基于SSA-ELM的双层十字梁结构光纤布拉格光栅传感器三维力解耦

作     者：孙世政 于竞童 韩宇 廖超 党晓圆 SUN Shizheng;YU Jingtong;HAN Yu;LIAO Chao;DANG Xiaoyuan

作者机构：重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 重庆移通学院智能工程学院重庆401520 

出 版 物：《光学精密工程》 (Optics and Precision Engineering)

年 卷 期：2022年第30卷第3期

页      面：274-285页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.52105542) “成渝地区双城经济圈建设”科技创新项目(No.KJCX2020032) 上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室开放基金资助项目(No.202004) 重庆市教委科学技术研究计划重点项目(No.KJZD-K202002401) 

主　　题：光纤布拉格光栅 三维力传感器 维间解耦 极限学习机 麻雀搜索算法 误差分析 

摘      要：针对三维力传感器维间耦合干扰严重的问题,以双层十字梁结构光纤布拉格光栅三维力传感器为研究对象,提出了基于麻雀搜索算法优化极限学习机(Sparrow Search Algorithm–Extreme Learning Machine,SSA-ELM)的解耦算法。首先,研究了光纤布拉格光栅的传感及测力原理,揭示该三维力传感器波长漂移量和力的映射关系,分析其结构耦合特性;然后,构建标定实验系统进行标定实验;最后,建立了极限学习机非线性解耦模型,利用麻雀搜索算法优化模型,获得网络最佳初始权值和阈值,兼顾解耦精度和效率,寻找极限学习机隐含层节点与SSA迭代次数的最优参数组合,解耦后Ⅰ类误差最大为1.18%,Ⅱ类误差最大为1.14%,解耦训练时间为1.7786 s。为验证解耦效果,将SSA-ELM算法与最小二乘法、极限学习机算法解耦结果对比。实验结果表明:SSA-ELM算法解耦训练速度较快,能更有效地构建三维力的维间耦合关系,降低传感器Ⅰ,Ⅱ类误差,具有较好的非线性解耦能力。