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关键词： 机器人传感器   光纤Bragg光栅   力触觉传感   生命体征检测   分布式柔性传感器  

摘要： 在微创手术等现代医疗过程中普遍存在力触觉反馈缺失、健康体征监测系统有待完善和提升等问题,使得力触觉感知成为了机器人领域中热门的研究方向。传统的电学类传感器存在明显的体积大和生物相容性差等问题,难以直接应用于微创手术等场景。光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术因其抗电磁干扰能力强、生物相容性高、宽带宽和尺寸小等特点,正被广泛应用于健康医疗领域。主要介绍了FBG力觉传感器的工作原理及其传感特性,详细叙述了国内外基于FBG的力触觉传感器在健康医疗方面的研究现状和应用情况,并展望了光纤光栅式力觉传感技术在健康医疗领域的发展趋势。

关键词： 复杂地表   波动方程数值模拟   起伏多重变加密网格   法向虚像外推法   有限差分法  

摘要： 常规变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法采用水平分层加密网格,该网格剖分策略在适应地形起伏和近地表速度结构变化特征方面效果较差。针对该问题,提出一种起伏多重变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法。该方法根据地形起伏和近地表低速层到高速层的速度分布特征进行网格加密;采用不同网格中的变系数差分格式离散声波方程,在保证波场模拟精度的同时兼顾计算效率;同时,为了进一步保障地表附近波场模拟的精度,地表附近最细网格中的差分格式不做降阶处理,针对位于地表以上的虚像点的波场值,提出一种融入自由地表边界条件的法向虚像外推法。算例分析验证该算法对速度模型不同区域进行的网格多次加密显著提高了计算效率,以黄土塬实际模型为例,耗时为常规1 m×1 m网格耗时的43.3%,并可达到和细网格基本一致的模拟精度,模拟误差控制在10-12范围内,同时表现出很好的近地表散射压制和边界吸收效果,且算法能稳定地适应实际复杂地表介质。

关键词： 地下矿山   巷道三维建模   张量坐标转换   弧形巷道   交叉巷道  

摘要： 巷道三维建模对实现矿山数字化、信息化及智能化意义重大。考虑巷道断面特征节点坐标计算常受限于坐标系的选择,引入张量运算法则,确定笛卡尔新旧坐标系转换关系。通过细化任意三心拱巷道断面特征节点,并利用断面底板中点及断面参数建立巷道三维建模算法。利用包含张量计算模块的Python语言编译计算代码,并导入以Python为脚本语言的开源动画软件Blender,实现了基于该算法的巷道三维可视化。结果表明,该算法可实现巷道断面特征节点的精确计算,并可快速建立任意方位巷道,且适用于圆弧巷道及交叉巷道的圆滑处理,对智慧矿山巷道特征提取具有一定的借鉴意义。

关键词： QWIP   衍射耦合   FDTD  

摘要： 量子阱红外光电探测器(QWIP)中的材料由各向异性材料组成,QWIP中的光吸收对应于QWIP子带之间的跳跃。由于n型QWIP材料(如GaAs)中导带Γ能谷电子的有效质量是各向同性的,因此器件无法吸收垂直于表面的入射光。为了吸收入射光,需要设计特殊的衍射耦合结构。为了比较不同衍射耦合对光响应的影响,在320 × 256规模QWIP焦平面阵列上设计了160 × 256个凹光栅和160 × 256个凸光栅的新结构。采用有限差分时域(FDTD)算法对两个光栅进行仿真,并计算出两个光栅的光响应。得到了不同偏置下QWIP凹面光栅耦合的焦平面阵列和凸光栅耦合的焦平面阵列的噪声、NETD和平均响应度等性能参数。结论是凸光栅焦平面阵列的响应大于相同背景水平下凹光栅焦平面阵列的响应。凸光栅焦平面阵列的平均响应度为20.99 mV/K,凹光栅焦平面阵列的平均响应度为10.1 mV/K。凹光栅焦平面阵列的非盲元率为99.4%,凸光栅焦平面阵列的非盲元率为99.5%。

关键词： 半导体激光器   衍射光栅   波长调谐   阈值电流  

摘要： 宽条形半导体激光器广泛应用于激光泵浦、激光加工等领域。针对宽条型半导体激光器输出光谱宽、调谐范围小的问题,采用衍射效率分别为28%和55%的反射式衍射光栅作为反馈元件构建了宽条形970 nm波长光栅外腔半导体激光器。研究了Littrow结构激光器参数对其性能(调谐范围、功率、阈值电流、线宽)的影响。实验结果表明,通过结构优化可得到窄线宽可调谐激光输出,适当地提高温度和使用较高衍射效率的光栅可增加激光器调谐范围,并且较高衍射效率的光栅可降低激光器的阈值电流。基于S偏振入射方式的光栅外腔激光器最大可实现27.87 nm的波长调谐范围,光谱线宽压窄至0.2 nm,输出功率可达1.11 W。

关键词： 盐度测量   温度补偿   拉丝塔光纤光栅   聚酰亚胺   准分布式  

摘要： 提出了一种基于拉丝塔光纤光栅(DTG)的准分布式温盐传感器,可以同时测量海水的温度和盐度。该传感器由多个聚酰亚胺(PI)涂敷DTG和无涂敷DTG串联构成,PI涂敷DTG作为盐度传感组件,盐度的变化会导致聚酰亚胺涂层吸收或释放水而产生膨胀或收缩作用,进而引起光纤光栅中心波长的漂移。温度串扰可以通过使用无涂敷光纤光栅中心波长的变化来补偿。实验结果表明,该传感器能实现温度和盐度的实时测量,对温度和盐度的变化表现出线性响应,且具有良好的重复性。其中,盐度灵敏度平均为−5.58 pm/(mol/L),温度灵敏度平均为10.02 pm/℃。由于拉丝塔光纤光栅的超弱反射特性,该方法可以实现大规模海水温度和盐度的准分布式测量,在海洋工程中有一定的应用前景。

关键词： 弱反射   架空输电线   电线导线  

摘要： 为实现长距离架空输电线路导线覆冰监测,提出一种基于弱反射光纤光栅技术、采用低噪声随机光纤激光拉曼放大 与遥泵放大(ROPA) 相结合的混合式放大技术的传感监测系统,有效实现 150km 传感距离、200 个以上传感点的监测,应用 于架空导线覆冰监测实验,实验发现覆冰厚度理论计算值与实测值具有较好的线性关系,线性度为 0.9993,验证了方案的合 理性和实际可行性,很好地指导了导线覆冰厚度的计算及监测。

关键词： 平面光波导   二氧化硅   低耦合系数   高阶光栅   峰值半高宽   布拉格光栅  

摘要： 推导了布拉格光栅三维耦合系数公式,构建了一种新型的波导型布拉格光栅三维数值模型,并基于此设计制备出一种基于SiO2平面波导结构的低耦合系数、窄线宽、高阶布拉格光栅。从理论设计和试验验证两方面系统分析了布拉格光栅刻蚀深度及占空比对光栅耦合系数和线宽的影响,并最终设计制备出了中心波长为1554.053 nm,反射率为-8.5 dB,峰值半高宽为89 pm的SiO2波导结构布拉格光栅器件。本文设计制备的低耦合系数高阶布拉格光栅器件工艺简单,成本低,在滤波器、传感器及外腔窄线宽激光器领域中有广阔的应用前景。

关键词： 激光光学   激光陀螺   标度因数   光束偏移   稳频   跳模  

摘要： 针对全反射棱镜式激光陀螺标度因数随温度周期性变化的现象,根据矩阵光学方法研究了稳频状态下温度变化对环形激光面积的影响,获得了全反射棱镜式激光陀螺标度因数与稳频电压的关系,并得出光束偏移是引起标度因数随温度周期性变化的原因。根据标度因数与稳频电压的关系,建立了全反射棱镜式激光陀螺标度因数补偿模型,通过实验对比了补偿前后标度因数的非线性度。结果表明,根据该补偿模型对全反射棱镜式激光陀螺标度因数进行补偿,标度因数非线性度提高了一个数量级以上,对提高全反射棱镜式激光陀螺的性能具有一定的参考价值。

关键词： 磁致旋光效应   实验   费尔德常数  

摘要： 针对目前高校开设的磁致旋光效应实验中存在的不足,将相关实验公式进一步推导,得到同种旋光玻璃的费尔德常数和入射光波波长的数学关系,并将其扩充到实验中,使得该实验项目在内容设计上更加饱满、严谨和完善。