隨著傳感技術的不斷發展，光纖布拉格光柵(FiberBraggGrating,FBG)在傳感領域吸引了廣泛的注意。FBG傳感器具有體積小、重量輕、抗腐蝕性強以及抗電磁干擾等特性，已經被廣泛的應用于各種傳感領域。近年來，國內高校以及各大公司在光纖傳感方面的研究蒸蒸日上，但是在傳感領域能參考的書籍寥寥無幾，為此，我們根據這幾年從事FBG傳感領域研究的相關經驗，編寫了該書籍，為該領域的研究者提供指導。全書共9章，第1章介紹光纖光柵發展與分類；第2章分析了光纖布拉格光柵和長周期光纖光柵的傳感特性；第3章主要介紹了針對光纖光柵反射光譜的降噪方法，包括小波閾值去噪算法以及經驗模態分解；第4章介紹光纖光柵傳感信號的修補方法；第5章介紹FBG傳感信號的峰值解調方法；第6~9章主要介紹FBG傳感器的實際應用，其中第6章介紹光纖光柵在溫度和濃度雙參量實時解調中的應用；第7章介紹光纖光柵在輸油管道泄漏檢測中的應用；第8章介紹光纖光柵在航天飛行器結構健康檢測中的應用；第9章介紹光纖光柵在周界入侵檢測中的應用。本書內容豐富，涵蓋了FBG傳感器的基本傳感原理，FBG傳感器在實際應用中的理論分析，以及FBG在各種領域中的具體應用。本書結構清晰，敘述深入淺出，便于自學。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 光纖光柵技術的發展與分類 2
1.2.1 光纖光柵的發展 2
1.2.2 光纖光柵的分類 4
1.3 光纖光柵傳感器的研究與應用 5
參考文獻 5
第2章 光纖光柵傳感特性 7
2.1 引言 7
2.2 FBG傳感特性 8
2.2.1 應變傳感特性 8
2.2.2 溫度傳感特性 9
2.2.3 光譜特性 10
2.3 LPG傳感特性 11
2.3.1 溫度傳感特性 12
2.3.2 折射率特性 14
參考文獻 15
第3章 光纖光柵傳感信號去噪 17
3.1 引言 17
3.2 基于小波變換的FBG傳感信號去噪原理 18
3.2.1 小波變換 18
3.2.2 小波去噪原理 20
3.2.3 改進小波閾值去噪原理 24
3.2.4 實驗結果與分析 29
3.3 基于經驗模態分解的FBG傳感信號去噪原理 33
3.3.1 經驗模態分解 33
3.3.2 經驗模態分解去噪原理 34
3.3.3 改進的經驗模態分解去噪原理 35
3.4 基于EMD與互信息的FBG信號去噪 36
3.4.1 基于模態消除法排除虛假分量 36
3.4.2 互信息法確定高低頻分離點 38
3.4.3 實驗與結果分析 39
參考文獻 43
第4章 光纖光柵傳感信號的修補原理 46
4.1 引言 46
4.2 基于壓縮感知的光纖光柵信號修補原理 47
4.2.1 壓縮感知基本理論 47
4.2.2 改進壓縮感知修補FBG缺損信號 50
4.3 基于字典學習的FBG缺損信號修補原理 58
4.3.1 基于學習方法的分析 59
4.3.2 基于AK-SVD算法的字典獲取方法 59
4.3.3 基于字典學習的FBG缺損信號修補原理 60
參考文獻 61
第5章 光纖光柵傳感信號峰值解調原理 63
5.1 引言 63
5.2 三點尋峰算法 64
5.2.1 算法原理 64
5.2.2 三要素選取策略 66
5.2.3 實驗結果與分析 73
5.3 指數修正高斯擬合尋峰算法 75
5.3.1 算法原理 75
5.3.2 指數修正高斯擬合尋峰算法實現 78
5.3.3 實驗結果與分析 81
5.4 多峰光譜自適應尋峰算法 84
5.4.1 峰值點初定位 84
5.4.2 自適應多峰值區域分割 86
5.4.3 基于廣義高斯模型的峰值精確定位 88
5.4.4 實驗結果與分析 91
參考文獻 94
第6章 光纖光柵在溫度和濃度雙參量實時解調中的應用 96
6.1 引言 96
6.2 實驗平臺搭建 97
6.2.1 雙參量測量實驗模型 97
6.2.2 實驗系統硬件組成 98
6.3 溫度和濃度雙參量實時解調 100
6.3.1 FBG傳感信號的溫度靈敏度 100
6.3.2 LPG傳感信號的溫度靈敏度 102
6.3.3 LPG傳感信號的折射率靈敏度 103
6.3.4 雙參量實時解調結果 104
參考文獻 107
第7章 光纖光柵在海洋平臺沖擊及管道泄漏定位中的應用 108
7.1 引言 108
7.2 FBG傳感網絡海洋平臺沖擊識別與定位 109
7.2.1 分布式傳感系統的設計與構建 109
7.2.2 基于SVM的沖擊力大小識別 111
7.2.3 海洋平臺沖擊點的精確定位 113
7.3 FBG傳感網絡輸油管道泄漏檢測與定位 115
7.3.1 FBG傳感探頭設計 116
7.3.2 泄漏檢測系統的構建 119
7.3.3 泄漏點的檢測及定位 121
7.4 實驗結果與分析 122
7.4.1 訓練集的構建 122
7.4.2 沖擊力大小的識別 123
7.4.3 沖擊點的精確定位 124
7.4.4 定位方法對比 125
參考文獻 127
第8章 光纖光柵在航天飛行器結構健康檢測中的應用 129
8.1 引言 129
8.2 FBG傳感平臺的設計與構建 129
8.3 基于FBG直角應變花的飛行器結構沖擊檢測 131
8.3.1 結構沖擊精確定位 131
8.3.2 結構沖擊力精確識別 132
8.4 FBG應變花應變解耦與橫向效應補償 133
8.4.1 應變解耦模型 133
8.4.2 FBG橫向效應補償 134
8.5 沖擊定位實驗驗證 136
8.5.1 實驗系統的構建 136
8.5.2 結構沖擊實驗驗證與結果分析 137
參考文獻 140
第9章 光纖光柵在周界安防中的應用 142
9.1 引言 142
9.2 基于EMD的入侵行為識別算法 143
9.2.1 傳感信號獲取 143
9.2.2 入侵發生時間確定 143
9.2.3 改進EMD算法對信號進行分解 144
9.2.4 特征提取以及分類 148
9.3 基于FBG傳感器的入侵定位算法 149
9.3.1 基于簡支梁理論的初定位 149
9.3.2 基于改進PSO算法的入侵定位優化方案 152
9.4 入侵行為識別實驗 154
9.4.1 入侵分類實驗平臺搭建 154
9.4.2 入侵分類實驗原理 155
9.4.3 入侵信號提取及處理 155
9.4.4 特征提取及分類結果分析 159
9.5 入侵定位實驗 161
9.5.1 FBG傳感器數量確定 161
9.5.2 實驗原理 162
9.5.3 實驗系統搭建 163
9.5.4 實驗結果與分析 164
參考文獻 169
第10章 光纖光柵在大容量傳感網中的應用 171
10.1 引言 171
10.2 FBG傳感網的復用技術 172
10.2.1 波分復用技術 172
10.2.2 時分復用技術 173
10.2.3 空分復用技術 174
10.2.4 光譜形狀復用技術 175
10.3 大容量FBG傳感光譜的壓縮與重構 176
10.3.1 FBG光譜壓縮與重構算法 176
10.3.2 實驗結果與分析 180
10.4 大容量FBG傳感網的尋址定位 187
10.4.1 FBG傳感網模型及問題描述 187
10.4.2 FBG傳感網尋址定位算法 190
10.4.3 實驗結果與分析 195
10.5 大容量FBG重疊光譜的精確解調 203
10.5.1 FBG傳感網的設計與構建 203
10.5.2 FBG重疊光譜解調算法 204
10.5.3 實驗系統搭建 209
10.5.4 實驗結果與分析 210
參考文獻 214
附錄 217
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