光纤传感技术是新一代传感技术，能实现高精度、多参量同时测量，易于组网，形成分布式传感网络，是今后大型结构健康检测以及物联网的核心。本书从光纤布拉格光栅的基本原理出发，介绍光纤布拉格光栅传感器的传感特性；针对光纤布拉格光栅的光谱特性，提出光谱去噪、信号修补以及峰值解调的方法；最后针对光纤布拉格光栅传感器的实际应用价值，介绍几种光纤光栅传感器的实际应用。
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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
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