BP Method With Rectified Linear Unit-Based Nonlinear Decoupling for 3-Axis FBG Force Sensor

解耦(概率) 光纤布拉格光栅 乙状窦函数 非线性系统 灵敏度(控制系统) 控制理论(社会学) 准确度和精密度 计算机科学 声学 工程类 电子工程 光学 物理 光纤 人工智能 控制工程 量子力学 人工神经网络 控制(管理)
作者
Tianliang Li,Han Zheng,Anqi Pan,Jinxiu Guo,Dongjian Wu,Yuegang Tan,Zude Zhou
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:21 (3): 2972-2979 被引量:24
标识
DOI:10.1109/jsen.2020.3022663
摘要

A fiber Bragg grating (FBG) force sensor with a compact size has been designed which can achieve the detection of three force components (Fx, Fy, Fz). The sensor is mainly comprised of a deformable body, a support body, and 5 FBGs. Although the FBGs show advantageous sensitivity on forces, the coupled effect among the measured components along different directions brings difficulties in the precision improvement of the sensor. In this article, a Rectified Linear Unit (ReLU) -based Back Propagation (BP) method has been adopted to decouple the designed sensor and improve the precision. Its theoretical sensing model and nonlinear decoupling algorithm have been derived and introduced, respectively. Experiments have been implemented to investigate the feasibility of the adopted method. Compared with the linear method (LM) and sigmoid function-based BP method, the ReLU-based BP method has better measurement accuracy that the average relative errors are less than 2% of full scale (F.S.) for the designed 3-axis force sensor. Such a result validates the feasibility and effectiveness of the adopted method to decouple the nonlinear response of the designed sensor.
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