集成式光纤声波检测系统设计与应用研究
发布时间：2021-04-29 14:41
光纤声波探头是光纤传感技术的一种典型应用,具有体积小、重量轻、结构简单、可靠性和稳定性高、抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、损耗低等技术优势,在监测、安防领域有着广阔的应用价值。本文基于光的相位调制原理设计制作了一种结构简单、灵敏度高的基于石墨烯薄膜的光纤声波探头,研究内容如下:首先,阐述了三种主要光纤传感技术的原理和特点,并介绍了光纤声波传感技术的三种主要调制方式的基本工作原理以及光纤声波传感器的发展趋势。其次,从双光束干涉效应出发,对基于二维薄膜光纤微干涉腔声波传感的工作原理进行了详细阐述,分析对比了光纤微干涉腔声波传感的两种主要信号解调方法,即强度解调法和相位解调法;然后介绍了基于石墨烯薄膜的光纤声波探头的结构设计,并完成了探头的制作与性能测试工作,基于强度解调方法完成了两种解调系统的方案设计与硬件实现。此外,详细研究了两种光纤声波检测系统的信号处理方法。由于光纤微干涉腔声波检测系统对外界环境噪声以及系统元器件的电路噪声非常敏感,研究分析了一种基于LMS（最小均方）算法的自适应滤波技术,对系统采集到的声音信号实现有效的减噪处理。在声音信号处理中,首次将盲源信号分离算法应用到光纤声波传...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 光纤传感技术
1.2.1 点式光纤传感器
1.2.2 准分布式光纤传感器
1.2.3 分布式光纤传感器
1.3 光纤声波传感技术
1.3.1 光纤声波传感器的调制原理
1.3.2 光纤声波传感器的发展趋势
1.4 课题研究意义及主要研究内容
1.4.1 课题的意义
1.4.2 主要研究内容
第二章 基于二维薄膜光纤微干涉腔的声波检测系统设计
2.1 光纤微干涉腔声波传感的理论基础
2.2 光纤微干涉腔声波传感信号解调方法
2.2.1 强度解调法
2.2.2 相位解调法
2.3 光纤微干涉腔声波传感系统设计与硬件实现
2.3.1 基于石墨烯薄膜的光纤声波探头设计方案
2.3.2 基于石墨烯薄膜的光纤声波探头的制作
2.3.3 单波长解调系统设计
2.3.4 三波长解调系统设计
2.3.5 信号分析软件
2.3.6 光纤声波探头的性能测试
2.4 本章小结
第三章 光纤声波检测系统信号处理方法研究
3.1 自适应滤波
3.1.1 自适应滤波器的基本原理
3.1.2 最小均方算法
3.2 仿真与实验
3.2.1 仿真验证
3.2.2 实验测试
3.3 声音信号分离与识别技术——盲源分离
3.3.1 盲源分离的基本理论
3.3.2 盲源分离的数学模型
3.3.3 线性瞬时混合模型的盲源分离
3.3.4 线性卷积混合模型的盲源分离
3.4 仿真与实验
3.4.1 仿真验证
3.4.2 实验测试
3.5 本章小结
第四章 工程应用
4.1 工程应用背景
4.2 基于石墨烯薄膜的光纤声波探头的安装
4.3 光纤声波检测系统的现场测试
4.3.1 非接触式声波探测
4.3.2 接触式振动探测
4.4 光纤声波检测系统与电类麦克风的对比测试
4.5 本章小结
第五章 全文总结及展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于影响因子的频域盲源分离排序算法[J]. 薄祥雷,何怡刚,尹柏强,方葛丰,樊晓腾,李中群. 电子学报. 2014(02)
[2]基于FastICA算法的盲源分离[J]. 王建雄,张立民,钟兆根. 计算机技术与发展. 2011(12)
[3]基于时分复用和窄波长扫描激光的长距离光纤布喇格光栅传感系统[J]. 刘川,饶云江,冉曾令,封莎. 光子学报. 2010(11)
[4]在役机车实心轴超声探伤方法[J]. 田军,孙小美,高晓蓉,李金龙,郭建强. 铁道技术监督. 2010(09)
[5]自适应滤波算法研究及其Matlab实现[J]. 王鲁彬,翟景春,熊华. 现代电子技术. 2008(03)
[6]光纤Michelson干涉仪系统的研究[J]. 姚建永,张森,王臻,周琦,刘孟华. 光通信研究. 2007(02)
[7]一种新的白光光纤传感系统波长解调方法[J]. 荆振国,于清旭,张桂菊,宋世德. 光学学报. 2005(10)
[8]基于傅里叶变换的光纤法布里-珀罗传感器解调研究[J]. 章鹏,朱永,唐晓初,陈伟民. 光学学报. 2005(02)
[9]铁路轴承滚子的磁粉探伤[J]. 陈海华. 宁夏机械. 2004 (04)
[10]光纤传感器的今日与发展[J]. 廖延彪,黎敏. 传感器世界. 2004(02)
博士论文
[1]反射式强度型光纤传感器强度调制特性的数学模型与关键技术的研究[D]. 杨华勇.国防科学技术大学 2002
本文编号：3167715
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 光纤传感技术
1.2.1 点式光纤传感器
1.2.2 准分布式光纤传感器
1.2.3 分布式光纤传感器
1.3 光纤声波传感技术
1.3.1 光纤声波传感器的调制原理
1.3.2 光纤声波传感器的发展趋势
1.4 课题研究意义及主要研究内容
1.4.1 课题的意义
1.4.2 主要研究内容
第二章 基于二维薄膜光纤微干涉腔的声波检测系统设计
2.1 光纤微干涉腔声波传感的理论基础
2.2 光纤微干涉腔声波传感信号解调方法
2.2.1 强度解调法
2.2.2 相位解调法
2.3 光纤微干涉腔声波传感系统设计与硬件实现
2.3.1 基于石墨烯薄膜的光纤声波探头设计方案
2.3.2 基于石墨烯薄膜的光纤声波探头的制作
2.3.3 单波长解调系统设计
2.3.4 三波长解调系统设计
2.3.5 信号分析软件
2.3.6 光纤声波探头的性能测试
2.4 本章小结
第三章 光纤声波检测系统信号处理方法研究
3.1 自适应滤波
3.1.1 自适应滤波器的基本原理
3.1.2 最小均方算法
3.2 仿真与实验
3.2.1 仿真验证
3.2.2 实验测试
3.3 声音信号分离与识别技术——盲源分离
3.3.1 盲源分离的基本理论
3.3.2 盲源分离的数学模型
3.3.3 线性瞬时混合模型的盲源分离
3.3.4 线性卷积混合模型的盲源分离
3.4 仿真与实验
3.4.1 仿真验证
3.4.2 实验测试
3.5 本章小结
第四章 工程应用
4.1 工程应用背景
4.2 基于石墨烯薄膜的光纤声波探头的安装
4.3 光纤声波检测系统的现场测试
4.3.1 非接触式声波探测
4.3.2 接触式振动探测
4.4 光纤声波检测系统与电类麦克风的对比测试
4.5 本章小结
第五章 全文总结及展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于影响因子的频域盲源分离排序算法[J]. 薄祥雷,何怡刚,尹柏强,方葛丰,樊晓腾,李中群. 电子学报. 2014(02)
[2]基于FastICA算法的盲源分离[J]. 王建雄,张立民,钟兆根. 计算机技术与发展. 2011(12)
[3]基于时分复用和窄波长扫描激光的长距离光纤布喇格光栅传感系统[J]. 刘川,饶云江,冉曾令,封莎. 光子学报. 2010(11)
[4]在役机车实心轴超声探伤方法[J]. 田军,孙小美,高晓蓉,李金龙,郭建强. 铁道技术监督. 2010(09)
[5]自适应滤波算法研究及其Matlab实现[J]. 王鲁彬,翟景春,熊华. 现代电子技术. 2008(03)
[6]光纤Michelson干涉仪系统的研究[J]. 姚建永,张森,王臻,周琦,刘孟华. 光通信研究. 2007(02)
[7]一种新的白光光纤传感系统波长解调方法[J]. 荆振国,于清旭,张桂菊,宋世德. 光学学报. 2005(10)
[8]基于傅里叶变换的光纤法布里-珀罗传感器解调研究[J]. 章鹏,朱永,唐晓初,陈伟民. 光学学报. 2005(02)
[9]铁路轴承滚子的磁粉探伤[J]. 陈海华. 宁夏机械. 2004 (04)
[10]光纤传感器的今日与发展[J]. 廖延彪,黎敏. 传感器世界. 2004(02)
博士论文
[1]反射式强度型光纤传感器强度调制特性的数学模型与关键技术的研究[D]. 杨华勇.国防科学技术大学 2002
本文编号：3167715
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3167715.html
