干涉型光纤水听器虚拟检测系统研究与设计

论文摘要

光纤水听器是一门依托光纤传感技术，涉及到通信信号处理、自动控制、测量测试等诸多学科的高新技术，自问世以来就得到迅猛发展，广泛应用于军事领域。随着对光纤水听器性能要求的不断提高，各种信号检测技术也不断发展，经历了由模拟检测到数字化检测的转变，随着虚拟仪器技术的发展，虚拟检测水听器信号成为了一种新的方法和手段。本文通过详细阐述干涉型光纤水听器原理，重点对3×3耦合解调原理和数学模型进行了分析和比较，设计了干涉型光纤水听器ITT虚拟检测方案，通过调用动态链接库开发了基于LabVIEW的数据采集程序，按照“生产-消费者”程序结构模型和模块化设计理念，编写了数据处理和显示程序，开发出了光纤水听器ITT虚拟检测系统。通过调用动态链接库，驱动采集卡工作，实现了HS3-100高速实时的数据采集。通过模拟干涉型光纤水听器三路输出信号，进行仿真检测，验证了虚拟检测系统具有较强的抗直流漂移、交流幅值波动能力以及较大的调制信号相位误差适应范围；在实验室条件下，测得虚拟检测系统具有理想的声压灵敏度和符合行业计量标准的加速度灵敏度特性，达到了预期设计要求，并提出了测试的不足和系统需要改进的方面，为进一步研究和改进系统提出了参考意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤传感器概述
• 1.1.1 光纤传感技术介绍
• 1.1.2 光纤传感器种类和特点
• 1.1.3 光纤水听器介绍
• 1.2 光纤水听器国内外研究进展及现状
• 1.2.1 光纤水听器发展渊源及巨大动力
• 1.2.2 光纤水听器国外研究进展及现状
• 1.2.3 光纤水听器国内研究进展及现状
• 1.3 干涉型光纤水听器工程化面临的核心技术
• 1.3.1 高质量的传感探头
• 1.3.2 信号解调技术
• 1.3.3 模式与偏振问题
• 1.3.4 光源
• 1.4 课题意义和研究的主要内容
• 第2章 干涉型光纤水听器信号理论与 3×3 耦合器解调
• 2.1 干涉型光纤水听器原理
• 2.1.1 光纤相位调制原理
• 2.1.2 光纤干涉仪相位调制机理
• 2.2 干涉信号衰落研究
• 2.3 3×3 耦合器零差检测理论分析
• 2.3.1 零差检测方案的引入
• 2.3.2 3×3 耦合干涉仪信号输出模型分析
• 2.3.3 解调方案数学模型分析
• 2.3.4 3×3 耦合解调与其他检测方案比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 光纤水听器 ITT 检测平台设计及关键技术研究
• 3.1 系统检测平台设计
• 3.2 核心器件的选取
• 3.2.1 光源
• 3.2.2 光纤
• 3.2.3 光纤耦合器
• 3.2.4 光纤干涉仪
• 3.2.5 光电探测器
• 3.2.6 水听器探头
• 3.3 信号解调方案
• 3.3.1 虚拟接口设计
• 3.3.2 采样率确定
• 3.3.3 直归一化方案
• 3.4 本章小结
• 第4章 虚拟检测软件程序设计与实现
• 4.1 虚拟仪器概述
• 4.2 LABVIEW 介绍
• 4.3 VI 程序结构模型
• 4.4 数据采集模块
• 4.4.1 动态链接库
• 4.4.2 数据采集模块程序设计
• 4.4.3 数据采集程序实现
• 4.5 数据处理模块
• 4.5.1 数据处理子模块设计
• 4.5.2 数据处理 VI 程序实现
• 4.6 数据显示模块
• 4.6.1 数据显示程序设计与实现
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统测试与分析
• 5.1 系统仿真测试与分析
• 5.1.1 测试数据采集效果
• 5.1.2 检验 C 和 B 值对检测结果的影响
• 5.1.3 检验相位差变化对检测结果的影响
• 5.1.4 检验低频弱信号探测能力
• 5.1.5 仿真检测分析
• 5.2 实验室测试与分析
• 5.2.1 系统本地噪声测试
• 5.2.2 声压灵敏度测试
• 5.2.3 加速度灵敏度响应测试
• 5.2.4 实验室测试分析
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文及参加科研情况说明
• 致谢