智能背景下机器学习在柔性应变传感器中的应用研究进展

为深入研究智能纺织品中柔性应变传感器的发展,探讨了其在检测人体运动轨迹、力学/声学特征以及各类生理指标信息方面的应用,着重阐述了机器学习在提升整个柔性应变传感系统性能方面的作用。通过系统综述最新研究进展,旨在深化对机器学习在基于智能纺织品的柔性应变传感器领域应用的理解。介绍了几种常见柔性应变传感器的原理结构和相关研究,并概述了与柔性应变传感器阵列相结合的先进机器学习算法;系统分析了基于智能纺织品的柔性应变传感器结合机器学习在不同领域中的最新研究,强调了在柔性应变传感器中使用机器学习的益处;最后针对基于智能纺织品的柔性应变传感器结合机器学习的应用所面临的挑战以及如何提升整个传感系统的实用性进行展望,以期能够推动机器学习在柔性智能可穿戴领域的广泛应用,从而进一步推动智能材料与智能纺织品的发展。

基于压电振动传感器的骨折愈合状态模拟实时检测系统

为解决传统影像检查无法实时检测骨折愈合状态,以及植入式检测方法手术难度大、可能引起排斥反应的问题,设计了一种基于压电振动传感器的骨折愈合状态模拟实时检测系统。该系统主要包括5个部分:骨折愈合状态模拟、振动模块、振动信号调理模块、单片机控制模块和上位机。通过模拟环境采集骨折愈合状态的振动信号,然后通过单片机控制模块传输至上位机进行处理并实时检测。同时,对比分析朴素贝叶斯、决策树和随机森林集成学习几种不同算法在检测分类效果上的差异。结果表明,使用随机森林集成学习算法进行骨折愈合状态模拟的检测分类,响应时间不超过0.2 s,准确率达98.2%,这不仅保证了系统的实时性,而且提高了系统检测分类的准确性。

基于模糊自整定PID算法的压电柔性机械臂振动控制研究

柔性臂运行过程中的振动降低了其定位和操作精度,不同控制算法时的柔性臂抑振效果也不相同。针对刚-柔-电耦合的双连杆压电柔性机械臂,提出基于模糊自整定PID算法的柔性臂振动主动控制方法。利用MATLAB软件中的模糊工具箱,建立有效的模糊规则,实现了PID参数在线自整定模糊控制系统的设计与仿真。与常规PID控制算法相比较,仿真及实验结果表明:两种算法均能抑制柔性机械臂的振动,但模糊自整定PID控制器具有响应快、鲁棒性好、调整方便等优点,并更好地改善了控制系统的动态性能。

全柔性电容式触觉传感阵列设计与实验

针对现有机器人触觉传感器存在可穿戴性与可移植性差、不易维护及扩展等缺点,设计了一种可用于机器人敏感皮肤的全柔性电容式触觉阵列传感器。以炭黑填充硅橡胶作为电容式触觉传感器的弹性电介质,聚酰亚胺为柔性基体,有机硅导电银胶和金属膜为上、下两柔性极板,共同构成压力敏感单元,并排列成可拼接式阵列结构。分析并介绍电容式柔性触觉传感器的工作原理、结构设计及电容阵列信号采集与处理系统。实验结果表明,该全柔性电容式触觉阵列传感器及信号提取系统具有良好的稳定性与灵敏度,可用作人工智能皮肤实现全触觉感知。

PVDF压电薄膜振动传感器及其信号处理系统

建立了测量振动的ＰＶＤＦ压电薄膜敏感元件的等效模型与传感方程，介绍了测量信号处理系统的结构、功能和用于机敏柔性梁上的实验结果，并给出了与加速度传感器测量结果的比较。

光纤传感振动检测系统及其实验研究

实际工程结构中的振动检测是十分重要的,也是十分复杂的,常用的结构振动检测传感器易受工程现场恶劣环境的影响,而光纤传感器具有小巧、抗电磁干扰、灵敏度高、适合长期监测等优点。本文建立了基于马赫—曾德(Mech-Zehnder)干涉原理的光纤传感振动检测系统,研制了运用先进的数字信号处理技术采集和处理数据的专用软件,并在典型结构件——钢制悬臂梁结构上进行了外加信号作用下的强迫振动检测和冲击载荷作用下的自由衰减振动检测,测量了该结构件的频率及振幅,其结果与同时进行的成熟的电测结果相近,说明光纤传感器用于结构件的振动测量是可靠的。本文为光纤传感器应用于实际工程的振动检测提供了新的技术装置,具有工程应用前景。

碳纳米管/PDMS复合材料柔性阵列压力传感器制备与实验

以碳纳米管(CNTs)作为导电填料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体材料,采用溶液法制备出CNTs/PDMS导电复合材料。研究了碳纳米管浓度对复合材料的电学特性和压阻特性的影响规律,得到碳纳米管在PDMS中的渗滤阈值。通过复合材料的压力灵敏度优化碳纳米管浓度。以制备的复合材料为敏感材料,FPCB工艺加工的柔性基板为电极,设计制备了一种结构和工艺简单的柔性阵列压力传感器。用零电势法设计了阵列传感器电阻读出电路与Lab VIEW实现的上位机软件配合,实现信号读取和显示。实验结果表明,设计的柔性阵列压力传感器表现出较高的灵敏度和较大的线性误差,可以实现压力分布与大小的实时监测,该设计可为柔性阵列压力传感器设计与制备提供参考。

基于光纤光栅的振动参数监测及信号处理系统

针对光纤光栅传感与其他传感技术相比,有其独特的优点,对光纤光栅传感器进行了理论分析,建立了通过测量光纤光栅传感元件的波长而得到振动参数的理论模型,介绍了测量信号处理系统的结构,作了光纤光栅传感器与加速度传感器的振动参数监测实验,并对实验结果进行了比较。结果表明,光纤光栅传感器的性能很好,可以用于低频振动结构的动态实时监测。

提高振弦式传感器测量精度的方法的研究

振弦式传感器是水利工程和结构监测中应用较为广泛的设备之一。针对振弦式传感器输出信号微弱、放大检测中容易受到干扰而造成的测量精度下降问题,通过一个大坝高边坡安全监测工程应用实例的研究,从硬件的合理设计和软件的数据处理两方面详细分析和有效解决了振弦式传感器测量过程中的干扰问题,大大提高了振弦式传感器的测量精度。

新型FBG振动传感器的研究与实现

针对常用振动传感器灵敏度低、测量范围小以及材料缺陷等缺点,在分析光纤布拉格光栅(FBG)传感原理的基础上,设计了一种基于悬臂梁结构匹配光栅滤波解调的振动传感器。通过附加电磁阻尼,提高了传感器的灵敏度以及信号检测的稳定性,扩大了频率测量范围。利用激振器标准信号进行振动测试实验,并加以傅里叶分析,得到了良好的实验结果。通过实验测试证明:无失真检测频率可达300 Hz,系统频带宽,稳定性好,灵敏度高。

柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统

为解决现有触觉力标定系统不易实现对柔性触觉传感阵列中任意触觉单元进行标定,且存在精度低、不易操作等弊端,设计并研制了一种柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统。利用STM32F103VET6高性能微处理器控制步进电机以联动S型高精度压力传感器实现二维力的精确加载与标定,并将标定信息于上位机实时图形化显示。介绍了标定平台的结构特点、工作原理及系统软硬件设计,通过对系统误差分析及平台标定测试,可实现二维力加载范围0-50 N,法向与切向精确度为0.18%FS。触觉力加载应用实验表明,该加载平台具有较高的测量精度和较强的实用性,为不同结构单元的柔性触觉传感阵列二维力标定及加载提供了便利。

一种基于传感器的数据采集与信号处理系统

介绍了双连杆柔性机械手臂上的各种传感器信号处理系统的基本构成和工作原理,讨论了系统设计中遇到的一些问题。

旋转叶片振动参数检测方法

论述了一种高精度旋转叶片振动参数叶尖定时检测方法。设计一套叶尖定时传感系统 ;利用叶尖经过非接触测头的时间进行测量 ,与传统接触测量方法相比 ,具有实时性强、精度高、适用于高转速等优点。通过多个叶尖定时传感器实现对叶片振动的实时、全面监测 ;利用叶根同步传感器减小了由于转速不稳定造成误差的影响。论述了系统原理和叶尖定时信号的处理方法 。

FBG振动参数监测试验研究

通过对光纤光栅传感器进行理论分析,建立了由测量光纤光栅传感元件的波长而得到振动参数的理论模型,介绍了测量系统信号处理,并对光纤光栅与加速度计的试验结果进行了比较。

光纤系统应用于FRP混凝土结构的实验研究

本文引入基于马赫-曾德(Mech-Zehnder)干涉原理的光纤传感检测系统,成功地进行了FRP混凝土结构的应变和振动检测。本文为光纤传感器应用于复合材料,并向工程结构的力学性能测试提供了新的技术装置,也为智能结构的研究奠定了技术基础。

基于DSP＋FPGA的柔性臂混合控制系统设计

针对难以控制的柔性机械臂,设计了强鲁棒性、强自适应能力的模糊滑模控制策略;并针对控制对象与控制算法的复杂性,设计了基于DSP+FPGA的控制系统,保证了系统的实时性和精确度。

一种基于传感器的数据采集与处理系统

本文介绍了双连杆柔性机械手臂上的各种传感器信号处理系统的基本构成和工作原理。同时讨论了系统设计中遇到的一些问题。

基于分布式光纤振动传感器的铁路安全监测算法

针对铁路沿线存在人员攀爬栅栏网这一问题,将分布式光纤传感技术和信号分析技术相结合,提出了一种基于分布式光纤振动传感器的铁路安全监测算法。通过沿铁路周界栅栏网敷设的光缆感知并传导信号,搭建铁路与监测算法的物联网连接,实现对攀爬行为的智能化监测。针对铁路周围环境较复杂、干扰较多的情况,采用海明窗分帧加小波阈值去噪的方法对每帧信号进行滤波,提高了振动信号的信噪比。在特征选择上,从时域和频域上分别提取信号的功率和短时过电平率作为联合特征,对是否存在攀爬行为进行判别。因为攀爬行为具有空间上的连续性,在监测过程中设置最小报警范围滤除范围过小的报警,提高了监测系统的准确性。

接触式传感器对柔性机械手振动控制系统性能的影响

为了满足柔性机械手的高速运行和高精度定位的性能要求,采用了振动主动控制系统消除机械手末端振动。但控制系统中的接触式传感器改变了机械手的动力学特性。利用Lagrange方程原理建立了柔性机械手末端装有传感器的非线性动力学模型,从理论和仿真实验两个方面分析了接触式传感器的安装对动力学特性和控制系统性能的影响,并得出了相关结论。

柔性机械手数据采集与处理系统

本文介绍了清华大学双连杆柔性机械手数据采集与信号处理系统的基本构成和工作原理。