基于光纤光栅传感系统的解调与定位研究

作     者：刘鹏辉 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：江虹;王学军

授予年度：2021年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光纤光栅 解调技术 小波阈值去噪 RSSI 冲击定位算法 

摘      要：随着社会经济的飞速发展,传感技术被广泛应用在社会生活的方方面面。光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）作为光纤传感领域发展最快、应用最广的传感器,具有光信号传输损耗低、适用于恶劣环境、复用能力强等优点,因而被广泛应用于航空航天、能源化工、电力监测、建筑工程以及结构健康状态监测等领域。本课题针对大型工程中需要对工程健康状态进行多点监测的需求,为了解决工程上对材料结构损伤位置准确定位的问题,设计一种光纤光栅传感网络定位监测系统来监测工程应用中材料结构损伤位置。本文在对国内外光纤光栅传感技术深入了解的基础上,研究光纤光栅的传感原理,对比多种光纤光栅解调技术以及各自的优势及其局限性,出于实用可行性和工程应用性的考虑,最终选用可调谐F-P滤波器解调法作为本文的解调方法,确定了分布式光纤光栅传感系统整体的解调方案。信号处理部分是传感解调系统中的重要环节,针对光纤光栅传感解调系统采集信号环节的噪声处理问题,采用改进的小波阈值去噪的方法对采集到的传感信号进行分解和重构,达到去噪的目的。仿真验证表明:该方法既克服了硬阈值函数本身的不连续性,又避免了软阈值函数固有的偏差问题,提高了信号重构精度,对传感信号预处理达到预期效果。针对工程应用中材料结构损伤位置识别问题,本文提出了一种基于RSSI加权质心的光纤光栅传感网络定位方法。该方法以材料结构损伤板为模型,在冲击荷载作用下光纤光栅的中心波长发生漂移,解调中心波长的变化量进而获得冲击点响应信号强度,通过加权融合计算、区域定位得到冲击点的最终坐标。最后构建了光纤光栅传感解调网络定位监测系统,使用基于RSSI加权质心的分布式光纤传感网络冲击定位方法,在结构损伤冲击模型上进行实验测试。定位结果表明,该光纤光栅传感解调系统定位方法对冲击损伤位置能够准确识别,定位监测效果明显,为工程应用中结构损伤位置的测量方式提供参考。