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第1章 绪论1

1.1 概述1

1.2 光纤光栅技术的发展与分类2

1.2.1 光纤光栅的发展2

1.2.2 光纤光栅的分类4

1.3 光纤光栅传感器的研究与应用5

参考文献5

第2章 光纤光栅传感特性7

2.1 引言7

2.2 FBG传感特性8

2.2.1 应变传感特性8

2.2.2 温度传感特性9

2.2.3 光谱特性10

2.3 LPG传感特性11

2.3.1 温度传感特性12

2.3.2 折射率特性14

参考文献15

第3章 光纤光栅传感信号去噪17

3.1 引言17

3.2 基于小波变换的FBG传感信号去噪原理18

3.2.1 小波变换18

3.2.2 小波去噪原理20

3.2.3 改进小波阈值去噪原理24

3.2.4 实验结果与分析29

3.3 基于经验模态分解的FBG传感信号去噪原理33

3.3.1 经验模态分解33

3.3.2 经验模态分解去噪原理34

3.3.3 改进的经验模态分解去噪原理35

3.4 基于EMD与互信息的FBG信号去噪36

3.4.1 基于模态消除法排除虚假分量36

3.4.2 互信息法确定高低频分离点38

3.4.3 实验与结果分析39

参考文献43

第4章 光纤光栅传感信号的修补原理46

4.1 引言46

4.2 基于压缩感知的光纤光栅信号修补原理47

4.2.1 压缩感知基本理论47

4.2.2 改进压缩感知修补FBG缺损信号50

4.3 基于字典学习的FBG缺损信号修补原理58

4.3.1 基于学习方法的分析59

4.3.2 基于AK-SVD算法的字典获取方法59

4.3.3 基于字典学习的FBG缺损信号修补原理60

参考文献61

第5章 光纤光栅传感信号峰值解调原理63

5.1 引言63

5.2 三点寻峰算法64

5.2.1 算法原理64

5.2.2 三要素选取策略66

5.2.3 实验结果与分析73

5.3 指数修正高斯拟合寻峰算法75

5.3.1 算法原理75

5.3.2 指数修正高斯拟合寻峰算法实现78

5.3.3 实验结果与分析81

5.4 多峰光谱自适应寻峰算法84

5.4.1 峰值点初定位84

5.4.2 自适应多峰值区域分割86

5.4.3 基于广义高斯模型的峰值精确定位88

5.4.4 实验结果与分析91

参考文献94

第6章 光纤光栅在温度和浓度双参量实时解调中的应用96

6.1 引言96

6.2 实验平台搭建97

6.2.1 双参量测量实验模型97

6.2.2 实验系统硬件组成98

6.3 温度和浓度双参量实时解调100

6.3.1 FBG传感信号的温度灵敏度100

6.3.2 LPG传感信号的温度灵敏度102

6.3.3 LPG传感信号的折射率灵敏度103

6.3.4 双参量实时解调结果104

参考文献107

第7章 光纤光栅在海洋平台冲击及管道泄漏定位中的应用108

7.1 引言108

7.2 FBG传感网络海洋平台冲击识别与定位109

7.2.1 分布式传感系统的设计与构建109

7.2.2 基于SVM的冲击力大小识别111

7.2.3 海洋平台冲击点的精确定位113

7.3 FBG传感网络输油管道泄漏检测与定位115

7.3.1 FBG传感探头设计116

7.3.2 泄漏检测系统的构建119

7.3.3 泄漏点的检测及定位121

7.4 实验结果与分析122

7.4.1 训练集的构建122

7.4.2 冲击力大小的识别123

7.4.3 冲击点的精确定位124

7.4.4 定位方法对比125

参考文献127

第8章 光纤光栅在航天飞行器结构健康检测中的应用129

8.1 引言129

8.2 FBG传感平台的设计与构建129

8.3 基于FBG直角应变花的飞行器结构冲击检测131

8.3.1 结构冲击精确定位131

8.3.2 结构冲击力精确识别132

8.4 FBG应变花应变解耦与横向效应补偿133

8.4.1 应变解耦模型133

8.4.2 FBG横向效应补偿134

8.5 冲击定位实验验证136

8.5.1 实验系统的构建136

8.5.2 结构冲击实验验证与结果分析137

参考文献140

第9章 光纤光栅在周界安防中的应用142

9.1 引言142

9.2 基于EMD的入侵行为识别算法143

9.2.1 传感信号获取143

9.2.2 入侵发生时间确定143

9.2.3 改进EMD算法对信号进行分解144

9.2.4 特征提取以及分类148

9.3 基于FBG传感器的入侵定位算法149

9.3.1 基于简支梁理论的初定位149

9.3.2 基于改进PSO算法的入侵定位优化方案152

9.4 入侵行为识别实验154

9.4.1 入侵分类实验平台搭建154

9.4.2 入侵分类实验原理155

9.4.3 入侵信号提取及处理155

9.4.4 特征提取及分类结果分析159

9.5 入侵定位实验161

9.5.1 FBG传感器数量确定161

9.5.2 实验原理162

9.5.3 实验系统搭建163

9.5.4 实验结果与分析164

参考文献169

第10章 光纤光栅在大容量传感网中的应用171

10.1 引言171

10.2 FBG传感网的复用技术172

10.2.1 波分复用技术172

10.2.2 时分复用技术173

10.2.3 空分复用技术174

10.2.4 光谱形状复用技术175

10.3 大容量FBG传感光谱的压缩与重构176

10.3.1 FBG光谱压缩与重构算法176

10.3.2 实验结果与分析180

10.4 大容量FBG传感网的寻址定位187

10.4.1 FBG传感网模型及问题描述187

10.4.2 FBG传感网寻址定位算法190

10.4.3 实验结果与分析195

10.5 大容量FBG重叠光谱的精确解调203

10.5.1 FBG传感网的设计与构建203

10.5.2 FBG重叠光谱解调算法204

10.5.3 实验系统搭建209

10.5.4 实验结果与分析210

参考文献214

附录217