新型光纖傳感系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、光纖傳感正在向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。本論文結(jié)合北京交通大學(xué)科技專項基金資助項目“光纖傳感預(yù)警系統(tǒng)的研究”，以實現(xiàn)實用化的大型智能光纖傳感系統(tǒng)為目的，針對相干FBG組傳感系統(tǒng)、MZI光纖傳感系統(tǒng)以及光纖傳感信號的自動識別等進(jìn)行了深入的理論和實驗研究，獲得的創(chuàng)新性成果如下： ●深入分析了相干FBG組傳感系統(tǒng)的性能。采用改進(jìn)的耦合模理論及Rouard算法，分析了光柵初始相位對相干FBG組透射譜的影響；推導(dǎo)得到估算相干均勻及啁啾F

2、BG組FSR的簡單公式，與復(fù)雜的數(shù)值仿真結(jié)果有較好的一致性；推導(dǎo)得到相干FBG組測量時變信號的頻率極限條件；采用增大距離的方式減敏，準(zhǔn)確解調(diào)振動信號頻率，在100Hz至15000Hz頻段測得頻率與壓電陶瓷傳感器一致，高頻響應(yīng)性能優(yōu)于壓電陶瓷傳感器；從相位波動及頻率分布角度研究激光器線寬對相干FBG組傳感靈敏度的影響，理論和實驗分析得到當(dāng)激光器全高半寬FWHM小于相干FBG組FSR的1％時，可以獲得較好的傳感效果。 ●構(gòu)建了3×3

3、耦合器解調(diào)與互相關(guān)定位相結(jié)合的雙向MZI分布式光纖傳感系統(tǒng)，對其傳感及定位性能進(jìn)行了深入分析。對3×3耦合器非理想特性及采集卡采樣速率和非同步性可能引入的解調(diào)誤差進(jìn)行了深入分析；通過觀察支路波形單周期極值點個數(shù)，采用波動范圍較大的信號進(jìn)行預(yù)校正，降低了解調(diào)誤差；提出用于估計干涉信號最高頻率的經(jīng)驗公式；結(jié)合雙向MZI傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點，將互相關(guān)運算限制在較短的時間序列范圍內(nèi)，減少了計算量；通過對比實驗，采用滑動均值濾波降噪，并對互相關(guān)函數(shù)進(jìn)

4、行歸一化、周期化及最小化處理，提高了定位準(zhǔn)確性。 ●實現(xiàn)了光纖傳感信號的自動識別。對相干FBG組及光纖MZI傳感器的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，分別針對微弱振動信號及強(qiáng)干擾信號，采用纏繞法、平面法、特殊材料涂覆光纖及彈簧隔離法、整體隔離法等設(shè)計光纖傳感器，提高了對目標(biāo)信號的識別能力；通過提取信號最大幅度、有效電平、振鈴計數(shù)、脈沖計數(shù)、事件計數(shù)、持續(xù)時間等參數(shù)，對信號進(jìn)行傅立葉譜分析、AR譜分析、時頻分析，并對不同參數(shù)及頻譜分析結(jié)果再進(jìn)行