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高灵敏度游标增敏型光纤法布里-珀罗应变传感器

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光学学报 2024年第16期44卷 59-67页

作者：芮菲葛益娴苏蕊倪海彬南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044

提出并制备一种游标增敏型光纤法布里-珀罗(法珀)应变传感器,实现高灵敏度应变测量。该传感器由两个单模光纤-空芯光纤-单模光纤结构的法布里-珀罗干涉仪(FPI)并联组成,分别作为传感腔和参考腔。保持传感腔不变,选择不同的参考腔,利用... 详细信息

提出并制备一种游标增敏型光纤法布里-珀罗(法珀)应变传感器,实现高灵敏度应变测量。该传感器由两个单模光纤-空芯光纤-单模光纤结构的法布里-珀罗干涉仪(FPI)并联组成,分别作为传感腔和参考腔。保持传感腔不变,选择不同的参考腔,利用游标效应解调,追踪并联后反射谱包络的漂移,可实现不同的放大倍数。实验结果表明:在0~900με的应变范围内,单个传感腔的应变灵敏度为1.31 pm/με,并联之后传感器的应变灵敏度分别达到-11.50 pm/με和-12.76 pm/με,放大了8.70倍和9.74倍,传感器的应变灵敏度显著提升,同时,传感器具备制作简单、高灵敏度、易操作和低成本等特点,具有广阔的应用前景。

关键词：光纤光学光纤传感法布里-珀罗干涉仪并联游标增敏应变

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基于RC-LSTM的雷达回波外推方法

计算机集成制造系统 2024年第8期30卷 2962-2967页

作者：王友宁白金明刘琦南京信息工程大学计算机与软件学院教育部数字取证工程研究中心江苏南京210044 南京信息工程大学应用气象学院江苏南京210044

雷达回波外推是降水临近预报的重要手段,所用的方法分为数值预报与数据驱动预报。前者依托数学与物理模型,后者依托深度学习技术总结历史规律。尽管深度学习在气象预报中研究活跃,但实际应用仍面临挑战,尤其是精度问题。因此设计了一种... 详细信息

雷达回波外推是降水临近预报的重要手段,所用的方法分为数值预报与数据驱动预报。前者依托数学与物理模型,后者依托深度学习技术总结历史规律。尽管深度学习在气象预报中研究活跃,但实际应用仍面临挑战,尤其是精度问题。因此设计了一种雷达回波外推系统,应用所提出的残参卷积长短期记忆(RC-LSTM)模型,在使用规划采样的同时,为每一层堆叠的ConvLSTM单元添加了残差连接,使得模型在更深的同时保留原有小模型的学习能力,保证网络最大限度降低空间维度的历史信息损耗,从而提高长时效雷达回波外推的精度。

关键词：气象业务降水临近预报残参卷积长短期记忆雷达回波外推

基于稀疏度自适应变步长的离格DOA估计方法

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电子器件 2024年第3期47卷 661-666页

作者：李鹏单钰强林事力纵彪南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学滨江学院自动化学院江苏无锡214105 南京信息工程大学江苏省气象传感网技术工程中心江苏南京210044

网格划分产生的量化误差是影响信源定位估计性能的一个重要缺陷。针对目前Lp类离格算法计算量大以及需要提前预知稀疏度的问题,提出了一种稀疏度自适应变步长的离格波达方向定位方法。首先根据一阶泰勒展开构建基于角度优化的离格参数模... 详细信息

网格划分产生的量化误差是影响信源定位估计性能的一个重要缺陷。针对目前Lp类离格算法计算量大以及需要提前预知稀疏度的问题,提出了一种稀疏度自适应变步长的离格波达方向定位方法。首先根据一阶泰勒展开构建基于角度优化的离格参数模型,以残差能量的变化作为预估稀疏度K的条件。然后利用噪声子空间与信号子空间正交性作为原子误差入选判定依据,利用交替迭代优化方法实现离格模型下的准确求解。所提方法结合了贪婪算法支撑集选取策略与阵列协方差矩阵的有效信息。仿真实验表明,在满足稀疏性条件下,所提方法不仅大大缩短运算时间,而且可以实现空域角度范围内任意角度的精确估计。

关键词：离格波达方向稀疏重构贪婪算法

考虑运输和机器预维护的柔性作业车间调度研究

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智能系统学报 2024年

作者：王玉芳张毅姚彬彬陈凡葛师语南京信息工程大学自动化学院南京信息工程大学大气环境与装备技术协同创新中心南京信息工程大学气象能源利用与控制工程技术研究中心

航空制造业的快速发展，对于高效率和低能耗的生产模式需求愈发迫切。通过对考虑运输和预维护航空复合材料柔性作业车间调度问题分析，建立以最小化完工时间、瓶颈机器负载和总能耗为目标的模型，提出了一种基于种群质量的NSGA-II算法... 详细信息

航空制造业的快速发展，对于高效率和低能耗的生产模式需求愈发迫切。通过对考虑运输和预维护航空复合材料柔性作业车间调度问题分析，建立以最小化完工时间、瓶颈机器负载和总能耗为目标的模型，提出了一种基于种群质量的NSGA-II算法进行求解。采用启发式初始化方法产生高质量的初始种群。对个体进行分组进化，优质种群进行局部搜索，深度挖掘种群的最优个体；中等种群采用交叉变异和机器负载操作改变自身部分基因挖掘最优解；劣质种群通过学习机制学习优质个体优秀基因，提升个体优良率。通过测试算例与对比算法比较验证所提出的算法的有效性。最后，将算法应用于实际的航空制造系统，实现了实际生产活动的调度，验证算法的可行性。

关键词：运输约束预维护航空制造 NSGA-II 种群质量分组进化启发式初始化局部搜索

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面向航空结构件的双资源分布式柔性调度研究

系统仿真学报 2024年

作者：王玉芳章殿清华晓麟姚彬彬陈凡南京信息工程大学自动化学院南京信息工程大学大气环境与装备技术协同创新中心南京信息工程大学气象能源利用与控制工程技术研究中心

考虑航空结构件生产中精工序的员工约束和分布式多工厂协作需求，建立双资源约束分布式柔性作业车间调度模型。提出一种基于关键工厂的混合灰狼优化算法来解决该问题。针对模型的工厂选择、工序排序、机器选择以及员工选择4个子问题，... 详细信息

考虑航空结构件生产中精工序的员工约束和分布式多工厂协作需求，建立双资源约束分布式柔性作业车间调度模型。提出一种基于关键工厂的混合灰狼优化算法来解决该问题。针对模型的工厂选择、工序排序、机器选择以及员工选择4个子问题，设计了4层编码及新型解码方式以避免机器员工的使用冲突。结合模型的工厂约束和员工约束特征设计一种新的狼群捕猎和猎物搜索机制，保证种群多样性的同时提高算法全局探索能力。针对分布式特性设计基于关键工厂的局部搜索策略，提高算法的局部搜索能力。通过扩展标准算例和航空结构件实例分析，验证算法求解双资源约束分布式柔性调度的有效性。

关键词：航空结构件分布式柔性作业车间调度双资源约束关键工厂灰狼优化算法

级联式光纤FPI-SPR液体热光系数传感器

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中国激光 2024年第17期 277-285页

作者：金澳博常建华胡子怡徐遥陈鸣南京信息工程大学电子与信息工程学院南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心

设计了一种基于光纤法布里-珀罗干涉（FPI）和表面等离子体共振（SPR）效应的高精度液体热光系数传感器。该传感器利用端面固化了聚二甲基硅氧烷（PDMS）的单模光纤（SMF）和无芯光纤（NCF）在毛细硅管中构造了PDMS-Air-PDMS非本征FPI... 详细信息

设计了一种基于光纤法布里-珀罗干涉（FPI）和表面等离子体共振（SPR）效应的高精度液体热光系数传感器。该传感器利用端面固化了聚二甲基硅氧烷（PDMS）的单模光纤（SMF）和无芯光纤（NCF）在毛细硅管中构造了PDMS-Air-PDMS非本征FPI结构，并在NCF侧面镀银纳米膜构造SPR传感单元，实现了温度和折射率的高灵敏度测量。通过FPI对SPR传感单元进行了温度补偿，消除了交叉干扰。实验结果表明，传感器在1.333～1.371折射率范围内的灵敏度达到2913.68 nm/RIU，在20～80℃温度范围内灵敏度达到597 pm/℃，无水乙醇的热光系数测量误差仅为0.82%。该传感器具有高精确度、制作简单、集成度高、无串扰和无交叉敏感等优点，在生物医学和生物化学领域中有着广阔的应用前景。

关键词：传感器光纤传感器法布里-珀罗干涉仪表面等离子体共振折射率温度热光系数

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基于经验模态分解的折射率、pH和温度三参量同时检测光纤传感器

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光学学报 2024年

作者：闵洋常建华柯欣怡吴新新南京信息工程大学电子与信息工程学院南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同中心创新中心

本文提出了一种基于表面等离子体共振（SPR）和马赫-曾德尔干涉（MZI）效应结合经验模态分解（EMD）同时对折射率、p H和温度进行检测的光纤传感器。该传感器使用空芯光纤（HCF）与两段多模光纤（MMF）构成，利用银纳米膜和聚丙烯酸/壳... 详细信息

本文提出了一种基于表面等离子体共振（SPR）和马赫-曾德尔干涉（MZI）效应结合经验模态分解（EMD）同时对折射率、p H和温度进行检测的光纤传感器。该传感器使用空芯光纤（HCF）与两段多模光纤（MMF）构成，利用银纳米膜和聚丙烯酸/壳聚糖（PAA/CS）高折射率p H敏感材料将HCF的侧面划分成区域I和区域II，分别用于测量折射率和p H。通过经验模态分解（EMD）将区域Ш中由环境温度变化所产生的MZI干涉光谱分解为本征模态函数（IMF），建立温度变化与IMF之间的关系，扩大对温度变化的动态测量范围，实现温度补偿。实验结果显示，在1.333～1.370折射率范围内，传感器的灵敏度达到了2381.71 nm/RIU，在p H值4.12～10.14范围内的灵敏度为-14.62 nm/pH，在20～80℃温度范围内，温度的灵敏度为85.27 pm/℃，在海洋监测环境、生物化学检测等领域具有广泛的应用前景。

关键词：表面等离子体共振马赫-曾德尔干涉经验模态分解多参数传感

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可穿戴生理信息监测的自供电系统研究

传感技术学报 2024年第1期37卷 147-155页

作者：李敏李玲张加宏高翔刘清惓王立南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044

设计与制作了一种应用于可穿戴生理信息监测的自供电系统,利用压电-光电复合能量收集装置采集人体运动时足底的机械能和室内光能。复合能量收集装置以运动鞋为载体,设计了多种结构压电能量收集器固定在鞋底,光电能量收集器粘接在鞋面,... 详细信息

设计与制作了一种应用于可穿戴生理信息监测的自供电系统,利用压电-光电复合能量收集装置采集人体运动时足底的机械能和室内光能。复合能量收集装置以运动鞋为载体,设计了多种结构压电能量收集器固定在鞋底,光电能量收集器粘接在鞋面,收集到的能量存储在超级电容中,同时设计了一套能够定时、按需供电的能量管理控制电路,控制生理信息监测系统每隔20 min上电一次,并且测量结束即刻断电。经测试,光电能量收集装置在室内从早上7点至晚上7点的平均输出功率达到590μW,压电能量收集装置在1.2 m/s的匀速步行状态驱动下的平均输出功率达540μW以上,复合能量输出功率能够稳定在1.124 mW以上,即20 min产电1.349 J。对系统各单元进行数据采集测试以及功耗测试,得出系统一个工作周期耗能1.04 J。从能量收支平衡来看,利用运动机械能与光能复合供电的生理信息采集系统可实现自我维持定时工作,具有一定的应用参考价值。

关键词：可穿戴生理信息监测自供电系统复合能量收集能量管理控制电路

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基于多项式曲面解耦算法的光纤温盐度传感器

光学学报 2024年

作者：吴新新常建华胡子怡柯欣怡闵洋南京信息工程大学电子与信息工程学院南京信息工程大学天长研究院南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心

提出了一种基于半开腔结构的全光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）传感器，用于海水温度和盐度的同时测量。该传感器是将一段单模光纤（SMF）熔接在两段具有较大横向偏移的多模光纤（MMF）中制作而成。海水温度和盐度的变化会改变两束干涉光... 详细信息

提出了一种基于半开腔结构的全光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）传感器，用于海水温度和盐度的同时测量。该传感器是将一段单模光纤（SMF）熔接在两段具有较大横向偏移的多模光纤（MMF）中制作而成。海水温度和盐度的变化会改变两束干涉光之间的相位差，进而导致透射光谱中干涉倾角波长发生偏移，从而实现对温度和盐度的高灵敏度测量。实验结果表明，该传感器的最大温度和盐度灵敏度分别为2.1636 nm/℃和-2.65 nm/‰。针对海水温度与盐度之间存在的串扰问题，提出采用包含交互作用项的二次多项式曲面拟合非线性解耦算法实现数据的精确解耦，相较于常用的线性解耦算法其测量误差明显降低。该传感器灵敏度高，性能稳定，在复杂的海洋环境参数检测中具有广阔的应用前景。

关键词：光纤传感器马赫-曾德尔干涉解耦算法温度盐度