一、干涉型光纤水听器相位载波调制解调技术研究（论文文献综述）
马晓梅[1]（2021）在《面向空气声传感的光纤激光动态解调技术研究》文中研究表明随着光电子器件的逐步成熟和工程需求的持续推动,新一代的以分布反馈式光纤激光器（Distributed feedback-fiber laser,DFB-FL）作为传感元件的光纤传感器应运而生,近年来,因其具有抗电磁干扰、体积小、线宽窄、功率高、灵敏度高等特性成为了光纤传感领域的重要研究方向。采用DFB-FL进行声传感,可以实现较宽频带范围内空气声信号的探测,具有传输距离远、灵敏度高、隐蔽性好、环境适应能力强等优点,在边境安防、油管泄露检测、公安系统窃听、医疗通信、海洋探测等领域具有巨大的发展潜力。本文通过调研国内外研究现状,针对DFB-FL空气声传感器解调系统的动态解调技术开展了理论分析和实验测试:1、总结归纳了DFB-FL声波传感技术的研究背景,以及波长解调技术的发展历程,并对现有解调技术存在的问题进行了总结。2、介绍了DFB-FL的工作原理、传感特性、制作方法和基本性能指标,并对DFB-FL样品的基本性能进行了测试,测试结果表明,DFB-FL样品的线宽为6.79k Hz;输出功率随泵浦光功率变化呈线性趋势,斜率效率约为0.31‰;相对强度噪声为-102 d B/Hz@1MHz,弛豫振荡峰的相对强度噪声为-81.94 d B/Hz@221.54k Hz;相位噪声为1×10-14 rad2/Hz@1 k Hz。3、总结了常用的DFB-FL波长解调技术,通过对比分析选择了基于非平衡Michelson干涉仪的的相位生成载波（Phase generated carrier,PGC）解调技术来实现波长解调。4、研究了PGC解调算法的改进技术,在DFB-FL波长解调系统中引入了一种基于PGC-AD-DSM（Asymmetric division and a differential-self-multiplication phase generated carrier）算法的改进的PGC解调算法,通过仿真以及实验分析,验证了该解调算法可以抑制光强干扰对解调结果的影响,并可以在相位调制深度处于0.2 rad～3.8 rad范围内获得稳定的解调结果。5、搭建了DFB-FL空气声传感器解调系统,设计了一种基于聚醚醚酮（Polyetheretherketone,PEEK）材料和聚酰亚胺（Polyimide,PI）声敏膜片的非金属DFB-FL空气声传感器封装结构,利用该系统对裸光纤形式的传感器和封装后的传感器进行了声压灵敏度和频率响应测试,通过实验对比分析,证明了该封装结构可以提高解调系统的声压灵敏度并且降低频率响应曲线的波动性,其最小可探测声压约为66.7μPa/√Hz@1 k Hz,实现了较宽频带（200 Hz～18 k Hz）范围内空气声信号的稳定解调,获得了约为-40.39 d B re.pm/Pa的声压灵敏度,波动范围约为±3.15 d B。6、实验证明了DFB-FL空气声传感器解调系统存在的非平衡Michelson干涉仪交叉敏感问题,并介绍了一种结合参考补偿法和DFB-FL隔声隔振封装技术的抗环境干扰技术,在此基础上进行了实验分析,在较宽频带（200 Hz～18 k Hz）内声压灵敏度约为-40.64 d B re.pm/Pa,起伏±2.99 d B左右,验证了该技术有助于解决光纤干涉仪的交叉敏感问题。
庞彦东[2]（2020）在《基于拉丝塔光栅阵列的超细线光纤水听器关键技术研究》文中研究表明光纤水听器由于抗电磁干扰、易于复用、灵敏度较高、远距离传输等优势得到了世界范围内的广泛研究。近年来,随着水下目标减振降噪技术的不断发展,声呐对于20～30 k Hz水下声波探测距离被不断压缩,因此相干性高、传播距离远的低频声波探测成为最新的研究方向;另一方面探测装备不断往轻量化、大航程方向发展,超细线水听器由于占用空间小,便于搭载于小型化平台多基元复用实现水声探测。综上所述,开发针对低频段水声探测的高灵敏度、超细缆径、大规模复用的光纤水听器是未来的发展趋势。传统的光纤水听器基于多个独立的光纤单元构建,通过熔接、并联等方式组装分立传感单元进而实现复用,由于元件众多、结构复杂,极大地增加了工作量与复用难度,因此寻找一种简单可靠、复用数量较大,但阵列无焊点的解决方案是大规模、超细线、高稳定、高灵敏度光纤水听器阵列走向实用必须解决的问题。研究具备上述特征的光纤水听器阵列技术有着非常重要的意义与广阔应用前景。为满足光纤水听器阵列的大规模、小型化、高稳定、高灵敏度实际应用需求,本文研究了一种基于拉丝塔光栅阵列的超细线光纤水听器,针对系统涉及到的关键技术进行探索,主要内容如下:（1）拉丝塔光栅水听器阵列的原理分析。针对光纤水听器高灵敏度探测需求,采用拉丝塔光栅阵列作为光反射单元,并基于制备的弱反射光栅实现干涉测量,推导系统中光纤水声传感机理。结合已有多相解调法、相位生成载波解调法推导干涉型水听器解调原理;同时对轴向长度增敏、径向涂敷增敏做理论与仿真验证。（2）基于参考传感器的信号解调算法设计与优化。基于相位生成载波法中存在的问题,利用拉丝塔光栅阵列一致性良好的特点设置参考传感器,设计了一种更简单、有效的信号解调方法,并进一步结合该结构完成自适应噪声抑制及信号优化。通过理论计算、仿真分析、实验测试分析解调效果,对噪声抑制、信号优化方法定量分析。利用压电陶瓷产生振动进行实验,结合时域结果、解调线性度、信噪比分析初步完成算法验证,并在载频漂移、调制深度等方面与现有相位生成载波算法对比。基于参考传感器构建参考输入,实现光路自适应噪声优化。最后对光路中的非理想器件造成的算法误差进行参数拟合,完成解调信号优化。（3）拉丝塔光栅水听器阵列一体化增敏成缆方法实现。针对初期制备的拉丝塔光栅阵列进行串扰理论及性能分析,随后基于轴向、径向理论进行初期单基元增敏试验,摸索合适的工艺参数,确定最佳参数后进行一体化涂敷增敏成缆,最后对水听器阵列样品做前后对比。验证光纤水听器声压灵敏度随着腔长变化、径向涂敷的增敏规律。与此同时,对成缆前后的波长、反射率、阵型等因素进行对比分析,证明一体化涂敷成缆工艺是否满足制备性能良好的超细线拉丝塔光栅水听器阵列需求。（4）拉丝塔光栅水听器阵列水下实验研究。对拉丝塔光栅干涉型水听器中影响灵敏度校准的因素进行分析,确定最佳声压场测量方案。设计水下试验,利用信纳比、总谐波失真参数与现有相位生成载波算法对比,同时利用制备的光缆进行时域信号测试,验证所制备水听器光缆的增敏效果。最后对所制备的256基元水听器阵列解调结果、等效噪声压测试,证明拉丝塔光纤水听器低频探测时的实际应用能力。
周宏扬[3]（2020）在《基于Michelson光纤干涉仪的局部放电超声检测技术研究》文中提出近年来,国内外研究人员已开展了诸多基于光纤干涉仪的声波传感技术研究,但主要集中于低频水声检测领域。相比于水声检测,气体绝缘开关（Gas Insulated Switchgear,GIS）和变压器等电力设备放电产生的声波频率高、波长短、幅值小,且安装环境复杂,对光纤声波传感系统的性能提出了更高的要求。目前,对于电力设备局部放电（Partial Discharge,PD）检测用的干涉型光纤超声传感系统研究仍存在不足,具体体现在:1)现场环境噪声产生的扰动强度常远大于局部放电产生的超声波强度,在大幅值噪声干扰下传感系统输出信号的稳定性难以保证。低频声波检测中常是通过直接解调相位来避免干扰问题,但所采用的相位解调方法难以解调高频声波信号。当对电力设备局部放电产生的高频超声进行检测时,如何解决干涉型传感系统的抗干扰问题缺乏研究。2)局部放电产生的超声波信号强度弱,要求光纤超声传感器具有很高的灵敏度。目前对于外置式光纤声波传感器的设计仅考虑了静态灵敏度,忽略了传感器的高频响应性能。如何面向电力设备局部放电超声检测需求实现传感器最优化设计有待进一步研究。3)电力设备尺寸大,常需要对局部放电情况进行多点检测以实现故障定位。传统的时分复用方案成本高,且无法进行同步检测,难以满足电力设备运维需求。如何构建经济、高效的多路复用干涉型光纤超声传感网络仍是个难点问题。为此本文中开展如下研究:1)针对于高频声波检测时干涉型传感系统的抗干扰问题,本文提出了一种基于相位跟踪反馈控制技术的Michelson干涉光纤超声传感系统抗干扰方法。该方法通过提取系统输出的误差信号,形成反馈信息,经控制回路对干涉光相位进行补偿,可确保传感系统响应始终保持在最高值。因此,该传感系统无需对干涉信号相位精确解调,直接检测干涉仪输出光强即可准确地反映待测信号。避免了传统抗干扰方法对待测信号频率的限制。通过对控制回路的优化设计,采用相位跟踪反馈的Michelson干涉光纤超声传感系统可抑制1.8 kHz以下的低频噪声引起的干扰。试验结果表明,该方法显着提高了传感系统的稳定性。2)针对于高灵敏度GIS光纤超声传感器的设计问题,本文基于弹性力学理论建立了芯轴型光纤超声传感器的灵敏度频域模型,据此进行传感器芯轴材质和尺寸的优化设计,使其在GIS放电产生的超声波主要集中的频段（40 kHz附近）达到峰值灵敏度。测试结果表明,所研制的GIS光纤超声传感器中心频率为45 kHz。在20 kHz～80 kHz频段内,光纤超声传感器平均灵敏度为85.8 dB,峰值灵敏度达93.0 dB,分别比传统PZT传感器高出31.8 dB（38.9倍）和33.0 dB（44.6倍）。此外,真型GIS局部放电检测实验结果表明,所研制光纤超声传感器比传统PZT传感器更能有效检测出微小局部放电信号。3)为了实现变压器油中局部放电的高灵敏度检测,本文设计了无芯轴的光纤环作为变压器内置式光纤超声传感器。建立了变压器光纤超声传感器灵敏度频域模型,据此分析了光纤超声传感器尺寸以及入射声波角度对其灵敏度频率特性的影响规律。并搭建了传感器性能测试实验平台,通过实验测试验证了模型的准确性。通过理论分析和实验测试,形成了传感器设计方案。经对比测试,所研制的内置式光纤超声传感器的平均检测灵敏度是PZT传感器的59.2倍。对于同一放电缺陷,光纤超声传感器检测到的局部放电起始电压可比PZT传感器的低22.0%。4)针对于Michelson干涉光纤超声传感系统多路复用问题,本文提出了基于频分复用原理的光纤超声传感器复用方法。该方法利用光扫频干涉技术将各个传感器感测到的超声信息调制于不同频率的载波信号中,基于卡森带宽法则设置了合适的传感光纤长度可确保各个载波信号不会发生混叠。通过带通滤波技术对同步检测到的各个载波信号进行分离,并进行解调后即可获得外部超声信息。真型电力设备局部放电超声多点检测实验结果表明,所研制的多路复用光纤超声传感系统能够对GIS和变压器局部放电产生的超声波进行多点同步检测,据此可实现高精度放电缺陷定位,缺陷定位精度可达到cm量级。
代欣学[4]（2020）在《干涉型光纤水听器信号解调技术研究》文中认为从上个世纪70年代末至今,光纤技术飞速发展,以光纤通信技术和光纤传感技术为基础研制出来的光纤水听器获得了巨大发展,其被广泛应用在海洋资源勘探和海洋国土防御等方面。以光纤干涉技术为基础的干涉型光纤水听器检测灵敏度高,动态范围大,应用前景广阔。干涉型光纤水听器之所以能够准确恢复水声信号,其关键在于高效的信号解调算法,目前较为成熟的解调算法主要包括基于相位载波生成的微分交叉相乘法（PGC-DCM）和反正切法（PGC-ATAN）、基于3×3耦合器的对称解调法（3×3-NPS）和反正切法（3×3-ATAN）,根据文献可知,这些算法的解调效果容易受到载波调制深度、光强扰动、耦合器相位差偏移等因素影响较大,因此,需要对这些因素进行分析,并在此基础上改进解调算法,提高解调算法的解调效果。本论文从PGC法和3×3耦合器法出发,推导解调结果表达式,分析影响因素,改进解调算法,降低耦合器相位差偏差等对解调算法的影响。本论文的主要研究内容如下:首先,通过查阅文献,掌握干涉型光纤水听器的工作原理及国内外研究现状。推导了基于相位载波生成的DCM法和ATAN法的解调结果,分析了载波调制深度和光强波动对解调结果的影响,得到了最佳的载波调制深度。推导了基于3×3耦合器的NPS法和ATAN法的解调结果,分析了解调大幅度信号时反正切法的相位扩展情况。然后,通过对干涉信号分别采用归一化非对称微分相除处理、归一化平方相减处理,得到了两种改进的基于3×3耦合器的解调算法,并利用MATLAB分析了耦合器相位差偏移、待测单频信号幅度及频率、系统采样率等对解调结果的影响,仿真结果表明,当传感信号为小信号,且3×3耦合器相位差偏移在一度以内时,这两种改进的算法均具有较好的解调效果。此外,利用LABVIEW搭建了解调算法,对现有实验数据进行解调,解调结果表明,两种改进的算法解调效果良好。最后,利用QUARTUS II完成了基于非对称微分相除解调算法的软件初步设计,主要包括分频模块、乘除法模块、加减法模块、微分模块、积分模块、FIR高通滤波器模块。另外,为便于算法的仿真及验证,利用直接数字式频率合成技术,设计了干涉信号生成模块。通过MODELSIM软件进行了RTL级仿真,得到各模块输入值与输出值,验证了各模块的功能,为解调算法的数字化方案开发奠定了基础。本论文的主要创新点:通过非对称微分相除算法和平方相减算法,得到了两种改进的基于3×3耦合器的相位解调方法。这两种方法通过对输入信号进行归一化处理,避免了输入通道间的幅度一致性问题;从原理上看,相比于NPS算法,这两种算法只需要利用3×3耦合器3路输出中的2路信号即可完成相位解调,算法结构简单;从解调性能来看,当3×3耦合器相位差存在一度的微小偏移时,两种改进算法的解调性能均略强于反正切算法。
李世丽[5]（2020）在《微震监测用光纤加速度传感器研究》文中提出随着煤矿等能源开采深度增加和深埋隧道的掘进,高瓦斯压力、高地应力现象愈加明显,以煤矿煤与瓦斯突出、隧道冲击地压为主的动力灾害时有发生,造成重大的人员伤亡和经济损失。这些灾害的孕育与发生包含岩体从微尺度、小尺度、中尺度到大尺度破裂全过程,同时伴随着大量的微震活动,对微震活动的有效监测有望实现对动力灾害的预测预警。研究和实践表明,微震监测技术已经成为岩体破裂监测最有效的方式之一。目前,传统电学微震监测设备已得到广泛应用,但仍存在前端需供电、易受电磁干扰问题,在煤矿等易燃易爆环境中使用有诸多限制。将干涉型光纤传感器引入到微震监测中,具有本质安全、高灵敏、宽频带、大动态等独特优势,具有良好应用前景。本论文基于干涉型光纤传感原理,研制了膜片式、顺变柱体型两种结构的微震监测用光纤加速度传感器,探索了法布里珀罗加速度传感器的动态光谱解调技术,设计并构建了8通道高灵敏光纤微震监测系统,在淮南矿业集团煤业公司潘二矿12123底抽巷开展了微震监测现场试验。主要研究内容如下:1、利用MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）微纳加工工艺制备铝-聚酰亚胺-铝复合膜,其厚度可精密控制在纳米量级,同时通过刻蚀预留中间硅基部分作为惯性质量块,形成复合膜-质量块一体化结构;将复合膜与法布里珀罗干涉仪结合,制作了三个直径为10 mm的同参数加速度传感器,对加速度分辨率、频响特性、耐高温等综合性能进行测试,并进行应力分析,实验结果与理论分析一致,且具有良好的一致性,可为光纤加速度传感器小型化、批量生产提供理论指导。2、提出将动态光谱解调技术应用于法布里珀罗加速度传感系统中,研究了动态光谱与加速度频率、振幅之间关系,实现了对振动信号幅度的解调,灵敏度为17 mW/g;对动态光谱自拟合差分恢复出振动时域信号,通过MATLAB数值模拟和实验分析验证了这种算法的可行性,最后分析了动态光谱解调技术的频率检测极限。3、提出阻尼可调的非对称顺变柱体光纤加速度传感器,首次分析加速度传感器封装外壳底部厚度、壁厚、高度等几何尺寸对其性能的影响,并进行ANSYS有限元模态分析和实验验证;对传感单元参数优化和预应力分析,研制8个适用于煤与瓦斯突出微震监测的光纤加速度传感器,灵敏度为350 rad/g,频带宽度为20 Hz-1.9 kHz;重点研究了金属波纹片、弹簧、聚合物等不同材料阻尼器对系统阻尼的影响,通过阻尼机构设计可调节加速度传感器的灵敏度与谐振频率,研制频带宽度达10 kHz的宽频响探头,为光纤微震监测系统在金属矿等硬岩环境中应用提供有效方案。4、基于空分复用技术搭建了8通道高灵敏光纤微震监测系统,系统最小可检测加速度为0.15μg/Hz1/2,动态范围116 dB,工作频带20 Hz1.9 kHz,各通道具有良好的一致性;对系统进行工程化应用设计,在淮南矿业集团煤业公司潘二矿12123底抽巷进行微震现场试验,对获取的敲击、爆破、微震等有效信号进行分析及初步定位,验证了光纤微震监测系统的可行性。本论文的研究为深部高瓦斯矿井煤与瓦斯突出、隧道岩爆等动力灾害的预测预报和防治提供关键支撑,对采矿、岩石力学与工程学科的发展也将起到积极推动作用。
钱婕妤[6]（2020）在《基于无迹卡尔曼滤波器的实时相位解包算法研究》文中指出相位解包算法是干涉测量中的关键技术,目前被广泛应用于光干涉测量、合成孔径雷达、反射测量等领域。当前对相位解包算法的研究众多,各类算法在不同噪声条件下有不同的性能表现,因而具有不同的适应能力。一般地讲,整体性能较好的算法具有较高的实现复杂度和成本,会成为实时干涉系统中的带宽瓶颈。本论文研究了一种基于无迹卡尔曼滤波器的相位解包算法,重点研究了基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）平台高吞吐率实现算法架构。针对目前几类相位解包算法存在的不足,本文采用了一种基于无迹卡尔曼滤波器的相位解包算法。一方面根据卡尔曼滤波算法特性,将相位展开过程和相位去噪声过程同时进行,免去了相位展开之前的噪声预处理过程,保证相位展开过程不会引入其他噪声。另一方面无迹卡尔曼滤波是基于卡尔曼滤波的改进型算法,以无迹变换（Unscented Transform,UT）为基础,摒弃了将非线性过程线性化的做法,使得结果更接近真实值。其中,本文主要研究了适用于相位解包的无迹卡尔曼滤波算法并且重点解决了强噪声条件下相位恢复易失真问题,对于相位梯度估计值过大的点进行滤波处理。本文提出在FPGA平台实现无迹卡尔曼滤波相位解包算法的硬件架构,提升相位解包算法速度。首先根据软件解包算法,设计定点仿真函数,根据不同定点下相位曲线恢复的信噪比确定在FPGA平台选用的最佳字长与小数点位数。然后在modelsim仿真软件中,实现无迹卡尔曼滤波算法。主要分成以下几个模块具体实现:系统状态模块、sigma点生成模块、状态预测模块和状态更新模块。最后基于QuartusⅡ平台,完成逻辑综合、引脚约束等操作,在FPGA芯片平台完成数据解包处理。将本算法应用于相位调制型光纤传感系统的相位解包单元,搭建了基于Michelson型的干涉型光纤传感实验系统,采用了矩形脉冲二元相位调制解调技术获取包裹相位,采用了Altera公司的EP3SE110F1152I3 FPGA作为系统实时控制与处理的核心,采用32Q16的定点格式,获得信号信噪比为31.7478d B,速度相对于PC端提升30～40倍,实现了大规模数据的实时吞吐运算。无迹卡尔曼滤波相位解包算法提升了相位解包算法精度以及利用FPGA硬件电路板实现加快相位解包速度,在各干涉测量领域都有重要应用价值。
何媛婷[7]（2019）在《光纤Fabry-Perot声波传感器特性及应用研究》文中研究指明光纤传感技术是随着石英光纤的出现与光纤通信技术的发展而迅速崛起的一门新兴技术。由光纤制作的声波传感器具有灵敏度高、工作带宽广、结构体积小、不受电磁干扰等特点。本文根据现今已有的研究成果,首次采用单层石墨烯薄膜设计并制作了基于非本征法布里·珀罗干涉仪（EFPI）结构的光纤声波传感器,并完成了以下工作:（1）对石墨烯薄膜的结构与特性进行了研究,概述了几种常用的制备石墨烯的方法,并根据应用领域的不同分别介绍了石墨烯在储能、纺织和气体检测传感领域中的应用。（2）制作了采用单层石墨烯薄膜的EFPI光纤声波传感器,研究了F-P腔腔长对传感器性能的影响,并测量得到了传感器在空气中应用时的声压灵敏度曲线与信噪比曲线。在频率为8kHz时,传感器的信噪比为29.5dB,在频率为14kHz时,传感器的声压灵敏度为-53.5dB re V/μPa。（3）针对传感器正交工作点漂移的问题,利用LabVIEW编程语言设计了一套可自动寻找正交工作点的测量系统,并以此构建了基于正交工作点直接测量法的声波传感系统。（4）实验测量了该种声波传感器在水下声波检测应用时的性能。首先测量并分析了声波传感器在水下应用时的频率、振幅与信噪比特性。然后在实验室环境下搭建了声波传感器与标准水听器对比实验系统,测量分析了二者的声压灵敏度特性与噪声特性,得出本文所制作的声波传感器拥有更高的灵敏度和更好的噪声特性。在频率为20kHz时,我们测量得到声波传感器与压电式水听器的声压灵敏度分别为-173.4dB re V/μPa、-194.9dB re V/μPa。最后,将声波传感器对脉冲声音信号、固定频率声音信号以及频率范围在27～33kHz的线性变换超声调制信号的接收情况与标准水听器进行对比,通过数据分析得出声波传感器可以应用于水声通信。
徐倩楠[8]（2019）在《超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列有源反正切解调方法研究》文中研究表明随着对海洋研究的日益深入,甚低频段（≤10Hz）微弱水声信号探测的实现对于我国军事、国防等方面具有重大意义。本文所研究的超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器系统具有复用规模大、可探测距离远、阵列缆径细、灵敏度高、成本低等优势,是目前水下探测的主要手段与重点发展方向。通过结合经典算法的优点,提出了一种用于分析甚低频微弱水声信号的有源反正切解调算法,实现了2-3000Hz宽频带内不同位置水声信号的同时探测。本课题主要研究内容如下:（1）以Fizeau干涉结构原理和光纤光栅理论为基础,介绍了超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列系统的光路,对系统传感原理、光路中器件的选择与参数设置进行了理论分析与公式推导。（2）对现有的5种经典相位解调算法:3×3耦合器解调中NRL、NPS算法,反正切算法,PGC解调中的PGC-DCM、PGC-Arctan算法的原理进行介绍,通过仿真实验分析了其优缺点。在此基础上,提出了一种有源反正切解调算法,仿真与实验结果均表明该算法可以消除光强变化和系统初始相位的随机扰动和对解调结果的影响,可用于甚低频段微弱水声信号的探测。（3）通过搭建硬件光路对超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列系统进行实验研究。首先利用发声换能器实现了500-3000Hz频带内微弱水声信号的测量,且测试结果具有较好的线性性。其次为了探测甚低频段水声信号,随机选取长度为1km的超弱光纤光栅阵列中4个相邻的超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器,利用振动液柱法进行实验并将测试结果与标准水听器解调结果进行对比。实验结果表明,本系统能够实现2-2000Hz宽频带内不同位置水声信号幅值、频率、相位的同时测量,在信号为10 Hz时信噪比为43.785dB,系统的灵敏度为2755.49（μpa/√Hz）。系统的相位声压灵敏度随着传感器腔长的增加而增加且具有很好的稳定性,在甚低频段响应良好,当传感器腔长为200 m时,频率为2 Hz的水声信号的相位声压灵敏度可达-135.81dB（re rad/μpa）。本文所研究的超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列系统基于提出的有源反正切算法实现了2-3000Hz宽频带内微弱水声信号的高灵敏度探测,且理论传感距离可达5km。因此系统在水下精准定位、甚低频声学探测、深海监测等方面具有广阔的应用前景。
张自超[9]（2019）在《光纤传感器振动系统信号解调技术研究》文中研究说明分布式光纤传感系统因为高灵敏度、大监测范围等诸多优点在如今的油气管道、通信线缆等基础设施的周界安防中得到普及。光纤传感仪主要由光学物理系统和数字信号处理系统两部分共同组成;第一个部分的光学物理系统负责获取外界扰动并转化成可探测的信号;第二个部分负责信号的分析与处理。这里信号处理部分起着举足轻重的作用,实际应用中光学物理系统中的许多缺陷能够通过数字信号处理系统进行修正。因此,本文将研究聚焦在光纤传感技术的信号处理方面。本文首先介绍了光纤传感系统的研究现状和相位解调技术的研究现状,通过对常见光纤干涉结构的实验对比,并提出了一种改进型的分布式双Mach-Zehnder干涉型光纤传感结构。基于以上传感结构,对双Mach-Zehnder系统的噪声特性和偏振衰落进行了建模和仿真。仿真结果验证了本文关于把偏振衰落当做可见度乘性噪声处理的假设;通过实验仿真比较了相位生成载波技术和传统3×3耦合器解调技术解调方法各自的优缺点。提出了基于椭圆拟合的3×3耦合器解调算法,针对偏振衰落对椭圆拟合结果进行了仿真,指出椭圆拟合的关键是如何准确获取椭圆的外部轮廓;通过对比小波分解重构方法和传统形态学去噪方法,提出了基于椭圆插值滤波的形态学偏振处理方法,设计了基于LabVIEW和MATLAB混合编程的数据采集模块、降噪处理模块、信号解调模块等各部分程序。最后,设计了光纤振动传感系统信号解调的实验,结合实验数据,证明了该方法的有效性,提高了信号解调的精度。
彭文俊[10]（2019）在《基于FPGA的实时光纤传感网络相位解调系统研究》文中提出光纤传感技术由于其特有的灵敏度高、抗干扰能力强等特性,逐渐成为周界安防、能源勘探等领域的重要技术支持。本课题依托高速铁路周界安防系统项目,以突破目前光纤传感技术组网规模化之后的调制复杂度增加及信号解调速度缓慢等瓶颈问题,重点研究基于现成可编程逻辑器件（FPGA）的实时相位解调系统。本论文针对基于光纤光栅传感器（FBG）的时分复用光纤传感网络,设计了一种经过时序优化的二元矩形脉冲相位调制方案,能够保证为每个光纤传感单元产生正确的调制相位。对于光纤传感网络而言,确定每个光纤传感单元的延时信息（或者时间窗口）是正确解调传感信号的前提,而传统的方法只能通过手动标定的方式获得,实施过程费时费力。本论文提出一种基于形状函数和互相关运算的自动延时信息获取算法,极大降低系统实现复杂度。最后,本论文提出一种低输出延时的流水线结构优化的硬件相位解调模块,用于计算每个时间窗口内光纤传感器的信号,极大提高信号获取的实时性。具体的,本论文工作包括:光学结构方面,设计了一种低成本紧凑型的FBG光纤传感器网络。利用二元矩形脉冲相位调制方法进行相位调制,通过合理设计调制信号时序,产生?/2相位调制的脉冲光信号,经光栅反射后相互干涉,形成移相量为?/2,0,-?/2的干涉信号序列,进而可以求得信号相位值。电学相位调制系统方面,主要实现了系统中原始光强信号的上传、延时值的自动计算、延时数据的参数化自动配置、多个传感器光强数据的通道切换以及低输出延时的硬件相位解包运算。系统工作时,当USB通信接口接收到搜寻时间窗口的命令后,将一定量的原始光强数据及参考脉冲信号（16KB）发送至上位机。在上位机中利用本论文提出的自动延时信息获取算法,区分出调制光信号中的信号尖峰和窗口尖峰,确定各个时间窗口所需的延时信息,并将该信息包含在命令中下发到FPGA中。在FPGA中解析命令,将延时值配置到用于过滤调制信号光强的模块中,根据利用过滤后的光强信号画出的李萨如图验证其三路光强是否正交,即光强信息是否提取正确。最终利用本课题提出的仅需9个时钟周期输出延时的流水线结构优化的硬件相位解调模块,获取传感相位值,根据该相位值的变化能够判断是否存在外界入侵信号。本课题在FPGA硬件平台上针对相位计算解包过程进行了大量的仿真和实时调试。调试证明,本系统工作性能较好,能够快速准确地完成获取光强值、延时值参数配置、调制位置光强值过滤、相位计算解包等一系列工作。为光纤传感网络系统提供了一种高效、实时、参数可配置的实现方案。
二、干涉型光纤水听器相位载波调制解调技术研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、干涉型光纤水听器相位载波调制解调技术研究（论文提纲范文）
（1）面向空气声传感的光纤激光动态解调技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光纤激光声波传感技术研究背景 |
| 1.2 光纤激光声波传感器解调技术 |
| 1.2.1 光纤激光传感解调技术研究历史及现状 |
| 1.2.2 光纤激光空气声传感技术存在的问题 |
| 1.3 本论文的主要工作 |
| 第2章 分布反馈式光纤激光器 |
| 2.1 DFB-FL基本原理 |
| 2.1.1 DFB-FL理论模型 |
| 2.1.2 DFB-FL的特点 |
| 2.1.3 DFB-FL传感原理 |
| 2.2 DFB-FL的制作与性能测试 |
| 2.3 DFB-FL的基本性能指标及其测试方法 |
| 2.3.1 泵浦阈值功率和斜率效率 |
| 2.3.2 相对强度噪声 |
| 2.3.3 线宽 |
| 2.3.4 相位噪声 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 DFB-FL的解调技术 |
| 3.1 DFB-FL动态解调技术 |
| 3.1.1 边缘滤波器法 |
| 3.1.2 可调谐滤波器法 |
| 3.1.3 干涉仪解调法 |
| 3.2 基于非平衡Michelson干涉仪的解调技术研究 |
| 3.2.1 有源零差解调法 |
| 3.2.2 外差解调法 |
| 3.2.3 3×3 耦合器法 |
| 3.2.4 PGC解调法 |
| 3.2.5 传统干涉仪解调技术存在的问题及解调思路 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 改进的PGC解调算法研究 |
| 4.1 改进的PGC解调算法基本原理 |
| 4.2 基于LabVIEW的仿真与验证 |
| 4.3 实验系统的硬件实现与实验验证 |
| 4.3.1 硬件构成 |
| 4.3.2 基本性能测试与评估 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 DFB-FL空气声传感器单元技术研究 |
| 5.1 DFB-FL空气声传感器的单元结构与基本原理 |
| 5.2 DFB-FL空气声传感器的基本性能指标及测试 |
| 5.2.1 声压灵敏度和频率响应测试结果 |
| 5.2.2 本底噪声测试结果 |
| 5.2.3 线性度测试结果 |
| 5.2.4 动态范围测试结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 解调系统的抗环境干扰技术研究 |
| 6.1 干涉仪解调技术的环境干扰基本原理 |
| 6.2 传统的抗环境干扰技术研究 |
| 6.3 结合参考补偿法和DFB-FL封装技术的抗环境干扰技术研究 |
| 6.4 实验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本文总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间主要科研成果 |
| 一、发表学术论文 |
| 二、参与的科研项目 |
（2）基于拉丝塔光栅阵列的超细线光纤水听器关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 光纤水听器研究现状 |
| 1.2.1 光纤水听器发展历史 |
| 1.2.2 基于光纤光栅的水听器发展历史 |
| 1.2.3 基于拉丝塔光栅阵列的光纤水听器研究现状 |
| 1.3 光纤水听器关键技术研究现状 |
| 1.3.1 干涉型光纤水听器信号解调技术研究现状 |
| 1.3.2 干涉型光纤水听器传感增敏技术研究现状 |
| 1.4 本文研究内容与创新点 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 主要创新点 |
| 第2章 拉丝塔光栅水听器阵列原理 |
| 2.1 相干检测工作原理 |
| 2.1.1 干涉型水听器单基元传感机理 |
| 2.1.2 拉丝塔光栅水听器阵列工作原理 |
| 2.2 拉丝塔光栅水听器阵列“干端”解调原理 |
| 2.2.1 干涉型水听器多相解调算法 |
| 2.2.2 干涉型水听器相位生成载波解调算法 |
| 2.3 拉丝塔光栅水听器阵列“湿端”增敏原理 |
| 2.3.1 轴向增敏理论分析 |
| 2.3.2 径向增敏理论分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于参考传感器的信号解调与优化 |
| 3.1 信号解调算法设计 |
| 3.1.1 基于参考传感器的水听器解调算法 |
| 3.1.2 水听器阵列同步稳定解调方法 |
| 3.2 信号解调算法仿真与实验分析 |
| 3.2.1 解调算法的仿真对比 |
| 3.2.2 解调算法的实验测试 |
| 3.3 噪声抑制与信号优化 |
| 3.3.1 基于参考传感器的噪声抑制 |
| 3.3.2 基于参考传感器的信号优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 拉丝塔光栅水听器阵列一体化增敏 |
| 4.1 拉丝塔光栅阵列信号串扰理论及参数分析 |
| 4.1.1 光谱遮蔽与高阶反射光功率串扰 |
| 4.1.2 时分复用干涉信号高阶串扰 |
| 4.1.3 成缆前的水听器阵列参数分析 |
| 4.2 拉丝塔光栅水听器增敏试验 |
| 4.2.1 轴向增敏实验试验 |
| 4.2.2 径向增敏实验试验 |
| 4.3 拉丝塔光栅水听器阵列一体化径向涂敷增敏 |
| 4.3.1 成缆工艺介绍 |
| 4.3.2 成缆后的水听器阵列参数分析 |
| 4.3.3 成缆工艺对光栅阵列影响分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 拉丝塔光栅水听器阵列水下实验 |
| 5.1 拉丝塔光栅水听器的水声传感校准 |
| 5.1.1 声压灵敏度校准方法 |
| 5.1.2 测量姿态对灵敏度校准的影响分析 |
| 5.1.3 测量深度对灵敏度校准的影响分析 |
| 5.2 拉丝塔光栅水听器阵列信号解调与增敏实验验证 |
| 5.2.1 参考传感器解调声压场水声传感实验 |
| 5.2.2 一体化增敏成缆的声压场实验 |
| 5.3 拉丝塔光栅水听器阵列关键参数实验验证 |
| 5.3.1 阵列信号时域测试 |
| 5.3.2 等效噪声压分析测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录 |
| 攻读学位期间参与的科研项目 |
（3）基于Michelson光纤干涉仪的局部放电超声检测技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 强度调制型光纤声波传感技术研究现状 |
| 1.2.2 光栅型光纤声波传感技术研究现状 |
| 1.2.3 干涉型光纤声波传感技术研究现状 |
| 1.2.4 研究现状小结 |
| 1.3 当前研究存在的问题 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统抗干扰技术研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统 |
| 2.2.1 基于Michelson干涉仪的超声传感原理 |
| 2.2.2 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统基本结构 |
| 2.3 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统降噪技术 |
| 2.3.1 传感系统噪声种类 |
| 2.3.2 传感系统降噪技术 |
| 2.4 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统抗干扰技术 |
| 2.4.1 环境噪声对传感系统稳定性的影响机制 |
| 2.4.2 基于相位跟踪反馈控制的抗干扰技术 |
| 2.4.3 光纤超声传感系统抗干扰性能测试 |
| 2.5 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统集成设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 高灵敏度GIS光纤超声传感器研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 GIS光纤超声传感器灵敏度频域特性仿真 |
| 3.2.1 GIS光纤超声传感器基本设计思路 |
| 3.2.2 GIS光纤超声传感器灵敏度频域模型 |
| 3.2.3 GIS光纤超声传感器灵敏度仿真分析 |
| 3.3 GIS光纤超声传感器灵敏度频域模型的实验验证 |
| 3.3.1 GIS光纤超声传感器灵敏度测试平台 |
| 3.3.2 GIS光纤超声传感器灵敏度实验测试 |
| 3.4 GIS光纤超声传感器优化设计 |
| 3.4.1 传感器设计方案 |
| 3.4.2 传感器性能对比 |
| 3.5 真型GIS局部放电检测试验 |
| 3.5.1 真型GIS局部放电检测实验平台 |
| 3.5.2 真型GIS局部放电检测实验结果 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 高灵敏度变压器光纤超声传感器研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变压器光纤超声传感器灵敏度频域特性仿真 |
| 4.2.1 变压器光纤超声传感器基本设计思路 |
| 4.2.2 变压器光纤超声传感器灵敏度频域模型 |
| 4.2.3 变压器光纤超声传感器灵敏度仿真分析 |
| 4.3 变压器光纤超声传感器灵敏度频域模型的实验验证 |
| 4.3.1 变压器光纤超声传感器灵敏度测试平台 |
| 4.3.2 变压器光纤超声传感器灵敏度实验测试 |
| 4.4 变压器光纤超声传感器优化设计 |
| 4.4.1 传感器设计方案 |
| 4.4.2 传感器性能对比 |
| 4.5 真型变压器局部放电检测试验 |
| 4.5.1 真型变压器局部放电放电检测实验平台 |
| 4.5.2 真型变压器局部放电放电检测实验结果 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于分布式Michelson干涉光纤超声传感的局部放电定位技术研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 分布式局部放电光纤超声传感系统 |
| 5.2.1 传感系统基本原理 |
| 5.2.2 相位解调方法 |
| 5.2.3 参数设计 |
| 5.3 真型设备局部放电分布式光纤超声检测 |
| 5.3.1 GIS局部放电分布式光纤超声检测 |
| 5.3.2 变压器局部放电分布式光纤超声检测 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 主要创新成果 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 攻读博士学位期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（4）干涉型光纤水听器信号解调技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究的背景及意义 |
| 1.2 光纤水听器及阵列研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 干涉型光纤水听器相位解调技术研究现状 |
| 1.3.1 相位载波生成解调法 |
| 1.3.2 3×3耦合器法 |
| 1.4 本论文的研究内容及各章节安排 |
| 1.4.1 本论文研究内容 |
| 1.4.2 各章节安排 |
| 第二章 干涉型光纤水听器理论基础 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 光纤传感概述 |
| 2.2.1 光纤传感原理 |
| 2.2.2 光纤传感器的分类 |
| 2.3 相位调制原理 |
| 2.3.1 机械应力引起的相位变化 |
| 2.3.2 温度波动引起的相位变化 |
| 2.4 光纤干涉仪原理 |
| 2.4.1 经典光纤干涉仪 |
| 2.4.2 双光束干涉原理 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 干涉型光纤水听器解调算法理论模型 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 相位解调技术 |
| 3.2.1 主动零差法 |
| 3.2.2 被动零差法 |
| 3.2.3 普通外差法 |
| 3.2.4 合成外差法 |
| 3.2.5 伪外差法 |
| 3.3 基于PGC的解调算法 |
| 3.3.1 载波调制方法 |
| 3.3.2 基于微分交叉相乘的相位载波生成法(PGC-DCM) |
| 3.3.3 基于反正切的相位载波生成法(PGC-ARCTAN) |
| 3.3.4 相位载波生成法的信号频谱特性 |
| 3.3.5 调制深度的确定 |
| 3.4 基于3×3光纤耦合器的解调算法 |
| 3.4.1 基于3×3光纤耦合器的微分交叉相乘解调算法 |
| 3.4.2 基于3×3光纤耦合器的反正切解调算法 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于3×3耦合器的两种改进的解调算法 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 基于3×3耦合器的非对称微分相除(AD)解调算法 |
| 4.2.1 算法原理 |
| 4.2.2 仿真分析 |
| 4.2.3 实验验证 |
| 4.3 基于3×3耦合器的平方相减(SS)解调算法 |
| 4.3.1 算法原理 |
| 4.3.2 仿真分析 |
| 4.3.3 实验验证 |
| 4.4 总谐波失真 |
| 4.5 对周期脉冲信号的解调 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于QUARTUS13 的解调算法软件设计及仿真 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 FPGA简介 |
| 5.3 QUARTUS II13.0 软件介绍 |
| 5.4 各模块的设计实现 |
| 5.4.1 分频模块 |
| 5.4.2 乘除法模块 |
| 5.4.3 求和及求差模块 |
| 5.4.4 微分模块 |
| 5.4.5 积分模块 |
| 5.4.6 FIR高通滤波器 |
| 5.4.7 干涉信号生成模块 |
| 5.4.8 模块整合结果 |
| 5.5 MODELSIM仿真结果 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 全文总结 |
| 6.1 主要研究工作及结论 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研工作情况 |
（5）微震监测用光纤加速度传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 微震监测研究综述 |
| 1.3 光纤加速度传感器研究现状 |
| 1.3.1 膜片式光纤加速度传感器 |
| 1.3.2 顺变柱体光纤加速度传感器 |
| 1.3.3 悬臂梁型光纤加速度传感器 |
| 1.4 光纤加速度传感器解调技术 |
| 1.5 论文研究内容与创新点 |
| 第2章 膜片式法布里珀罗加速度传感器 |
| 2.1 膜片式FOFPA传感器理论 |
| 2.1.1 F-P干涉理论 |
| 2.1.2 FOFPA传感器的力学模型 |
| 2.2 基于PE膜的FOFPA传感器 |
| 2.2.1 模态分析 |
| 2.2.2 实验验证 |
| 2.3 基于MEMS复合膜的FOFPA传感器 |
| 2.3.1 MEMS工艺 |
| 2.3.2 MEMS复合膜的制备 |
| 2.3.3 灵敏度的应力修正 |
| 2.3.4 传感器设计与实验验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 动态光谱解调技术 |
| 3.1 光纤F-P传感器解调技术 |
| 3.1.1 强度解调 |
| 3.1.2 相位解调 |
| 3.1.3 波长解调 |
| 3.2 基于空间频谱分析的振幅解调 |
| 3.2.1 检测原理 |
| 3.2.2 实验验证与数据分析 |
| 3.3 基于自拟合差分法的时域信号解调 |
| 3.3.1 检测原理与模拟仿真 |
| 3.3.2 实验验证与数据分析 |
| 3.3.3 检测频率分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 非对称顺变柱体光纤加速度传感器 |
| 4.1 非对称高灵敏光纤加速度传感器 |
| 4.1.1 模型分析 |
| 4.1.2 实验验证与性能分析 |
| 4.2 传感器优化设计 |
| 4.2.1 封装设计 |
| 4.2.2 预应力分析 |
| 4.3 基于阻尼设计的宽频响探头 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 微震监测系统设计与现场试验 |
| 5.1 光纤阵列复用技术 |
| 5.2 系统工程化设计与性能测试 |
| 5.2.1 系统工程化设计 |
| 5.2.2 系统性能测试 |
| 5.3 微震监测现场试验 |
| 5.3.1 试验环境介绍 |
| 5.3.2 传感网络与探头布设 |
| 5.3.3 敲击测试 |
| 5.4 微震监测数据分析 |
| 5.4.1 敲击信号分析与识别 |
| 5.4.2 爆破信号分析与识别 |
| 5.4.3 微震信号分析与识别 |
| 5.4.4 干扰信号分析与识别 |
| 5.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术成果 |
| 攻读博士期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（6）基于无迹卡尔曼滤波器的实时相位解包算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 相位解包算法 |
| 1.2.2 FPGA实时处理技术 |
| 1.2.3 相位解包算法在相位调制型光纤传感领域的应用 |
| 1.3 论文主要工作 |
| 2 相位解包理论基础及其应用 |
| 2.1 相位解包分类及其原理 |
| 2.1.1 路径追踪算法 |
| 2.1.2 最小范数算法 |
| 2.1.3 噪声滤波算法 |
| 2.2 相位调制型光纤传感器原理 |
| 2.2.1 光纤相位调制原理 |
| 2.2.2 Michelson型光纤传感器基本原理 |
| 2.2.3 相位调制解调技术 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 基于无迹卡尔曼滤波的相位解包算法 |
| 3.1 无迹卡尔曼滤波原理 |
| 3.2 强噪声条件下相位梯度信息的估计 |
| 3.2.1 相位梯度估计算法 |
| 3.2.2 算法实现 |
| 3.3 适用于相位解包系统的无迹卡尔曼算法参数 |
| 3.3.1 最优参数设计 |
| 3.3.2 实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于FPGA高吞吐率相位解包算法架构实现 |
| 4.1 定点无迹卡尔曼滤波算法的数值精度分析 |
| 4.1.1 定点仿真原理 |
| 4.1.2 定点仿真设计 |
| 4.1.3 定点仿真精度分析 |
| 4.2 无迹卡尔曼滤波模块架构 |
| 4.2.1 系统状态模块 |
| 4.2.2 sigma点传递模块 |
| 4.2.3 状态预测模块 |
| 4.2.4 状态更新模块 |
| 4.2.5 仿真结果 |
| 4.3 基于FPGA硬件相位解包实现结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 高吞吐率相位解包模块在光纤传感系统中的应用 |
| 5.1 实验装置结构 |
| 5.2 实验系统原理及系统搭建 |
| 5.2.1 Michelson干涉系统搭建 |
| 5.2.2 FPGA硬件整体架构 |
| 5.3 实验数据分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（7）光纤Fabry-Perot声波传感器特性及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光纤传感器的发展与应用 |
| 1.1.1 光纤传感器的发展 |
| 1.1.2 光纤传感器的分类 |
| 1.1.3 光纤传感器的应用 |
| 1.2 光纤声波传感器的发展概况 |
| 1.2.1 光纤麦克风的发展与应用 |
| 1.2.2 光纤水听器的发展与应用 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 第2章 干涉式光纤声波传感器工作原理 |
| 2.1 光纤干涉仪 |
| 2.1.1 光纤塞格纳克(Sagnac)干涉仪 |
| 2.1.2 光纤迈克尔逊(Michelson)干涉仪 |
| 2.1.3 光纤法布里·珀罗(Fabry-Perot)干涉仪 |
| 2.1.4 光纤马赫·曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪 |
| 2.1.5 光纤干涉技术的关键 |
| 2.2 基于EFPI结构的光纤声波传感器工作原理 |
| 2.3 双光束干涉仪的信号解调技术 |
| 2.3.1 有源零差正交解调法 |
| 2.3.2 无源零差正交解调法 |
| 2.3.3 相位载波(PGC)零差法 |
| 2.3.4 各种解调方案的对比 |
| 2.4 本章小节 |
| 第3章 石墨烯薄膜的特性与制备 |
| 3.1 石墨烯薄膜的结构 |
| 3.2 石墨烯薄膜的特性 |
| 3.2.1 石墨烯的电学特性 |
| 3.2.2 石墨烯的热学特性 |
| 3.2.3 石墨烯的力学特性 |
| 3.2.4 石墨烯的光学特性 |
| 3.3 石墨烯薄膜的制备 |
| 3.3.1 机械剥离法 |
| 3.3.2 液相剥离法 |
| 3.3.3 氧化还原法 |
| 3.3.4 碳化硅外延生长法 |
| 3.3.5 化学气相沉积法(CVD) |
| 3.4 石墨烯薄膜的应用 |
| 3.4.1 石墨烯在储能领域的应用 |
| 3.4.2 石墨烯在纺织领域的应用 |
| 3.4.3 石墨烯在气体检测传感中的应用 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 采用石墨烯薄膜的EFPI声波传感器的制作与测量 |
| 4.1 采用石墨烯薄膜的EFPI光纤声波传感器的制作 |
| 4.1.1 石墨烯薄膜的转移 |
| 4.1.2 光纤声波传感器的制作 |
| 4.2 采用正交工作点直接测量法的传感系统 |
| 4.2.1 采用LabVIEW搭建的正交工作点自动检测系统 |
| 4.2.2 采用正交工作点直接测量法的EFPI光纤声波传感系统 |
| 4.3 空气中光纤声波传感器特性分析 |
| 4.3.1 腔长对光纤声波传感器性能的影响 |
| 4.3.2 空气中光纤声波传感器的频率与幅度特性 |
| 4.3.3 空气中光纤声波传感器的动态响应范围与信噪比 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 光纤声波传感器在水声通信中应用的研究 |
| 5.1 水下光纤声波传感器特性分析 |
| 5.1.1 水下光纤声波传感器的频率特性 |
| 5.1.2 水下光纤声波传感器的振幅特性 |
| 5.1.3 水下光纤声波传感器的信噪比特性 |
| 5.2 光纤声波传感器与传统水听器性能的对比 |
| 5.2.1 声压灵敏度特性对比 |
| 5.2.2 噪声特性对比 |
| 5.3 光纤声波传感器在水声通信中应用的研究 |
| 5.3.1 对脉冲信号的接收 |
| 5.3.2 对固定频率正弦信号的接收 |
| 5.3.3 对线性变换调制信号的接收 |
| 5.4 采用空间分集的光纤水声信号检测 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（8）超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列有源反正切解调方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 光纤光栅水听器阵列的国内外研究现状 |
| 1.2.1 FBG型光纤光栅水听器 |
| 1.2.2 FBG激光器结构光纤光栅水听器 |
| 1.2.3 FBG干涉型光纤光栅水听器 |
| 1.3 光纤光栅水听器系统信号解调技术发展现状 |
| 1.3.1 强度解调法和波长解调法 |
| 1.3.2 相位解调法 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 超弱光纤光栅Fizeau干涉阵列传感理论与系统设计 |
| 2.1 Fizeau干涉结构与解调原理 |
| 2.1.1 Fizeau干涉结构 |
| 2.1.2 光纤Fizeau干涉解调原理 |
| 2.2 光纤光栅基本理论 |
| 2.3 实验系统光路设计与传感原理 |
| 2.3.1 光脉冲调制原理与采样参数设置 |
| 2.3.2 超弱光纤光栅构建Fizeau干涉结构基本理论 |
| 2.3.3 反射脉冲信号时域分析 |
| 2.3.4 理想3×3 光纤耦合器传输特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列解调方法研究 |
| 3.1 3×3 耦合器解调算法 |
| 3.1.1 NPS解调算法原理与仿真 |
| 3.1.2 NRL解调算法原理与仿真 |
| 3.2 反正切解调算法 |
| 3.3 PGC解调算法 |
| 3.3.1 PGC-DCM解调算法原理与仿真 |
| 3.3.2 PGC-Arctan解调算法原理与仿真 |
| 3.4 有源反正切解调算法 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列实验研究 |
| 4.1 实验系统搭建与硬件介绍 |
| 4.1.1 实验系统搭建 |
| 4.1.2 实验系统硬件介绍 |
| 4.2 基于发声换能器的实验研究 |
| 4.2.1 发声换能器实验系统装置搭建 |
| 4.2.2 发声换能器实验系统性能验证 |
| 4.3 基于振动液柱法的实验研究 |
| 4.3.1 振动液柱法实验系统装置搭建 |
| 4.3.2 振动液柱法实验系统性能验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文和参与的项目 |
（9）光纤传感器振动系统信号解调技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤传感及解调技术概述 |
| 1.2.1 光纤传感技术研究现状 |
| 1.2.2 相位解调技术研究现状 |
| 1.3 研究目的和主要内容 |
| 第2章 干涉型光纤传感结构的选择 |
| 2.1 Michelson干涉型光纤传感器 |
| 2.2 Sagnac干涉型光纤传感器 |
| 2.3 Mach-Zehnder干涉型光纤传感器 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 MACH-ZEHNDER光纤传感系统特性研究 |
| 3.1 系统噪声特性分析 |
| 3.1.1 光源噪声的分析及抑制 |
| 3.1.2 电路噪声分析及抑制 |
| 3.2 系统光路稳定性研究 |
| 3.2.1 单模光纤的偏振特性 |
| 3.2.2 系统光传输的简化模型 |
| 3.2.3 系统偏振衰落的分析和仿真 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 光纤干涉仪相位解调技术研究 |
| 4.1 外差解调法 |
| 4.2 零差解调技术 |
| 4.2.1 相位生成载波法 |
| 4.2.2 3×3光纤耦合器解调 |
| 4.3 基于椭圆拟合的3×3耦合器解调 |
| 4.3.1 椭圆拟合解调原理 |
| 4.3.2 偏振衰落对解调的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 光纤传感干涉仪信号处理方法 |
| 5.1 小波去噪方法分析 |
| 5.2 形态学去噪方法分析 |
| 5.2.1 形态学基本原理 |
| 5.2.2 传统数学形态学的偏振处理 |
| 5.3 基于形态学滤波的偏振信号处理 |
| 5.3.1 直方图去噪 |
| 5.3.2 邻域阈值法去噪 |
| 5.3.3 构建椭圆滤波模板 |
| 5.3.4 模板滤波 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 系统信号处理方案设计 |
| 6.1 系统结构搭建 |
| 6.2 实验设计和分析 |
| 6.2.1 系统程序总体设计 |
| 6.2.2 数据采集 |
| 6.2.3 降噪和偏振处理 |
| 6.2.4 信号解调 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（10）基于FPGA的实时光纤传感网络相位解调系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 光纤传感技术 |
| 1.1.1 光纤传感器简述 |
| 1.1.2 国内外光纤传感器研究现状 |
| 1.2 干涉光实时相位解调的难点及解决办法 |
| 1.3 本文的主要内容 |
| 2 相位调制传感器及相位调制相关原理简述 |
| 2.1 相位调制型光纤传感器分类及其原理 |
| 2.2 相位解调部分原理 |
| 2.2.1 多种解调方法介绍 |
| 2.2.2 相位解包方法介绍 |
| 2.3 偏振衰落现象 |
| 2.3.1 偏振衰落现象简述 |
| 2.3.2 本系统消除偏振衰落的方法 |
| 2.4 光纤传感器复用原理 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 光纤传感系统结构设计 |
| 3.1 光纤传感网络光学结构 |
| 3.1.1 光学部分整体结构 |
| 3.1.2 相位计算解调方法 |
| 3.2 基于FPGA的实时相位解调系统结构 |
| 3.2.1 信号采集部分 |
| 3.2.2 信号发生部分 |
| 3.2.3 信号处理部分 |
| 3.2.4 数据传输部分 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 基于FPGA的相位信号处理部分实现架构 |
| 4.1 通道选择及原始数据上传模块 |
| 4.2 自动延时信息获取算法 |
| 4.3 光强信息过滤模块 |
| 4.4 传感器光强数据处理模块 |
| 4.5 相位解调模块 |
| 4.5.1 包裹相位计算部分 |
| 4.5.2 包裹相位解包部分 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 光纤传感网络系统整体实验及测试 |
| 5.1 实验室实验设备简介 |
| 5.2 实验室数据分析 |
| 5.2.1 光强信息过滤模块运行结果 |
| 5.2.2 包裹相位计算子模块运行结果 |
| 5.2.3 包裹相位解包子模块运行结果 |
| 5.3 现场数据分析 |
| 5.4 性能对比 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
四、干涉型光纤水听器相位载波调制解调技术研究（论文参考文献）
- [1]面向空气声传感的光纤激光动态解调技术研究[D]. 马晓梅. 齐鲁工业大学, 2021(10)
- [2]基于拉丝塔光栅阵列的超细线光纤水听器关键技术研究[D]. 庞彦东. 武汉理工大学, 2020(01)
- [3]基于Michelson光纤干涉仪的局部放电超声检测技术研究[D]. 周宏扬. 华北电力大学(北京), 2020(06)
- [4]干涉型光纤水听器信号解调技术研究[D]. 代欣学. 中国舰船研究院, 2020(02)
- [5]微震监测用光纤加速度传感器研究[D]. 李世丽. 安徽大学, 2020(07)
- [6]基于无迹卡尔曼滤波器的实时相位解包算法研究[D]. 钱婕妤. 南京理工大学, 2020(01)
- [7]光纤Fabry-Perot声波传感器特性及应用研究[D]. 何媛婷. 厦门大学, 2019(08)
- [8]超弱光纤光栅Fizeau干涉水听器阵列有源反正切解调方法研究[D]. 徐倩楠. 武汉理工大学, 2019(07)
- [9]光纤传感器振动系统信号解调技术研究[D]. 张自超. 华北电力大学(北京), 2019(01)
- [10]基于FPGA的实时光纤传感网络相位解调系统研究[D]. 彭文俊. 南京理工大学, 2019(06)