光纤声音传感系统的频率响应特性与声纹特征,研究了采集语音幅值对声纹识别结果的影响。实验结果表明,系统可实现300~3500 Hz频率段的声音信号感知,声音幅值从0.9 V降至0.15 V时最大与次大对数似然值之差由35.5降至10.9,识别结果从成功变为失败。重复性实验表明,在10 km的传感光纤上,距声源2 m位置处,传感系统可对400段时长为3~5 s之间的文本无关语音段实现准确检测,且综合识别准确率为94.75%。本系统有望为易燃易爆环境中的设备故障、应急救援、渗漏监测等领域提供声纹识别的解决方案。

摘要：根据电力系统发电机温度和振动监测的特点,分析了传统温度传感器及振动传感器在发电机在线监测中存在的问题,阐明了光纤传感器在发电机在线监测中的优势。提出了采用半导体吸收式光纤传感器测量温度及光纤光栅振动传感器测量电机的振动状况的方案,对两种传感器的原理及组成进行了介绍,设计了基于两种光纤传感器的发电机监测系统。

摘要：提出一种光纤传感用可调谐滤波器方案,使用伺服电机驱动滤波片匀速旋转,利用改变入射光角度的方式实现连续调谐波长输出。结合光纤传感的解调原理,设计了基于DSP芯片的伺服电机控制电路。通过选择PID控制算法及PID参数稳定伺服电机转速,在1 530～1 570nm的波长调谐范围内,该滤波器实现了比较高的重复性和稳定性,由电机转速抖动误差造成的解调波长的误差控制在±10pm内,成本低,控制方便,可用于光纤传感系统。

摘要：城市电力隧道具有结构多样、截面尺寸小、设施多、电磁干扰大等特点,在运营期间,采用传统测量方法进行变形监测费时费力,难以保证监测精度,需要推进智能化监测。光纤传感技术的应用逐渐成为行业应用的新趋势,但采用光纤传感技术在小截面隧道变形监测中应用成果鲜见。本文结合实际,研发了基于光纤传感技术的电力隧道自动化变形监测系统,应用结果表明,该系统实现了无线传输、自动化、高精度、实时采集数据、分析和预警等功能,极大地提高了工作效率,降低了运营和维护成本,对于其他类似变形监测需求具有较高的应用和参考价值。

摘要：为了解决传统光谱采集系统存在的采集速度慢,采集结果信噪比和采集精度低的问题,设计了基于光纤传感的智能信息信号光谱采集系统。通过光纤电路将光纤传感器、光信号发射与接收装置、A/D转换设备以及存储器连接在一起,实现电路元件之间的有机集成,能为光谱采集软件设计提供硬件支持。软件设计中利用程序驱动模拟信号采样,获得初始采集信号。利用MAX120芯片实现初始光谱信号的A/D转换,同时通过数据变换过滤与信号光谱分辨率提高两个步骤实现智能信息信号的预处理过程。最后将采集处理完成的信号光谱以图像的方式存储或输出。测试结果表明:相对于传统光谱采集系统,系统的光谱采集时间更短,平均仅为3.244 s,信噪比和采集精度更高。

摘要：从航天器结构健康状态监测对先进传感技术的需求出发,论述了国内外基于光纤传感的航天器结构健康状态监测研究现状及发展趋势,尤其是对美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)的研究情况做了重点介绍,并总结了国内外光纤传感技术存在的差距。分析光纤传感关键技术,包括光纤光栅密集复用技术、基于光频域反射的解调技术、光纤传感设备轻小型化技术等,提出了光纤传感技术在航天器上的应用特点,以及应用中需要注意的问题,可为相关研究提供参考。

摘要：已有光纤传感大数据异常监测系统由于数据异常检测响应过慢,导致数据异常预警延迟时间过长,无法满足现今社会生产需求,因此提出了基于密码杂凑函数的光纤传感大数据异常监测方法。引入密码杂凑函数设计光纤传感大数据异常监测系统,其硬件单元包括光传感单元、系统控制单元与数据采集单元;软件模块包括光纤传感大数据采集模块、光纤传感大数据压缩模块与光纤传感大数据异常监测模块。通过硬件单元与软件模块的设计,实现了光纤传感大数据异常监测系统的运行。实验结果显示:设计系统数据异常监测响应时间与预警延迟时间较短,分别在0.16 s和1.24 s内,充分说明设计系统具备更加优质的应用性能。