光纖光柵傳感技術(shù)與應(yīng)用

目錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 光纖光柵技術(shù)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(yīng)用 5
參考文獻(xiàn) 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(yīng)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(xiàn) 15
第3章 光纖光柵傳感信號(hào)去噪 17
3.1 引言 17
3.2 基于小波變換的FBG傳感信號(hào)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(jìn)小波閾值去噪原理 24
3.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 29
3.3 基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的FBG傳感信號(hào)去噪原理 33
3.3.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解 33
3.3.2 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解去噪原理 34
3.3.3 改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解去噪原理 35
3.4 基于EMD與互信息的FBG信號(hào)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(diǎn) 38
3.4.3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 39
參考文獻(xiàn) 43
第4章 光纖光柵傳感信號(hào)的修補(bǔ)原理 46
4.1 引言 46
4.2 基于壓縮感知的光纖光柵信號(hào)修補(bǔ)原理 47
4.2.1 壓縮感知基本理論 47
4.2.2 改進(jìn)壓縮感知修補(bǔ)FBG缺損信號(hào) 50
4.3 基于字典學(xué)習(xí)的FBG缺損信號(hào)修補(bǔ)原理 58
4.3.1 基于學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的FBG缺損信號(hào)修補(bǔ)原理 60
參考文獻(xiàn) 61
第5章 光纖光柵傳感信號(hào)峰值解調(diào)原理 63
5.1 引言 63
5.2 三點(diǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)現(xiàn) 78
5.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 81
5.4 多峰光譜自適應(yīng)尋峰算法 84
5.4.1 峰值點(diǎn)初定位 84
5.4.2 自適應(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 91
參考文獻(xiàn) 94
第6章 光纖光柵在溫度和濃度雙參量實(shí)時(shí)解調(diào)中的應(yīng)用 96
6.1 引言 96
6.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建 97
6.2.1 雙參量測量實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?97
6.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件組成 98
6.3 溫度和濃度雙參量實(shí)時(shí)解調(diào) 100
6.3.1 FBG傳感信號(hào)的溫度靈敏度 100
6.3.2 LPG傳感信號(hào)的溫度靈敏度 102
6.3.3 LPG傳感信號(hào)的折射率靈敏度 103
6.3.4 雙參量實(shí)時(shí)解調(diào)結(jié)果 104
參考文獻(xiàn) 107
第7章 光纖光柵在海洋平臺(tái)沖擊及管道泄漏定位中的應(yīng)用 108
7.1 引言 108
7.2 FBG傳感網(wǎng)絡(luò)海洋平臺(tái)沖擊識(shí)別與定位 109
7.2.1 分布式傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建 109
7.2.2 基于SVM的沖擊力大小識(shí)別 111
7.2.3 海洋平臺(tái)沖擊點(diǎn)的精確定位 113
7.3 FBG傳感網(wǎng)絡(luò)輸油管道泄漏檢測與定位 115
7.3.1 FBG傳感探頭設(shè)計(jì) 116
7.3.2 泄漏檢測系統(tǒng)的構(gòu)建 119
7.3.3 泄漏點(diǎn)的檢測及定位 121
7.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 122
7.4.1 訓(xùn)練集的構(gòu)建 122
7.4.2 沖擊力大小的識(shí)別 123
7.4.3 沖擊點(diǎn)的精確定位 124
7.4.4 定位方法對(duì)比 125
參考文獻(xiàn) 127
第8章 光纖光柵在航天飛行器結(jié)構(gòu)健康檢測中的應(yīng)用 129
8.1 引言 129
8.2 FBG傳感平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建 129
8.3 基于FBG直角應(yīng)變花的飛行器結(jié)構(gòu)沖擊檢測 131
8.3.1 結(jié)構(gòu)沖擊精確定位 131
8.3.2 結(jié)構(gòu)沖擊力精確識(shí)別 132
8.4 FBG應(yīng)變花應(yīng)變解耦與橫向效應(yīng)補(bǔ)償 133
8.4.1 應(yīng)變解耦模型 133
8.4.2 FBG橫向效應(yīng)補(bǔ)償 134
8.5 沖擊定位實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 136
8.5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建 136
8.5.2 結(jié)構(gòu)沖擊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析 137
參考文獻(xiàn) 140
第9章 光纖光柵在周界安防中的應(yīng)用 142
9.1 引言 142
9.2 基于EMD的入侵行為識(shí)別算法 143
9.2.1 傳感信號(hào)獲取 143
9.2.2 入侵發(fā)生時(shí)間確定 143
9.2.3 改進(jìn)EMD算法對(duì)信號(hào)進(jìn)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(jìn)PSO算法的入侵定位優(yōu)化方案 152
9.4 入侵行為識(shí)別實(shí)驗(yàn) 154
9.4.1 入侵分類實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建 154
9.4.2 入侵分類實(shí)驗(yàn)原理 155
9.4.3 入侵信號(hào)提取及處理 155
9.4.4 特征提取及分類結(jié)果分析 159
9.5 入侵定位實(shí)驗(yàn) 161
9.5.1 FBG傳感器數(shù)量確定 161
9.5.2 實(shí)驗(yàn)原理 162
9.5.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建 163
9.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 164
參考文獻(xiàn) 169
第10章 光纖光柵在大容量傳感網(wǎng)中的應(yīng)用 171
10.1 引言 171
10.2 FBG傳感網(wǎng)的復(fù)用技術(shù) 172
10.2.1 波分復(fù)用技術(shù) 172
10.2.2 時(shí)分復(fù)用技術(shù) 173
10.2.3 空分復(fù)用技術(shù) 174
10.2.4 光譜形狀復(fù)用技術(shù) 175
10.3 大容量FBG傳感光譜的壓縮與重構(gòu) 176
10.3.1 FBG光譜壓縮與重構(gòu)算法 176
10.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 195
10.5 大容量FBG重疊光譜的精確解調(diào) 203
10.5.1 FBG傳感網(wǎng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建 203
10.5.2 FBG重疊光譜解調(diào)算法 204
10.5.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建 209
10.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 210
參考文獻(xiàn) 214
附錄 217