光纤光栅传感信号解调方法研究

论文摘要

光纤传感技术是一种新型传感技术,具有诸多优点,被广泛应用于工业、农业、军事、医疗等领域。本文选择光纤光栅传感测量课题中的波长解调检测问题进行研究,具有实际意义和学术价值。本文在进行了大量调研分析的基础上,综述了光纤布拉格光栅（FBG）传感技术的基本原理、研究应用现状、发展方向及其技术特点。介绍了基于可调谐Fabry-Perot滤波器的FBG传感系统的测量原理。研究分析了FBG传感解调信号的特点及其系统光路中产生的噪声模型,并分别使用LabVIEW与MATLAB软件仿真产生了含噪FBG传感解调信号。提出了一种由滤波-分峰-寻峰-定位构成的FBG传感解调信号处理流程,使用LabVIEW软件实现了该流程中每个步骤,并进行了详细分析。针对该流程中的滤波与寻峰两大重点过程给予了着重研究,分别对七种传统滤波算法包括限幅滤波、滑动平均滤波、中值滤波、五点三次平滑、IIR滤波、FIR滤波、零相位滤波进行了仿真分析,对九种寻峰算法包括质心法、高斯拟合、多项式拟合、三次样条拟合、RBF拟合,反卷积法、频谱相关法、半峰检测法、斜率交点求解法进行了仿真分析,得到了大量数据。分别比较了各种滤波及寻峰算法的优劣性。结合当前相关文献的分析,提出了使用平稳小波变换来处理FBG传感解调信号,并将其性能与普通离散小波变换及传统滤波方法进行了对比分析,表明平稳小波变换在处理FBG传感解调信号方面更具优势。完成了基于可调谐Fabry-Perot滤波器传感系统采集控制软件的编写与调试,并结合系统硬件进行了实验。实验表明该采集控制软件能够正常采集分析光谱数据,同时各项控制功能均可以稳定运行。同时验证了本文提出的信号处理流程是可行的,理论是正确的,方法是有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光纤布拉格光栅传感技术的特点及应用
• 1.2.1 FBG 传感技术特点
• 1.2.2 FBG 传感技术发展及现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 FBG 传感信号解调理论基础
• 2.1 FBG 传感基本原理
• 2.1.1 传感原理
• 2.1.2 测量原理
• 2.1.3 传感器技术指标
• 2.2 FBG 信号与噪声
• 2.2.1 FBG 信号特点
• 2.2.2 噪声模型
• 2.3 信号处理流程
• 2.4 解调算法原理
• 2.4.1 传统滤波算法
• 2.4.2 寻峰算法
• 2.5 FBG 信号的小波处理
• 2.5.1 小波的基本原理
• 2.5.2 小波滤波理论
• 2.6 本章小结
• 第3章 解调算法仿真与分析
• 3.1 仿真与实验信号设定
• 3.2 滤波算法分析
• 3.2.1 滤波性能评价标准
• 3.2.2 传统滤波算法仿真
• 3.2.3 传统滤波算法比较
• 3.3 谱峰粗定位和阈值分割
• 3.3.1 谱峰粗定位
• 3.3.2 阈值确定
• 3.4 寻峰算法分析
• 3.4.1 寻峰算法仿真
• 3.4.2 寻峰算法比较
• 3.5 小波算法仿真
• 3.5.1 确定小波基
• 3.5.2 确定分解层数
• 3.5.3 DWT 与SWT
• 3.5.4 SWT 与传统滤波算法的比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 光纤布拉格光栅传感解调系统设计
• 4.1 系统硬件组成
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 采集模块
• 4.2.2 处理模块
• 4.2.3 存储模块
• 4.3 系统关键技术
• 4.4 系统实验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要