光电探测器与单模光纤精确对准算法研究

针对光电探测器模块的耦合封装,提出了一种精确对准的位置搜索算法,完成了光纤与光接收芯片从零响应电流到最大响应电流位置的搜索定位。在对准耦合的精确搜索阶段,为克服多个自由度之间交叉耦合的问题,首次将模式搜索法应用到光纤与光接收芯片对准的多自由度搜索中。理论分析了光电探测器的耦合效率数学模型,运用爬山法与模式搜索法进行仿真并与实验结果进行了对比,结果表明模式搜索法在耦合成功率和搜索速度上都明显优于爬山法。针对三自由度的光纤与光接收芯片的对准,使用模式搜索法的平均搜索时间在25s内,比使用爬山法的平均搜索时间约快20s,且使用模式搜索法的耦合成功率达到90%以上,比使用爬山法的耦合成功率高30%左右。     

光纤有源器件封装制造中的自动对准方法研究

针对激光二极管的封装,设计了大行程与高分辨率相结合的耦合对接试验平台,平台直线运动行程50mm,可实现0.01μm的可控分辨率。设计粗对准与精密对准相结合的搜索算法,完成激光二极管与单模光纤从零功率耦合到最大功率耦合位置的搜索定位。在峰值功率搜索阶段,为克服各个自由度交叉耦合的影响,首次将模式搜索法应用到光纤对准多自由度搜索,在搜索速度和算法稳定性上都优于传统的基于爬山法的变量轮换法。目前,使用模式搜索法进行三自由度搜索的平均搜索时间为30~50s。     

基于新型变步长爬山搜索法的光伏MPPT系统设计

针对光伏发电系统传统跟踪算法精度低、适应性差、振荡剧烈等问题,提出一种改进的变步长爬山算法。该算法采用了二分变步长与固定步长结合的新型爬山算法,实现了对光伏MPPT系统的控制。仿真结果表明,与传统爬山搜索法相比,改进算法的跟踪速度提高了1.57%,稳定时间减少了1.2%,输出效率提高了5.4%左右,同时还极大地减少了在最大功率点附近的振荡幅度,提高了系统的稳定性。     

基于图像清晰度评价的跟踪望远镜自动调焦算法研究

为了减小跟踪望远镜调焦时间,分析了自动调焦的光学原理及数字图像处理相关技术,提出一种适合跟踪望远镜的实时自动调焦算法。该算法基于对图像清晰度的评价,通过步进电机驱动次镜移动来搜索最佳成像位置,并且综合了全局搜索法与传统爬山法的优点。在实验中,完成了对远处静态目标自动对焦,有效地避免了局部峰值导致的对焦失败,在保证系统调焦精度的前提下使对焦速度小于3s。     

低功率双馈风力发电系统MPPT控制及仿真

针对风力发电系统在额定风速以下运行时的最大风能跟踪问题,分别采用经典爬山搜索法和改进极值搜索法进行风电系统的最大风能跟踪控制。经典爬山搜索法通过判断输出功率和风力机转速的梯度值来搜索最佳运行点,而改进极值搜索法通过叶尖速比和风能利用系数经傅里叶变换获取的运行点相位信息来进行搜索,并通过改进积分器实现变步长快速追踪稳定运行的控制目标。通过Matlab/Simulink软件建立了低功率双馈风力发电系统最大风能跟踪控制仿真模型,并对两种控制方法进行了对比分析。仿真结果表明:改进极值搜索控制能够使系统快速地跟踪风速变化,保持最佳叶尖速比,提高了风能利用系数和风能的利用效率。     

自动光纤对准系统的研制

为了解决光器件生产中的效率问题 ,研制了自动光纤对准系统。本系统应用了高精度、高速的运动平台 ,采用了高精度运动控制器 ,使用了GPIB通讯技术 ,快速的搜索方法 ,面向对象的编程技术 ,实现了光纤对准工序的自动化     

一种改进人工势场法的机械臂路径规划方法

针对人工势场法算法存在复杂障碍物环境中易陷入局部最小值无法运动的问题,本文提出了一种适用于静态环境中机械臂路径规划改进的人工势场法,通过在引力场中添加引力安全阈值,在斥力场中添加路径搜索当前点与目标点的欧式距离,引入自适应大步长的模拟退火算法对局部最小值进行逃逸。首先,修改势场函数模型;然后,当搜索路径陷入局部最小值时,采用自适应大步长的模拟退火算法往障碍物最少的空间逃逸;最后,在规划出来的路径上提出一种冗余节点删除策略与拐点消除算法,对规划出来的路径进行平滑处理。仿真和实验验证了本文提出的六自由度机械臂避障路径规划策略有效性。     

平面光波导精密对准平台运动误差的敏感性分析

在阵列光纤与波导芯片的对准过程中,多自由度精密运动平台的运动精度直接影响其耦合效率。针对此问题,运用多体动力学理论,通过分析运动平台的各项误差源,建立了多自由度精密运动平台的误差模型。采用基于方差的Sobol法对运动平台的各项误差进行敏感性分析,从而得到了各误差参数在敏感方向的影响程度。试验结果与理论分析结果基本吻合,说明该模型具有一定的适用性。该模型可为多自由度精密运动平台的运动精度控制、误差补偿分析以及系统优化设计提供借鉴。     

基于模式搜索法的数控机床空间误差溯源

运用模式搜索法对数控机床空间误差数据进行最小二乘拟合求解,实现运动构件6项自由度误差的误差溯源.针对空间误差的误差溯源问题,通过设定空间矢量误差和最小为目标函数,以最小二乘拟合为原理,采用模式搜索法,将空间误差分解为数控机床运动构件的6项自由度误差.试验验证该方法可以有效识别出机床运动构件的6项自由度误差,为误差补偿提供了重要的理论依据.     

基于光纤光栅法珀腔传感器的结构表面温度测量方法

针对结构表面温度测量需求,提出了一种基于光纤光栅法珀腔传感器的表面温度测量方法,通过光纤光栅和光纤法珀 传感同时获取被测结构的温度、应变信息,从而补偿应变对温度的交叉敏感。 本文分析了光纤光栅法珀腔的表面温度测量原 理,通过仿真对传感器的主要参数进行了设计;并提出了一种基于双参数的最小均方差估计算法用于光纤光栅法珀腔传感器的 信号解调;最后,对光纤光栅传感器和光纤光栅法珀腔传感器进行了温度测量对比实验。 试验结果表明,光纤光栅法珀腔温度 传感器在常温到 400℃范围内,温度测量值的直线拟合相关系数为 0. 998 4,最大误差百分比为 1. 46% ,均优于单光纤光栅温度 传感器。     

球透镜耦合效率研究

根据能量积分法计算了球透镜用于激光二极管(LD)与单模光纤(SMF)之间耦合的耦合效率,并对其进行研究。结果表明:当采用单球透镜时,所带来的轴向偏差为±30 μm,横向偏差为±1.0 μm,沿着X-Y平面的轴向倾角偏差为±1.2°;当采用双球透镜时,角向偏差最大,横向偏差次之,轴向偏差最小。     

High precision optical fiber alignment using tube laser bending

In this paper, we present a method to align optical fibers within 0.2 μm of the optimal position, using tube laser bending and in situ measuring of the coupling efficiency. For near-UV wavelengths, passive alignment of the fibers with respect to the waveguides on photonic integrated circuit chips does not suffice. In prior research, it was shown that permanent position adjustments to an optical fiber by tube laser bending meets the accuracy requirements for this application. This iterative alignment can be done after any assembly steps. A method was developed previously that selects the optimal laser power and laser spot position on the tube, to minimize the number of iterations required to reach the target position. In this paper, that method is extended to the case where the absolute position of the fiber tip cannot be measured. By exploiting the thermal expansion motion at a relatively low laser power, the fiber tip can be moved without permanent deformation (only elastic strain) of the tube. An algorithm has been developed to search for the optimal fiber position, by actively measuring and maximizing the coupling efficiency. This search is performed before each bending step. Experiments have shown that it is possible to align the fiber with an accuracy of 0.2 μm using this approach.     

基于中心积分法的11维集成光波导芯片封装系统

研制了基于中心积分法的集成光波导芯片封装系统,该系统在空间11维上实现了光波导器件的位置调节,通过高精度对准和改进后的中心积分法快速准确地实现芯片对准。在单芯光纤-条波导-单芯光纤系统的封装测试实验中,端面耦合损耗的平均值为0.113 6 dB,单次耦合损耗的最大值＜0.13 dB,标准偏差＜0.02 dB,单次耦合时间＜2 min。在单芯光纤列阵-1×8波导分支耦合器-8芯光纤列阵的封装生产中,各通道插入损耗均＜10.5 dB,均匀性指标＜0.4 dB,单次耦合时间＜5 min。数据证明,该系统已完全达到商业化标准,具有良好效果和实用性。     

柱状楔形微透镜光纤与半导体激光器耦合效率研究

为了提高半导体激光器与光纤耦合的耦合效率和失配容忍度,提出了利用带柱状楔形微透镜的多模光纤与大功率单片式宽发射域半导体激光器进行耦合的新技术。采用光线追迹的方法,进行数值模拟。通过对光纤微透镜结构参数进行优化,得到了高达99%的理论耦合效率。同时,还在理论上讨论了耦合时在光线传输方向上的失配容忍度。在实验中,得到了最高为87.06%的耦合效率。     

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

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...     

锥形光纤在空间光通信耦合系统中的应用

为了提高自由空间光通信的接收端耦合效率,将锥形光纤应用于光耦合,依据BPM算法的仿真结果使用熔融拉锥法制备了满足低损传输条件的锥形光纤。在实验上研究了锥形光纤和双锥形光纤模场传输特性。通过静态空间光-光纤耦合实验,对比了多/单模熔接光纤和锥形光纤光耦合效率和传输效率的差异,并研究了以上两种光纤结构耦合效率的横向偏移量容差。结果表明,锥形光纤的传输效率约为70%,具有低损传输特性、用于匹配后端单模光电子器件的良好滤波特性以及相比普通光纤更高的横向偏移量容差特性,因此可以广泛应用于自由空间光通信接收端光耦合、模式转换器等方面。     

基于DE算法的双波长光纤F-P传感系统结构优化

DE算法全局搜索能力强,收敛速度快,鲁棒性好,易于使用,能有效的解决复杂优化问题。针对光纤F-P传感器易偏离工作点问题,提出了双波长稳定技术,建立双波长稳定系统的数学优化模型,采用DE算法进行结构优化。结果表明,DE算法能在较短的运行时间内得到全局最优解,优化目标下降98.375%;证明该算法正确可行,高效可靠,能很好的用于光纤F-P传感器的结构优化设计。     

Early fault feature extraction of bearings based on Teager energy operator and optimal VMD

As the fault shock component in vibration signals is extremely sparse and weak, it is difficult to extract the fault features when large-scale, low-speed and heavy-duty mechanical equipment is in the early stage of failure. To solve this problem, an early fault feature extraction method based on the Teager energy operator, combined with optimal variational mode decomposition (VMD) is presented in this study. First, the Teager energy operator was used to strengthen the weak shock component of the original signal. Next, a logistic–sine complex chaotic mapping with variable dimensions was constructed to enhance the global search ability and convergence speed of the pigeon-inspired optimization (PIO) algorithm, which is named the variable dimension chaotic pigeon-inspired optimization (VDCPIO) algorithm. Then, the VDCPIO algorithm is used to search for the optimal combination value of key parameters of VMD. The enhanced vibration signal is decomposed into a set of intrinsic mode functions (IMFs) by the optimized VMD, and then kurtosis for every IMF and mean kurtosis of all IMFs are extracted. According to the average kurtosis, several IMFs, whose kurtosis value is greater than the average kurtosis value, are selected to reconstruct a new signal. Then, envelope spectrum analysis of the reconstructed signal is carried out to extract the early fault features. Finally, experimental verification of the method was performed using the simulated signal and measured signal from a rolling bearing; the experimental results indicate that the method presented in this paper is more effective to extract the early fault features of this kind of mechanical equipment.     

两高斯模场间耦合效率的分析

本文对强度为椭圆高斯分布和圆高斯分布的两模场间的耦合效率,从简单的机械误差分析出发,得到了在平面波近似下有综合机械误差情况的耦合效率公式,并给出了球面波情况下的两强度为圆高斯分布的模场间的耦合效率公式。     

基于混沌优化的多层前馈神经网络

BP算法是应用广泛的一种多层前馈神经网络模型,针对算法求解精度低、搜索速度慢、易于陷入局部极值点等问题,根据混沌理论的全局优化思想,提出采用"多次载波"技术将混沌优化和前馈神经网络相结合,利用已找到的近似最优解来启发搜索全局最优解的方法训练神经网络,以布尔函数识别、曲线逼近、模式识别3个典型应用对算法进行验证。研究结果表明,算法具有较好的泛化能力和快速全局收敛的性能,特别是针对中小规模的网络,混沌优化算法在训练时间、全局收敛率等指标方面优于BP算法。