当前位置:主页 > 科技论文 > 自动化论文 >

智能电网用光纤Bragg光栅传感解调系统的设计

发布时间:2017-03-21 01:00

  本文关键词:智能电网用光纤Bragg光栅传感解调系统的设计,,由笔耕文化传播整理发布。


【摘要】:随着光通信技术的发展,光纤传感技术逐渐引起人们的重视,并成为传感领域的一个重要研究课题。光纤布拉格光栅(FBG)是光纤传感领域里一种新的类型,它具有电气绝缘、抗电磁干扰、灵敏度高、体积小、重量轻等优点,并且利用复用技术很容易组建传感网络,实现分布式测量,因而被广泛用于航空航天、能源化工、电力监测等领域。如何快速有效的解调出光纤光栅传感信号是应用的前提,而解调系统的成本与体积限制了它在工程中的使用,因此,设计一种低成本、小型化的光纤光栅解调系统是光纤光栅传感器技术实用化的关键所在。本文分析了国内外光纤光栅传感技术的发展,在对光纤光栅解调原理深入了解的基础上,对比常用解调方法各自的优缺点,出于实用性和可行性的考虑,最终选用可调谐F-P滤波法作为本文的解调方法,利用波分复用技术组建分布式传感网络。硬件部分首先介绍系统中用到的光学器件,并根据设计指标选型;然后以FPGA作为核心处理器,完成硬件电路的搭建,包括F-P滤波器驱动电路、光电检测电路、A/D数据采集电路。最后基于LabVIEW软件开发平台,完成上位机监控软件的设计,通过串口对下位机数据的采集并实时显示,完成在线监测功能。信号处理部分是整个系统的核心,针对采集到的信号进行小波阈值去噪处理,滤除高频噪声,提高输入信号的信噪比。本文在传统小波阈值去噪算法中软、硬阈值函数以及现有文献所设计阈值函数的基础上,构造一个新的阈值函数,该函数对噪声的处理在信噪比和均方根误差上具有更好的优越性。再通过寻峰算法得出中心波长,进而计算出待测量的值。最后对整个解调系统的检测结果进行分析,给出了小波阈值去噪仿真图。并通过温度传感实验,把本文提出的阈值函数去噪算法运用到解调系统中,实验结果表明,运用该算法搭建的系统对温度的检测线性度高,检测精度满足工程需求,达到了预期设计目标,具有进一步的研究开发意义。
【关键词】:光纤布拉格光栅 F-P滤波器 FPGA 小波阈值去噪
【学位授予单位】:长春工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP212;TM76
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-8
  • 第一章 绪论8-13
  • 1.1 研究目的和研究意义8-9
  • 1.2 相关领域国内外研究现状9-11
  • 1.2.1 国外研究现状9-11
  • 1.2.2 国内研究现状11
  • 1.3 论文主要研究内容和结构安排11-13
  • 第二章 光纤Bragg光栅传感及解调理论基础13-33
  • 2.1 光纤Bragg光栅传感原理13-18
  • 2.1.1 光纤Bragg光栅的基本特性13-15
  • 2.1.2 光纤Bragg光栅温度传感特性15-16
  • 2.1.3 光纤Bragg光栅应变传感特性16-17
  • 2.1.4 光纤Bragg光栅温度-应力交叉敏感特性17-18
  • 2.2 光纤Bragg光栅解调的基本方法18-23
  • 2.2.1 光谱仪解调法18-19
  • 2.2.2 边缘滤波器检测法19-21
  • 2.2.3 匹配光栅解调法21-22
  • 2.2.4 非平衡M-Z干涉解调法22
  • 2.2.5 迈克尔逊干涉解调法22-23
  • 2.3 基于可调谐F-P滤波器的传感解调方案23-26
  • 2.3.1 可调谐F-P滤波器特性分析23-24
  • 2.3.2 基于可调谐F-P滤波器的波长解调法24-26
  • 2.4 光纤光栅传感的组网及复用技术26-32
  • 2.4.1 光纤光栅传感的组网技术26-28
  • 2.4.2 光纤光栅传感组网中的复用技术28-32
  • 2.5 本章小结32-33
  • 第三章 光纤Bragg光栅解调系统方案设计33-48
  • 3.1 光纤Bragg光栅解调系统总体方案设计33-34
  • 3.1.1 解调系统指标33
  • 3.1.2 解调系统方案33-34
  • 3.2 光纤Bragg光栅解调系统光路设计34-39
  • 3.2.1 ASE光源34-35
  • 3.2.2 可调谐F-P滤波器35-37
  • 3.2.3 光环形器37-38
  • 3.2.4 光电探测器38-39
  • 3.3 光纤Bragg光栅解调系统电路设计39-44
  • 3.3.1 数据采集电路40-42
  • 3.3.2 可调谐F-P滤波器扫描电路设计42-44
  • 3.4 基于FPGA的总体硬件电路设计44-45
  • 3.5 光纤Bragg光栅解调系统上位机设计45-47
  • 3.5.1 LabVIEW简介45-46
  • 3.5.2 基于LabVIEW的实时监测平台实现46-47
  • 3.6 本章小结47-48
  • 第四章 光纤Bragg光栅传感解调系统算法研究48-55
  • 4.1基于小波阈值函数的去噪算法48-52
  • 4.1.1 小波去噪原理48-49
  • 4.1.2 阈值及阈值函数的选取49-50
  • 4.1.3 重新构造的小波阈值函数50-52
  • 4.2 FBG反射谱寻峰算法52-54
  • 4.2.1 一般多项式拟合算法52
  • 4.2.2 高斯-多项式拟合寻峰算法52-53
  • 4.2.3 高斯拟合算法53-54
  • 4.3 本章小结54-55
  • 第五章 光纤Bragg光栅解调系统实验分析55-64
  • 5.1 小波阈值去噪算法验证55-58
  • 5.2 光纤光栅温度传感解调实验58-62
  • 5.2.1 光纤Bragg光栅波长-温度关系实验59-61
  • 5.2.2 光纤Bragg光栅解调系统温度实验61-62
  • 5.3 解调系统准确性实验62
  • 5.4 本章小结62-64
  • 第六章 总结与展望64-65
  • 6.1 总结64
  • 6.2 展望64-65
  • 致谢65-66
  • 参考文献66-69
  • 作者简介69
  • 攻读硕士学位期间研究成果69

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;Range Modulator for Spreading Bragg Peak of Heavy Ion Beam[J];1996 Annual Report of Institute of Modern Physics,the Chinese Academy of Sciences & National Laboratory of Heavy Ion Accelerator,LanZhou;1996年00期

2 ;Bragg Curve Measurements for Heavy Ion Beam[J];1997 Annual Report of Institute of Modern Physics,the Chinese Academy of Sciences & National Laboratory of Heavy Ion Accelerator,Lanzhou;1997年00期

3 ;Extending Bragg Peak of Heavy Ion Beam and Inactivation Measurement of Melanoma Cell[J];1997 Annual Report of Institute of Modern Physics,the Chinese Academy of Sciences & National Laboratory of Heavy Ion Accelerator,Lanzhou;1997年00期

4 马秋峰,靳根明,李强,李文建,杨威,党秉荣,王潇,毛瑞士;兰州重离子束治癌Bragg峰展宽装置参数设计[J];贵州大学学报(自然科学版);2004年03期

5 ;Application of Bragg Curve Detector for Heavy Nuclear Measurements in AMS[J];Annual Report of China Institute of Atomic Energy;2007年00期

6 吕辰刚;胡志雄;祖鹏;葛春风;武星;;Demodulation System for Fiber Bragg Grating Sensors Using Digital Filtering Technique[J];Transactions of Tianjin University;2008年01期

7 李祖玉,刘国兴,樊治国;一台用于重离子鉴别的Bragg曲线谱仪[J];核技术;1987年04期

8 李强;;减少治疗离子束展宽Bragg峰后沿的计量半影(英文)[J];IMP & HIRFL Annual Report;2011年00期

9 ;A 3D Beam Monitor System for Measuring Beam Distribution and Bragg Curve in Heavy Ion Therapy at IMP[J];IMP & HIRFL Annual Report;2005年00期

10 邹勇卓;胡鑫;姚军;FORSBERG Erik;;Bragg reflectors based on alternate RHTL-LHTL structures[J];Journal of Zhejiang University Science A(Science in Engineering);2006年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 屈丽;卓仲畅;苏雪梅;;Slow and fast light in a Bragg gratings F-P cavity[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年

2 杨仕文;李宏福;;Bragg谐振腔新分析[A];中国电子学会真空电子学分会第十届年会论文集(下册)[C];1995年

3 任国斌;王智;娄淑琴;简水生;;Bragg光纤的能带结构与模式[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年

4 马乔生;孟凡宝;常安碧;周传明;;用模式匹配法研究Bragg反射腔[A];四川省电子学会高能电子学专业委员会第四届学术交流会论文集[C];2005年

5 曾慧丹;刘焕文;唐国吉;;矩形Bragg防波堤引起线性长波共振反射的最优配置[A];第十六届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2013年

6 李营;朱钧;李岩;张书练;;Bragg光纤光栅传感应用中的关键技术[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年

7 董小鹏;李杰;戎华北;周金龙;周建华;;少模光纤Bragg光栅及其在折射率测量中的应用[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

8 张威;倪爱清;王继辉;冀运东;;基于光纤Bragg光栅对复合材料冲击累计损伤的检测[A];第17届全国复合材料学术会议(复合材料检测与测试技术分论坛)论文集[C];2012年

9 李朝历;何明;姜山;阮向东;武绍勇;王伟;;Bragg曲线探测器在中重核的AMS测量中的应用[A];第十三届全国核物理大会暨第八届会员代表大会论文摘要集[C];2007年

10 张宝健;梁丽勤;;基于光纤Bragg光栅传感器的水坝健康监测系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李柯;基于全数字超高频雷达海浪Bragg与非Bragg散射机理研究[D];武汉大学;2015年

2 高帆;基于Bragg体光栅的光束近场特性与控制技术研究[D];苏州大学;2016年

3 林晨曦;Bragg光纤带隙调控光传输特性与工艺制备[D];清华大学;2007年

4 罗彬彬;光纤Bragg光栅传感技术及其生化传感应用研究[D];电子科技大学;2012年

5 于永森;Bragg光纤光栅的制作及在传感器和光纤放大器中应用研究[D];吉林大学;2005年

6 程旭升;聚合物Bragg光纤光栅的制作及其传感特性的研究[D];中国科学技术大学;2011年

7 邹红波;光纤Bragg光栅传感系统若干技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

8 吴晓冬;光纤Bragg光栅应变传感技术及其应用研究[D];浙江大学;2005年

9 陆观;光纤Bragg光栅在智能材料结构健康监测中的应用研究[D];南京航空航天大学;2011年

10 黄雪峰;光纤Bragg光栅测量理论及其在动力工程中应用的研究[D];浙江大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 许俊飞;反射Bragg波长的信号解调与远程监测研究[D];昆明理工大学;2015年

2 王巧琴;基于Bragg光栅电磁轨道炮应变测试技术研究[D];南京理工大学;2015年

3 张飞翔;光纤Bragg光栅表面化学镀铜工艺及温度特性研究[D];西南科技大学;2015年

4 陈强;太阳光自动跟踪及空心Bragg光纤传输系统研究[D];南京邮电大学;2015年

5 苏阳;智能电网用光纤Bragg光栅传感解调系统的设计[D];长春工业大学;2016年

6 刘静娴;Bragg光纤传输特性理论分析和仿真[D];电子科技大学;2007年

7 王雯;中红外传输空心Bragg光纤[D];清华大学;2009年

8 王晶晶;Bragg光纤的传输特性研究及其结构设计[D];北京交通大学;2007年

9 袁海龙;红外空心Bragg光纤制备工艺的研究[D];南京邮电大学;2013年

10 姚夕林;分布式光纤Bragg光栅传感解调系统的研究[D];安徽理工大学;2014年


  本文关键词:智能电网用光纤Bragg光栅传感解调系统的设计,由笔耕文化传播整理发布。



本文编号:258721

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/258721.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户6b65c***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com