光纖光柵傳感技術與應用

目錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 光纖光柵技術的發(fā)展與分類 2
1.2.1 光纖光柵的發(fā)展 2
1.2.2 光纖光柵的分類 4
1.3 光纖光柵傳感器的研究與應用 5
參考文獻 5
第2章 光纖光柵傳感特性 7
2.1 引言 7
2.2 FBG傳感特性 8
2.2.1 應變傳感特性 8
2.2.2 溫度傳感特性 9
2.2.3 光譜特性 10
2.3 LPG傳感特性 11
2.3.1 溫度傳感特性 12
2.3.2 折射率特性 14
參考文獻 15
第3章 光纖光柵傳感信號去噪 17
3.1 引言 17
3.2 基于小波變換的FBG傳感信號去噪原理 18
3.2.1 小波變換 18
3.2.2 小波去噪原理 20
3.2.3 改進小波閾值去噪原理 24
3.2.4 實驗結果與分析 29
3.3 基于經驗模態(tài)分解的FBG傳感信號去噪原理 33
3.3.1 經驗模態(tài)分解 33
3.3.2 經驗模態(tài)分解去噪原理 34
3.3.3 改進的經驗模態(tài)分解去噪原理 35
3.4 基于EMD與互信息的FBG信號去噪 36
3.4.1 基于模態(tài)消除法排除虛假分量 36
3.4.2 互信息法確定高低頻分離點 38
3.4.3 實驗與結果分析 39
參考文獻 43
第4章 光纖光柵傳感信號的修補原理 46
4.1 引言 46
4.2 基于壓縮感知的光纖光柵信號修補原理 47
4.2.1 壓縮感知基本理論 47
4.2.2 改進壓縮感知修補FBG缺損信號 50
4.3 基于字典學習的FBG缺損信號修補原理 58
4.3.1 基于學習方法的分析 59
4.3.2 基于AK-SVD算法的字典獲取方法 59
4.3.3 基于字典學習的FBG缺損信號修補原理 60
參考文獻 61
第5章 光纖光柵傳感信號峰值解調原理 63
5.1 引言 63
5.2 三點尋峰算法 64
5.2.1 算法原理 64
5.2.2 三要素選取策略 66
5.2.3 實驗結果與分析 73
5.3 指數(shù)修正高斯擬合尋峰算法 75
5.3.1 算法原理 75
5.3.2 指數(shù)修正高斯擬合尋峰算法實現(xiàn) 78
5.3.3 實驗結果與分析 81
5.4 多峰光譜自適應尋峰算法 84
5.4.1 峰值點初定位 84
5.4.2 自適應多峰值區(qū)域分割 86
5.4.3 基于廣義高斯模型的峰值精確定位 88
5.4.4 實驗結果與分析 91
參考文獻 94
第6章 光纖光柵在溫度和濃度雙參量實時解調中的應用 96
6.1 引言 96
6.2 實驗平臺搭建 97
6.2.1 雙參量測量實驗模型 97
6.2.2 實驗系統(tǒng)硬件組成 98
6.3 溫度和濃度雙參量實時解調 100
6.3.1 FBG傳感信號的溫度靈敏度 100
6.3.2 LPG傳感信號的溫度靈敏度 102
6.3.3 LPG傳感信號的折射率靈敏度 103
6.3.4 雙參量實時解調結果 104
參考文獻 107
第7章 光纖光柵在海洋平臺沖擊及管道泄漏定位中的應用 108
7.1 引言 108
7.2 FBG傳感網(wǎng)絡海洋平臺沖擊識別與定位 109
7.2.1 分布式傳感系統(tǒng)的設計與構建 109
7.2.2 基于SVM的沖擊力大小識別 111
7.2.3 海洋平臺沖擊點的精確定位 113
7.3 FBG傳感網(wǎng)絡輸油管道泄漏檢測與定位 115
7.3.1 FBG傳感探頭設計 116
7.3.2 泄漏檢測系統(tǒng)的構建 119
7.3.3 泄漏點的檢測及定位 121
7.4 實驗結果與分析 122
7.4.1 訓練集的構建 122
7.4.2 沖擊力大小的識別 123
7.4.3 沖擊點的精確定位 124
7.4.4 定位方法對比 125
參考文獻 127
第8章 光纖光柵在航天飛行器結構健康檢測中的應用 129
8.1 引言 129
8.2 FBG傳感平臺的設計與構建 129
8.3 基于FBG直角應變花的飛行器結構沖擊檢測 131
8.3.1 結構沖擊精確定位 131
8.3.2 結構沖擊力精確識別 132
8.4 FBG應變花應變解耦與橫向效應補償 133
8.4.1 應變解耦模型 133
8.4.2 FBG橫向效應補償 134
8.5 沖擊定位實驗驗證 136
8.5.1 實驗系統(tǒng)的構建 136
8.5.2 結構沖擊實驗驗證與結果分析 137
參考文獻 140
第9章 光纖光柵在周界安防中的應用 142
9.1 引言 142
9.2 基于EMD的入侵行為識別算法 143
9.2.1 傳感信號獲取 143
9.2.2 入侵發(fā)生時間確定 143
9.2.3 改進EMD算法對信號進行分解 144
9.2.4 特征提取以及分類 148
9.3 基于FBG傳感器的入侵定位算法 149
9.3.1 基于簡支梁理論的初定位 149
9.3.2 基于改進PSO算法的入侵定位優(yōu)化方案 152
9.4 入侵行為識別實驗 154
9.4.1 入侵分類實驗平臺搭建 154
9.4.2 入侵分類實驗原理 155
9.4.3 入侵信號提取及處理 155
9.4.4 特征提取及分類結果分析 159
9.5 入侵定位實驗 161
9.5.1 FBG傳感器數(shù)量確定 161
9.5.2 實驗原理 162
9.5.3 實驗系統(tǒng)搭建 163
9.5.4 實驗結果與分析 164
參考文獻 169
第10章 光纖光柵在大容量傳感網(wǎng)中的應用 171
10.1 引言 171
10.2 FBG傳感網(wǎng)的復用技術 172
10.2.1 波分復用技術 172
10.2.2 時分復用技術 173
10.2.3 空分復用技術 174
10.2.4 光譜形狀復用技術 175
10.3 大容量FBG傳感光譜的壓縮與重構 176
10.3.1 FBG光譜壓縮與重構算法 176
10.3.2 實驗結果與分析 180
10.4 大容量FBG傳感網(wǎng)的尋址定位 187
10.4.1 FBG傳感網(wǎng)模型及問題描述 187
10.4.2 FBG傳感網(wǎng)尋址定位算法 190
10.4.3 實驗結果與分析 195
10.5 大容量FBG重疊光譜的精確解調 203
10.5.1 FBG傳感網(wǎng)的設計與構建 203
10.5.2 FBG重疊光譜解調算法 204
10.5.3 實驗系統(tǒng)搭建 209
10.5.4 實驗結果與分析 210
參考文獻 214
附錄 217