检索结果-内蒙古大学图书馆

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DRSN的MG-Y激光器快速准连续波长调谐方法

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光子学报 2024年第8期53卷 160-169页

作者：杜雨蒙庄炜张旭王乐董明利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 广州南沙光子感知技术研究院广州511462

针对调制光栅Y分支(Modulated Grating Y-branch,MG-Y)可调谐半导体激光器难以在调谐范围内进行快速、准确的准连续波长调谐问题,提出了一种基于深度残差收缩网络的MG-Y激光器控制参数表快速生成方法。该方法使用光电二极管采集光功率,... 详细信息

针对调制光栅Y分支(Modulated Grating Y-branch,MG-Y)可调谐半导体激光器难以在调谐范围内进行快速、准确的准连续波长调谐问题,提出了一种基于深度残差收缩网络的MG-Y激光器控制参数表快速生成方法。该方法使用光电二极管采集光功率,相较光谱仪采集波长的方法,其采集速率可大幅提高;采用深度残差收缩神经网络模型对MG-Y激光器电流调谐区域进行快速分类;结合激光器的电流调谐特性,采用拉格朗日插值方法,生成高精度控制参数表,实现MG-Y激光器快速、准确的准连续波长调谐。实验结果表明,用深度残差收缩模型对电流调谐区域分类的时间小于20 s,生成的控制参数表控制激光器输出波长精度为1 pm,稳定性为0.28 pm,法布里-珀罗标准具解调波长稳定性为1.8 pm,对光纤布拉格光栅应变传感器的应变解调精度为1με,稳定性为0.6με。该方法大幅提升了生成控制参数表的速度,满足光纤传感解调应用需求。

关键词：调制光栅Y分支激光器波长控制深度残差收缩网络控制参数表快速光功率采集

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光纤光栅光谱分光解调与接入光纤芯径相关性分析

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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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面向光轴指向测量系统的光斑质心高精度实时解算方法

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仪器仪表学报 2024年第6期45卷 266-273页

作者：马浚轩李红张旭朱云鸿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 广州南沙光子感知技术研究院广州511462

针对遥感卫星相机光轴指向测量系统的CMOS图像传感器易受空间环境影响,导致图像缺陷,进而影响光斑质心解算精度的问题,本文提出了一种高精度的光斑质心实时解算方法。仿真分析结果表明该方法能够准确地追踪图像中光斑位置的变化,从而验... 详细信息

针对遥感卫星相机光轴指向测量系统的CMOS图像传感器易受空间环境影响,导致图像缺陷,进而影响光斑质心解算精度的问题,本文提出了一种高精度的光斑质心实时解算方法。仿真分析结果表明该方法能够准确地追踪图像中光斑位置的变化,从而验证了其分步解算策略的可行性。分别采用分步法、OTSU质心法和高斯拟合法对测量系统所采集的图像进行光斑质心的实时解算。实验结果显示,分步法的实时性好,光斑识别成功率最高,质心解算平均偏差和标准差最小,分别为0.026和0.029 pixels。该方法可以为光轴指向测量系统提供可靠的数据支撑。

关键词：夹角测量系统模板匹配实时处理 FPGA

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FBG反射谱数据滑动相关滤波算法设计与实现

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红外与激光工程 2024年第6期53卷 146-158页

作者：马嘉仪张旭李红朱云鸿董明利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 广州南沙光子感知技术研究院广东广州511462

针对光纤光栅解调系统中现有滤波算法计算速度与滤波效果难以兼顾的问题,提出了一种基于滑动相关滤波的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射谱滤波方法并在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上实现算法加... 详细信息

针对光纤光栅解调系统中现有滤波算法计算速度与滤波效果难以兼顾的问题,提出了一种基于滑动相关滤波的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射谱滤波方法并在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上实现算法加速设计。该算法根据FBG半峰全宽确定高斯函数二阶导数的标准差,用函数的负数作为滤波模板权重,通过滑动数据窗口进行反射谱数据与滤波模板的相关计算,从而实现滤波操作。使用该算法处理含高斯噪声、坏点和基线的仿真数据,验证了该方法对多种异常反射谱数据处理的有效性,并与其他下位机滤波算法进行对比分析,该算法能较好地保留原始数据特征,有较好的鲁棒性,信噪比最高提升28.23dB,中心波长平均偏差和偏差标准差最小,分别为1.712 pm和2.996pm。同时在FPGA片上平台实现了该算法,采用循环队列策略设计存储器,提高了存储器使用率,降低了资源消耗。实验表明,该算法可以有效校正多种异常FBG反射谱,在100MHz系统时钟下处理一个反射谱数据所需时间仅5.09μs,易于实现工程化应用,克服了下位机现有滤波算法对FBG反射谱中坏点、基线抑制作用较差和滤波后信号变形的问题,实现了FBG反射谱滑动相关滤波算法的加速设计。

关键词：滑动相关滤波光纤光栅传感 FBG滤波 FPGA

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内窥光学相干层析成像的研究进展与应用

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中国激光 2023年第21期50卷 42-58页

作者：张璇晔朱疆北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192 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京100192

光学相干层析成像(OCT)技术是一种无标记的三维成像技术,具有分辨率高、成像速度快等优点。内窥成像是OCT技术的一个重要应用,它能够通过微型探头和内窥导管获得在体组织的三维图像。内窥OCT成像克服了超声成像分辨率较低和共聚焦成像... 详细信息

光学相干层析成像(OCT)技术是一种无标记的三维成像技术,具有分辨率高、成像速度快等优点。内窥成像是OCT技术的一个重要应用,它能够通过微型探头和内窥导管获得在体组织的三维图像。内窥OCT成像克服了超声成像分辨率较低和共聚焦成像穿透深度不足的缺点,成为临床诊断不可或缺的成像工具。本文首先介绍了内窥OCT成像的原理和系统结构,然后总结了内窥OCT探头的发展,重点讨论了内窥OCT技术的最新进展及其在生物医学领域的应用。

关键词：医用光学光学相干层析成像内窥成像微型探头内窥导管

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铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器

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红外与激光工程 2024年第7期53卷 242-250页

作者：鲜中泽辛璟焘黎琪慧唐翔董明利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 广州南沙光子感知技术研究院广东广州511462

针对振动传感器工作频段与灵敏度相互制约的问题,设计了一种基于铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器。将两个“工作区”与谐振峰互补的振动传感单元进行组合,在保证高灵敏度测量的同时,扩展了传感器的工作频率范围。首先... 详细信息

针对振动传感器工作频段与灵敏度相互制约的问题,设计了一种基于铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器。将两个“工作区”与谐振峰互补的振动传感单元进行组合,在保证高灵敏度测量的同时,扩展了传感器的工作频率范围。首先建立了传感单元的结构模型,通过力矩平衡方程,得出了影响传感器灵敏度和固有频率的因素,然后使用Ansys与SolidWorks联合仿真,优化了传感器结构参数,最后制作了传感器实物,搭建封装和测试系统完成封装和特性测试。实验结果表明:两个传感单元的谐振峰位于650Hz和925Hz,分别与传感单元2和传感单元1的“工作区”互补,将工作频率范围扩展到0~1500Hz,灵敏度优于410.4pm/g,测量分辨率为0.16mg。文中所设计的传感器具有灵敏度高、工作频段宽等优点,为微振动监测提供新的技术手段。

关键词：光纤布拉格光栅振动传感器高灵敏度宽频段

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血管介入手术导丝末端检测方法研究

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仪器仪表学报 2023年第2期44卷 221-229页

作者：董兆苒董明利何彦霖历文宇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京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016

介入手术导丝的末端检测是保证手术精准控制和安全性的关键,本文针对术中导丝末端检测的临床需求,提出一种基于改进YOLOv4Tiny网络的导丝末端检测方法。该方法基于YOLOv4Tiny网络架构,通过优化特征提取网络中的残差结构,增加注意力机制... 详细信息

介入手术导丝的末端检测是保证手术精准控制和安全性的关键,本文针对术中导丝末端检测的临床需求,提出一种基于改进YOLOv4Tiny网络的导丝末端检测方法。该方法基于YOLOv4Tiny网络架构,通过优化特征提取网络中的残差结构,增加注意力机制和混合膨胀卷积网络,实现算法对小目标特征提取能力和检测精度的提升、感受野的扩大,且在保证图像的分辨率的同时不增加计算量。为了验证本文改进算法的有效性,对算法在构建数据集和实际手术数据集中分别进行了测试。实验结果表明:本文改进算法在构建数据集中的平均精度可达97.6%,导丝末端的检测误差不足5%,在实际手术数据集中的平均精度为92.8%。本文改进算法为介入手术导丝的末端检测提供了有效方法,在生物医学机器人等领域具有广阔的应用前景。

关键词：介入手术导丝图像目标检测网络优化特征提取

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