基于FBG的动态测试及其在人工皮肤中的初步应用

发布时间：2017-04-21 08:02

  本文关键词：基于FBG的动态测试及其在人工皮肤中的初步应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：FBG(Fiber Bragg Grating)传感器,即光纤布拉格光栅传感器,因其抗电磁干扰、本质安全等一系列优势,在各种民用、军事等传感检测领域应用广泛。本文主要对基于FBG的动态测试及其相应的初步应用进行了探究分析。根据被检测信号频率的不同将动态测试分为低频测试和高频测试,低频测试主要对冲击信号进行检测,高频测试主要针对超声检测进行探究。总体思路是以光纤布拉格光栅传感器检测动态信号的传感机理为基础,继而设计动态检测的实验框架图,根据实验原理图选取实验器件后设计实验方案进行实验探究。冲击碰撞实验主要利用封装设计的FBG传感体检测外界冲击碰撞信号,探究FBG传感体的检测效果以便在人工皮肤的触觉传感方面进行初步应用；高频检测主要是超声检测,基于超声激励-光纤布拉格光栅检测的实验原理设计了不同栅区长度的光栅对一定频率段内不同频率的超声信号进行检测的实验方案,分析检测结果找出对应检测规律,为以后超声检测提供一定应用依据。动态测试基于双光纤布拉格光栅匹配解调方法,此种解调方式最大的优势是结构简单,而且效果良好。实验数据的采集保存主要利用数字示波器和基于LabVIEW平台及搭配的数据采集卡等相关硬件开发的数据采集程序。为了对采集到的数据进行更好的对比分析,后续采用数据绘图软件Origin及功能强大的数据处理软件MATLAB进行进一步的美化和处理。最终实验结果表明：硅胶材料封装的FBG传感体对外界冲击信号响应速度快,检测灵敏度高,故可将FBG应用在机器人人工皮肤的触觉感知当中；超声激励-光纤布拉格光栅传感检测实验在铝板材料中进行,实验结果表明,光纤布拉格光栅可以检测到超声信号,并且不同长度的光栅对不同频率的超声信号响应结果也有所不同,并给出了两者对应检测结果图,为FBG高频检测应用奠定了一定理论基础。
【关键词】：FBG 动态测试 超声激励 人工皮肤
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.1;TP274
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题研究的目的及意义11-12
• 1.2 基于FBG动态测试的研究现状12-13
• 1.3 本论文的主要内容及结构安排13-15
• 第二章 FBG动态测试机理15-25
• 2.1 FBG传感检测原理15-16
• 2.2 低频测试机理16-18
• 2.2.1 FBG应变传感原理16-17
• 2.2.2 FBG传感体的冲击检测原理17-18
• 2.3 高频测试机理18-22
• 2.3.1 超声信号传播特点18-19
• 2.3.2 FBG应变波传感机理19-20
• 2.3.3 FBG超声检测影响因素分析20-22
• 2.4 FBG动态测试解调原理22
• 2.5 本章小结22-25
• 第三章 FBG动态信号测试系统设计25-37
• 3.1 FBG超声信号测试系统框架25-26
• 3.2 FBG超声信号测试系统组建26-33
• 3.2.1 超声波清洗机实验系统搭建26-29
• 3.2.2 超声探头实验系统搭建29-33
• 3.3 FBG低频信号测试系统设计33
• 3.4 FBG低频信号测试系统组建33-36
• 3.4.1 FBG传感体33-34
• 3.4.2 FBG静态标定实验系统搭建34-35
• 3.4.3 FBG动态冲击实验系统搭建35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 FBG超声信号测试实验37-47
• 4.1 超声波清洗机实验37-40
• 4.1.1 实验设备及选型37
• 4.1.2 超声检测实验37-39
• 4.1.3 实验数据处理分析39-40
• 4.2 超声探头激励铝板材料实验40-46
• 4.2.1 实验设备及选型41
• 4.2.2 超声检测实验41-43
• 4.2.3 实验数据处理分析43-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第五章 FBG低频测试及在人工皮肤中的初步应用47-59
• 5.1 静态实验47-51
• 5.1.1 实验设备47
• 5.1.2 静态实验操作47-48
• 5.1.3 实验数据处理及结果分析48-51
• 5.2 低频冲击实验51-54
• 5.2.1 实验设备51
• 5.2.2 冲击实验操作51-52
• 5.2.3 实验数据处理及结果分析52-54
• 5.3 FBG传感器在人工皮肤中的初步应用54-57
• 5.3.1 人工皮肤介绍54-55
• 5.3.2 基于FBG的人工皮肤设计55-57
• 5.4 本章小结57-59
• 第六章 总结展望59-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-69
• 攻读硕士期间发表的论文、专利和参与的项目69-71
• 附录71-74
• 附件74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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2 廖延彪,黎敏;光纤传感器的今日与发展[J];传感器世界;2004年02期

3 刘少强,黄惟一,王爱民,宋爱国;机器人触觉传感技术研发的历史现状与趋势[J];机器人;2002年04期

4 詹亚歌,向世清,方祖捷,王向朝;光纤光栅传感器的应用[J];物理;2004年01期

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1 徐菲;用于检测三维力的柔性触觉传感器结构及解耦方法研究[D];中国科学技术大学;2011年

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本文编号：319873