检索结果-内蒙古大学图书馆

仪器仪表学报 2025年第1期46卷 54-64页

作者：邢宇航李红孙广开胡林聪祝连庆北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 广州南沙光子感知技术研究院广州511462

面向细芯光纤光栅传感应用,针对接入光纤芯径不适配所引起的光学成像分辨率较低、光能损失较大、成像质量较差的问题,本文以双光栅二次色散解调光学系统为模型,对比分析了常规单模光纤与不同规格芯径细芯光纤分别接入分光光谱解调模块... 详细信息

面向细芯光纤光栅传感应用,针对接入光纤芯径不适配所引起的光学成像分辨率较低、光能损失较大、成像质量较差的问题,本文以双光栅二次色散解调光学系统为模型,对比分析了常规单模光纤与不同规格芯径细芯光纤分别接入分光光谱解调模块时对成像和解调精度的影响,模拟了系统成像光斑分辨率、光束发散角、接收面辐照度和MTF曲线在截止频率处取值的变化情况。计算结果表明,当光纤芯径从8μm减小至2μm时,分辨率从0.8 nm提升到0.1 nm。接收面辐照度随芯径值缩小逐渐提升,芯径小于4.8μm后接收面光能利用率达到极限74.98%,曝光时间缩减为常规状态下0.36倍。MTF曲线在截止频率处取值与芯径值呈抛物线相关,芯径取4.2μm时图像接近衍射极限。本文提出并验证了光纤芯径与分光光谱解调成像指标的相关关系,为不同芯径光纤光栅传感的解调技术提供了参考和借鉴。

关键词：光纤光栅传感解调光谱仪解调细芯光纤

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FBG-FP级联式无交叉敏感双参量光纤探针

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仪器仪表学报 2025年第2期46卷 355-365页

作者：王清明张雯文科韩静祝连庆北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100192 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 中国空间技术研究院北京卫星制造厂有限公司北京100094 首都医科大学附属北京天坛医院北京100070

为提高传感器集成度并适应设备微型化趋势,提出并制备了一种面向生物体液监测领域的光纤布拉格光栅-法布里珀罗(FBG-FP)级联结构紧凑型光纤探针,用于检测折射率和温度。通过构建级联结构反射率分布模型,优化了器件级联顺序。采用精密切... 详细信息

为提高传感器集成度并适应设备微型化趋势,提出并制备了一种面向生物体液监测领域的光纤布拉格光栅-法布里珀罗(FBG-FP)级联结构紧凑型光纤探针,用于检测折射率和温度。通过构建级联结构反射率分布模型,优化了器件级联顺序。采用精密切割熔接技术制备单模光纤-空芯光纤-单模光纤(SMF-HCF-SMF)结构的FP探针,并利用飞秒激光直写技术在距熔接界面100μm处刻写FBG,实现了级联式紧凑型双传感元件的集成,基于FBG结构与FP结构对温度和折射率的波长/强度响应特性,从原理上有效解决了交叉敏感问题。搭建温度折射率实验系统,在25℃~55℃水浴温度、1.3330~1.3816折射率范围内,对4根光纤探针的传感特性进行分析。实验结果表明,温度循环过程中,FBG与FP中心波长均随升温红移、降温蓝移,平均温度灵敏度分别为9.36、8.52 pm/℃;待测环境折射率增大时,FBG波长与强度无变化,FP干涉波长不变、谐振强度逐渐减小,且强度拟合结果呈抛物线趋势。以折射率1.3546为界进行分段线性拟合,可得1.3330~1.3546折射率区间内FP灵敏度均值为5.86 dBm/RIU、最大值为10.72 dBm/RIU,在1.3546~1.3618折射率区间内FP灵敏度均值为1.40 dBm/RIU、最大值为2.74 dBm/RIU。该传感器制作简单、结构紧凑、灵敏度高,在生物体液监测领域具有良好的应用前景。

关键词：光纤探针无交叉敏感双参数测量生物体液监测

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基于Fabry-Perot微腔结构的超低温环境光纤应变传感特性研究

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光电子.激光 2025年第4期36卷 344-351页

作者：陈佳莹李邵德何巍北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100192

本文提出了一种基于氢氟酸(hydrofluoric acid,HF)化学腐蚀法制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)微腔结构的超低温液氮环境光纤应变传感特性研究。采用浓度为20%的HF溶液腐蚀单模光纤端面15 min得到凹槽结构,将腐蚀端与另一端面切平... 详细信息

本文提出了一种基于氢氟酸(hydrofluoric acid,HF)化学腐蚀法制备光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)微腔结构的超低温液氮环境光纤应变传感特性研究。采用浓度为20%的HF溶液腐蚀单模光纤端面15 min得到凹槽结构,将腐蚀端与另一端面切平的单模光纤进行熔接形成F-P微腔,F-P反射谱对比度为7.98 dB,自由光谱范围(free spectrum range,FSR)为17.8 nm。实验中,将光纤F-P传感器粘贴在等强度梁上并放置于液氮(-196℃)环境,应变测试范围为70—630με,在施加应变过程中,F-P反射谱波长向短波方向漂移4.21 nm,灵敏度为-7.17 pm/με,拟合度为99.928%;在卸载应变过程中,F-P反射谱波长向长波方向漂移4.33 nm,灵敏度为7.34 pm/με,拟合度为99.923%。通过对超低温应变响应特性实验进行滞后性分析得知施加-卸载应变波长漂移最大偏差为0.17 nm,证明所设计的传感器具有稳定性与可靠性。

关键词：光纤传感法布里-珀罗(F-P) 氢氟酸(HF) 液氮应变

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术中小变温环境下多芯光纤三维位形测量误差研究

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传感器与微系统 2025年第1期44卷 44-46,50页

作者：张兴硕赵昊刘金方孙广开北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016

为了提高连续体手术机器人术中光纤导航的定位精度,研究了在术中小变温环境下多芯光纤布拉格光栅(FBG)传感器温度补偿方法对提高定位精度的有效性。根据多芯FBG传感器的应变和温度传感模型,仿真分析了小温度变化对形状重构精度的影响。... 详细信息

为了提高连续体手术机器人术中光纤导航的定位精度,研究了在术中小变温环境下多芯光纤布拉格光栅(FBG)传感器温度补偿方法对提高定位精度的有效性。根据多芯FBG传感器的应变和温度传感模型,仿真分析了小温度变化对形状重构精度的影响。同时建立了术中小变温环境温度补偿实验系统,在4种曲率(0,5.00,6.25,8.30 m^(-1))条件下进行了变温形状重构实验。实验结果表明,在术中小变温环境条件下,温补后的三维位形测量误差从7.70%下降至4.72%,温度补偿能够有效提高多芯光纤形状重构精度,对实现精准定位与导航具有重要的研究意义与应用价值。

关键词：多芯光纤光纤光栅温度补偿误差分析

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基于太赫兹时域光谱技术的挥发性有机物吸附过程研究

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红外与激光工程 2025年第2期54卷 254-262页

作者：卢思扬祝静谭志成张雨婷陈江琳吴伟北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京 100192 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光纤传感与系统北京实验室北京 100016 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京 100192 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光纤传感与系统北京实验室北京 100016 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测量技术北京市重点实验室北京 100192

在挥发性有机物处理领域,吸附法以其高效、经济的特性被广泛应用.提出了通过温度调控四种石墨烯类材料(还原氧化石墨烯rGO、氟化石墨烯FG、氧化石墨烯GO、羧基化氧化石墨烯GO-COOH)及三种金属有机框架材料(ZIF-8、ZIF-67、MOF-177)对乙... 详细信息

在挥发性有机物处理领域,吸附法以其高效、经济的特性被广泛应用.提出了通过温度调控四种石墨烯类材料(还原氧化石墨烯rGO、氟化石墨烯FG、氧化石墨烯GO、羧基化氧化石墨烯GO-COOH)及三种金属有机框架材料(ZIF-8、ZIF-67、MOF-177)对乙醇的吸附-脱附过程的新思路.室温条件下监测吸附动力学过程,乙醇分子从游离态到吸附于吸附剂表面的吸附态.通过温度调控至46℃、66℃以及76 ℃的方法,利用太赫兹波对吸附态、脱附态(气态)乙醇的吸收不同,实时监测的乙醇分子从吸附-脱附平衡态到脱附状态的过程.通过调控温度,详细分析了太赫兹时域光谱(THz-TDS)信号中光谱峰值的差异,THz-TDS明确证实了四种石墨烯类材料及三种金属有机框架材料与挥发性有机物乙醇所发生的吸附机制,这一发现对于理解吸附-脱附过程的动态平衡具有重要意义.同时,通过EP变化量间接评估了吸附量这一参数,其吸附量关系分别为QGO-COOH＞QFG＞QGO＞QrGO和QZIF-8＞QZIF-67＞QMOF-177,该吸附量的关系通过分析吸附剂的比表面积、表面官能团、总孔体积等理化性质得到了进一步验证.该研究不仅拓展了THz-TDS技术在吸附研究中的应用范围,也为挥发性有机物的高效处理提供了新思路.

关键词：太赫兹时域光谱温度调控吸附-脱附过程吸附法挥发性有机物

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基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅解调技术综述

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物理学报 2022年第9期71卷 166-179页

作者：李科董明利袁配鹿利单孙广开祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 北京信息科技大学北京市光电测试技术重点实验室北京100192

基于阵列波导光栅的光子集成解调技术是硅光领域的研究热点和难点.相比传统解调方法,基于阵列波导光栅的光子集成解调技术因其解调精度高、解调速度快、封装体积小等优势,在光纤布拉格光栅的高速、高精度解调上具有明显优势.近年来,随... 详细信息

基于阵列波导光栅的光子集成解调技术是硅光领域的研究热点和难点.相比传统解调方法,基于阵列波导光栅的光子集成解调技术因其解调精度高、解调速度快、封装体积小等优势,在光纤布拉格光栅的高速、高精度解调上具有明显优势.近年来,随着光子集成技术的发展,各科研院所和相关机构对阵列波导光栅的光子集成解调法进行了广泛深入的研究与优化.本文通过介绍阵列波导光栅工作原理及基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅波长解调原理,结合基于阵列波导光栅的光纤布拉格光栅解调仪在材料体系和系统性能两个方面的重要进展,归纳了基于阵列波导光栅的解调仪的典型应用场景,从新材料、系统集成和规模化三方面对光纤布拉格光栅解调系统的未来发展提出针对性建议,为基于阵列波导光栅的光子集成解调技术的研究发展提供参考.

关键词：光纤布拉格光栅波长解调阵列波导光栅光子集成回路

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光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法

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仪器仪表学报 2023年第1期44卷 38-45页

作者：于昌新何彦霖祝连庆周康鹏祝航威北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100192 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016

手术探针末端的接触力反馈是保障手术安全性的重要因素之一。本文针对穿刺手术探针末端三维力测量的需求,研究了基于核极限学习机(KELM)神经网络的光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法。首先,设计了可植入光纤传感器的手术探针结构,... 详细信息

手术探针末端的接触力反馈是保障手术安全性的重要因素之一。本文针对穿刺手术探针末端三维力测量的需求,研究了基于核极限学习机(KELM)神经网络的光纤传感微创手术探针末端三维力测量方法。首先,设计了可植入光纤传感器的手术探针结构,将4根光纤布拉格光栅(FBG)传感器植入探针中,其中3根FBG用于力测量,1根FBG用于温度补偿。接着通过分析探针应力和应变之间的关系,建立了基于FBG的探针三维力传感模型。同时为了消除温度变化对光纤传感器的交叉影响,研究了光纤传感温度补偿方法。最后,为了验证本文所研究测量方法的有效性,对植入光纤光栅的探针进行了温度标定,并分别在常温和变温环境下进行了三维力测量。实验结果表明:KELM网络测量结果在常温环境下X、Y、Z方向上平均测量误差为0.22%、0.99%、0.65%;在20℃~40℃的变温环境下,X、Y、Z方向上平均测量误差分别为1.32%、1.03%、2%,本文所研究的KELM神经网络末端三维力测量方法具有较小的测量误差,在手术机器人力反馈领域有广阔的应用前景。

关键词：手术探针光纤光栅核极限学习机温度补偿三维力测量

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特种芯光纤光镊技术研究进展

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中国光学（中英文） 2023年第6期16卷 1293-1304页

作者：李红朱应鑫周雅妮王海波董明利祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016

光纤光镊具有结构简单、操作灵活、尺寸小的特点,在生化分析、生命科学等领域有广泛应用。特殊纤芯结构的光纤探针在近场倏逝波光阱力、纤芯光束耦合传输、微流控技术交叉协同应用等方面具有天然优势,能实现细胞、亚细胞级微粒收集、输... 详细信息

光纤光镊具有结构简单、操作灵活、尺寸小的特点,在生化分析、生命科学等领域有广泛应用。特殊纤芯结构的光纤探针在近场倏逝波光阱力、纤芯光束耦合传输、微流控技术交叉协同应用等方面具有天然优势,能实现细胞、亚细胞级微粒收集、输运等功能,可以显著提升微粒的三维捕获能力以及动态操纵水平。本文综述了不同纤芯结构光纤光镊的结构特点与应用技术研究进展,对特种芯光纤光镊系统中探针制备、激光光源、耦合方式等关键技术进行了梳理和对比,总结与展望了不同结构特种芯光纤在光纤光镊中的作用与发展。

关键词：光纤光镊特种光纤微粒操纵微流控

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软体机械臂控制方法研究现状及展望

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仪器仪表学报 2023年第11期44卷 85-98页

作者：耿鹏何彦霖杨溢历文宇北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100192 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016

软体机械臂由于具有多自由度、高灵活性、较强的环境适应能力以及安全可交互性高等优势,近年来在生物医疗和海洋勘探等诸多领域得到广泛应用。软体机械臂采用高度可变形的柔性材料制作而成,由于其材料的非线性特征,软体机械臂的精确控... 详细信息

软体机械臂由于具有多自由度、高灵活性、较强的环境适应能力以及安全可交互性高等优势,近年来在生物医疗和海洋勘探等诸多领域得到广泛应用。软体机械臂采用高度可变形的柔性材料制作而成,由于其材料的非线性特征,软体机械臂的精确控制一直是该领域的研究重点和难点,国内外研究人员针对软体机械臂的控制方法开展了大量研究并取得了较大进展。但是目前仍然存在若干问题,亟待探讨解决方法。为此,本文梳理了近十年来国内外研究人员在软体机械臂的运动控制方法上取得的研究成果,分析总结了目前软体机械臂常用的控制方法和最新技术等,指出了软体机械臂控制面临的难题与挑战,并对软体机械臂控制方法的未来发展方向进行了探讨和展望。

关键词：软体机器人软体机械臂控制方法建模理论

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基于游标效应和基底增敏的复合光纤结构温度传感器

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光学学报 2021年第15期41卷 40-47页

作者：刘福禄张钰民庄炜骆飞祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100192

为实现高精度温度传感,设计了一种基于游标效应和铝合金基底增敏的复合结构的光纤温度传感器。该传感器由空芯光纤和单模光纤形成的级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)、与级联FPI串联的光纤布拉格光栅(FBG)和铝合金基底构成。利用三光束干涉... 详细信息

为实现高精度温度传感,设计了一种基于游标效应和铝合金基底增敏的复合结构的光纤温度传感器。该传感器由空芯光纤和单模光纤形成的级联法布里-珀罗干涉仪(FPI)、与级联FPI串联的光纤布拉格光栅(FBG)和铝合金基底构成。利用三光束干涉理论、光束传播法、有限元分析,阐述了其反射光谱、传输光场、热力学等特性。通过控制空芯光纤和单模光纤的几何长度,可灵活地调整游标效应增敏倍数和温度测量分辨率。该复合结构的设计不仅可以测量温度的微小变化量,还可以测量温度的绝对值。实验结果表明,基于游标效应的级联FPI和FBG的温度灵敏度分别为138.4 pm/℃和37.4 pm/℃,传感器的温度重复性和快速响应性良好,可以广泛应用于高精度测量领域。

关键词：光纤光学游标效应级联法布里-珀罗光纤布拉格光栅温度传感器

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