一、强度调制型光纤传感器用电路研究（论文文献综述）
刘佑祺[1]（2021）在《光纤传感器测量三维微观表面形貌系统的优化设计》文中研究表明随着测量技术的更新,光纤传感器作为一类重要的传感技术,被广泛应用于航空研究,国防军用,信息交互,医学仪器,机器生产自动化等领域。其作为一种非接触式传感测量的方式为微观表面形貌测量提供了一种新的测量方案,逐渐取代传统的接触测量方式,成为信息传感技术的先锋,本文设计了一套反射式强度调制型光纤位移传感器测量系统,目的是实现三维微观表面形貌的重构。研究内容如下:（1）分析光纤传感器表面形貌测量的理论。文中研究了光纤的光学特性,光纤传感器的测量原理,不同探头结构的调制特性以及反射式强度调制型光纤传感器的测量原理,并给出影响系统测量精度与稳定性的具体因素。（2）设计光强补偿系统。通过分析传统光强度补偿方法及其光强补偿效果,提出了本文使用的双通道光强补偿法以及智能算法补偿法,分别使用粒子群和萤火虫两种智能算法对BP神经网络进行了优化,同时分析了基于硬件和软件两大类光强补偿方法的性能。（3）构建反射式光纤传感器表面形貌测量系统。主要说明了测量系统硬件构成,以及硬件各部分基本特性以及参数选型,基于系统测量功能要求用labview模块化程序进行了系统控制软件设计,实验调试确保测量系统可以正常工作,标定减少初始误差,通过光强补偿方法优化了系统性能,最后分析了系统各种测量因素的影响,对三维表面微观形貌进行了测量重构。研究结果表明,本文研究的反射式光纤位移传感器测量系统实现三维微观形貌表面重构这一方案是可行的,并用硬件方面和软件方面的光强补偿提升了其测量准确度。
康志坚[2]（2021）在《煤矿井下应急通信光纤传感信号解调系统研究》文中认为煤炭资源是我国重要的能源矿产资源之一,煤矿的安全生产支撑着国民经济的持续发展。当煤矿井下发生瓦斯爆炸、顶板冒落等重大灾害时会造成井下断电故障,造成通信网络链路中断,致使救援中心无法探知煤矿井下人员信息,增大灾后应急救援难度。本文结合光纤传感技术可实现信号无源探测的特点,以声波探测为基础,研究设计了一种基于煤矿井下既有光缆的应急通信光纤传感信号解调系统,可检测矿井灾后供电中断下被困人员的声音信息。本文研究内容主要包括以下几个方面:（1）分析光纤传感信号检测机制,阐述声波信息解调原理,搭建了基于煤矿井下既有光缆的光纤声音传感检测系统,系统采用ASE宽带光源作为探测光,以光纤作为声音传感媒介与信号传输通道,可在矿井灾后供电中断下侦听巷道内被困人员发出的敲击、呼喊等声音信号,并将信号传输至地面,在地面进行远程信号解调。（2）设计了包括信号解调系统和数据传输系统的光纤声音传感硬件解调系统。通过对光电转换、I/V转换、差分传输、前置放大、有源滤波、阻抗匹配、功率放大、电声转换等硬件电路的设计,搭建了信号硬件解调系统,完成声音信号的解调复现与提取还原;以STM32F407为控制芯片,设计了数据采集单元、数据控制单元、数据传输单元,构建了数据传输系统,将解调还原的声音信息数据传输至上位机监控系统。（3）开发了基于MFC应用架构的光纤声音传感上位机监控系统,实现对矿井灾后供电中断下声波信号的检测,构建了人机交互界面,实现对声音信息的实时检测、波形显示、数据存储及声音复现等功能;设计了多线程结构,优化软件运行速度。以上位机监控系统为数据处理分析平台,开发了网络数据传输系统,将综合处理后的数据分析结果推送给工作人员,实现声音、图像、波形等多方联动检测矿井灾后实际环境情况。（4）搭建了光纤传感信号解调系统实验台,光纤声音传感检测系统可对铺设光缆周界声音进行探知,实现声音信号的无源采集与传输;信号解调系统可实现声音信号的解调复现;数据传输系统可将解调还原的声音数据稳定传输至上位机监控系统。上位机监控系统可通过波形实时反映外界环境的变化情况,并及时推送灾情发生信息。实验结果表明:在10km的测试距离内,构建的应急通信光纤传感信号解调系统可以检测距光纤探头0-10m,频率为300Hz-3.4k Hz的声音信号,频率精度可达±1Hz。上述研究表明,应急通信光纤传感信号解调系统通过光纤传感技术在矿井灾后供电状态下实现了对被困人员声波的信息无源探测与采集传输,解决了断电致使无法通信的问题,为煤矿井下应急通信紧急救援研究提供了新思路与技术手段。
孙嘉懿[3]（2021）在《用于鼾声检测的光纤声波传感器研究》文中指出睡眠呼吸障碍是一种在睡眠过程中由于上呼吸道阻塞而引发的呼吸障碍疾病。在当今社会中,患有睡眠呼吸障碍的人群已经非常普遍,但人们却难以察觉到自身的睡眠健康。长期的不健康睡眠已经成为了多种慢性疾病的诱因,不仅严重影响到睡眠质量,还会给生活工作带来不便,影响记忆力,甚至可能会诱发高血压、中风、肺心病、心脑血管疾病等。因此,对睡眠呼吸障碍疾病的诊断与及时治疗是十分重要的。打鼾作为睡眠呼吸障碍疾病的典型症状之一,可以作为疾病诊治的有力依据。因此,采集到高质量的鼾声信号对于睡眠呼吸障碍的诊断是十分有意义的。本文旨在采用一种解调方式相对简单的方法设计并制作一款成本低、灵敏度高、温度稳定性好的光纤声波传感器用于检测鼾声信号。通过分析不同调制方式的光纤声波传感器的优缺点及制作难易程度,确定了基于膜片反射式强度调制型的光纤传感方案。实验中,我们制作了反射薄膜为镀金石英薄膜的光纤声波传感器。考虑到温度因素给传感器的稳定性和使用寿命带来了较大的影响,因此对传感器的内部粘接填充方案提出了改进,结合光纤声波传感器的应用场景,设计了传感器的外部封装工艺,优化了传感器的外部封装结构,并且详细介绍了传感器的封装步骤。通过上述优化和改进,传感器的温度稳定性和使用寿命得到了很大程度的改善和提升。经过实验测试,传感器的温度系数从2.2%/℃变为0.28%/℃,使用寿命也从最初的一个月提升至八个月以上,为实现高精度高稳定性的声波传感打下了基础。为了验证传感器的性能,搭建了静态压力测试系统和动态压力测试系统用于检测传感器对于静态压力和动态声压的响应情况。实验结果表明,静态压力测试结果与理论分析相吻合。对于动态压力测试而言,针对不同的测试频率,光纤声波传感器的动态响应特性曲线在0.3-500Pa的声压测量范围内线性良好,且反射薄膜有效直径越大,传感器的声压灵敏度越高。以25k Hz的声压测试频率为例,反射薄膜有效直径为7mm的光纤声波传感器的灵敏度为-187d B re V/μPa,优于灵敏度为-189d B re V/μPa的有效直径为4mm的光纤声波传感器。同时,将传感器应用于声音检测,检测了鼾声信号,并得到了不错的测试结果,表明传感器可用于睡眠呼吸障碍的诊断,为传感器能够应用于生物医学领域打下了良好的基础。
员康[4]（2020）在《多头反射式强度调制光线传感器的研制》文中研究指明本文借鉴光强补偿技术,光纤纤端出射光场分布,强度调制特性函数,微弱光电信号检测原理对光纤传感器进行了分析研究,提出了一种利用双光路强度调制光纤传感器,并且可根据实际应用需求加入透镜系统,可实现光纤传感器测量精度及线性范围的改变,同时也实现可增加探头和被测物之间的距离,期望在光纤传感器测量方法及技术方面取得突破,以达到在被测表面反射率变化的情况下进行测量,高精度,高效率的目的。首先,研究了光纤传感器发送光纤出射端光场分布,在发送光束在反射面发生镜面反射及漫反射的前提下,通过理论分析得到了光纤传感器的光强调制特性函数与光纤探头距反射面的距离之间的关系,建立光纤传感器进行位移测量的理论模型,运用Matlab仿真分析了反射面粗糙度改变及光纤自身参量对光强调制特性函数曲线的影响。重点研究了反射面为光滑镜面和完全漫反射面对调制特性的影响,以及光束在物体表面发生漫反射时光纤对轴间距,纤芯半径和光纤数值孔径对调制特性的影响。结果表明:镜面反射的强度调制特性明显优于漫反射面,调制函数峰值是漫反射的5倍,且随着反射面粗糙程度的依次增大,强度调制特性逐渐下降。就光纤传感器设计而言,在条件允许的范围内减小收发光纤轴间距,减小发送光纤芯径等使得光纤传感器的强度调制函数达到进行测量的最理想状态,实现传感器测量精度的提升。其次,通过探究强度补偿方法的原理及优缺点,设计了双光路强度调制光纤传感器的整体光路结构,对传感器所含光电器件进行设计选型,从整体上设计了强度调制光纤传感器的总体光路结构,其次完成各个光电器件的设计与选型。另外对光纤传感器的机械结构进行分析设计,包括显微物镜连接套筒设计,光纤探头固定装置设计,光纤探头固定套筒设计,分光元件的装夹及固定,连接立方块设计等,以连接立方块为基准进行机械机构设计,确保双光路结构的同轴性,减小传感器测量误差。完成对光纤传感器硬件电路的分析设计,在此基础上进行了脉冲调制电路的设计完成,采用NE555芯片实现脉宽可调的信号发生电路,该电路利用外部电阻的改变实现占空比的调整。依次设计了微弱信号的光电转换及放大电路,实现光信号到电信号的转换及放大处理,进行AD数据采集,并进行数字滤波与相敏检波,对杂散信号进行滤除,使得载有测量信息的信号得以通过。最后,依据设计的光纤传感器的整体光路结构,完成光纤传感器各机械结构部分的组装,实现强度调制光纤传感器的验证性实验。分别进行反射面为镜面反射及漫反射时的实验研究,对强度调制光纤传感器在位移测量方面的主要性能（线性范围及灵敏度）进行测试。实验结果表明传感器在镜面反射的测量灵敏度优于粗糙表面,且强度调制特性函数的后坡线性范围高于前坡线性范围。
周宏扬[5]（2020）在《基于Michelson光纤干涉仪的局部放电超声检测技术研究》文中进行了进一步梳理近年来,国内外研究人员已开展了诸多基于光纤干涉仪的声波传感技术研究,但主要集中于低频水声检测领域。相比于水声检测,气体绝缘开关（Gas Insulated Switchgear,GIS）和变压器等电力设备放电产生的声波频率高、波长短、幅值小,且安装环境复杂,对光纤声波传感系统的性能提出了更高的要求。目前,对于电力设备局部放电（Partial Discharge,PD）检测用的干涉型光纤超声传感系统研究仍存在不足,具体体现在:1)现场环境噪声产生的扰动强度常远大于局部放电产生的超声波强度,在大幅值噪声干扰下传感系统输出信号的稳定性难以保证。低频声波检测中常是通过直接解调相位来避免干扰问题,但所采用的相位解调方法难以解调高频声波信号。当对电力设备局部放电产生的高频超声进行检测时,如何解决干涉型传感系统的抗干扰问题缺乏研究。2)局部放电产生的超声波信号强度弱,要求光纤超声传感器具有很高的灵敏度。目前对于外置式光纤声波传感器的设计仅考虑了静态灵敏度,忽略了传感器的高频响应性能。如何面向电力设备局部放电超声检测需求实现传感器最优化设计有待进一步研究。3)电力设备尺寸大,常需要对局部放电情况进行多点检测以实现故障定位。传统的时分复用方案成本高,且无法进行同步检测,难以满足电力设备运维需求。如何构建经济、高效的多路复用干涉型光纤超声传感网络仍是个难点问题。为此本文中开展如下研究:1)针对于高频声波检测时干涉型传感系统的抗干扰问题,本文提出了一种基于相位跟踪反馈控制技术的Michelson干涉光纤超声传感系统抗干扰方法。该方法通过提取系统输出的误差信号,形成反馈信息,经控制回路对干涉光相位进行补偿,可确保传感系统响应始终保持在最高值。因此,该传感系统无需对干涉信号相位精确解调,直接检测干涉仪输出光强即可准确地反映待测信号。避免了传统抗干扰方法对待测信号频率的限制。通过对控制回路的优化设计,采用相位跟踪反馈的Michelson干涉光纤超声传感系统可抑制1.8 kHz以下的低频噪声引起的干扰。试验结果表明,该方法显着提高了传感系统的稳定性。2)针对于高灵敏度GIS光纤超声传感器的设计问题,本文基于弹性力学理论建立了芯轴型光纤超声传感器的灵敏度频域模型,据此进行传感器芯轴材质和尺寸的优化设计,使其在GIS放电产生的超声波主要集中的频段（40 kHz附近）达到峰值灵敏度。测试结果表明,所研制的GIS光纤超声传感器中心频率为45 kHz。在20 kHz～80 kHz频段内,光纤超声传感器平均灵敏度为85.8 dB,峰值灵敏度达93.0 dB,分别比传统PZT传感器高出31.8 dB（38.9倍）和33.0 dB（44.6倍）。此外,真型GIS局部放电检测实验结果表明,所研制光纤超声传感器比传统PZT传感器更能有效检测出微小局部放电信号。3)为了实现变压器油中局部放电的高灵敏度检测,本文设计了无芯轴的光纤环作为变压器内置式光纤超声传感器。建立了变压器光纤超声传感器灵敏度频域模型,据此分析了光纤超声传感器尺寸以及入射声波角度对其灵敏度频率特性的影响规律。并搭建了传感器性能测试实验平台,通过实验测试验证了模型的准确性。通过理论分析和实验测试,形成了传感器设计方案。经对比测试,所研制的内置式光纤超声传感器的平均检测灵敏度是PZT传感器的59.2倍。对于同一放电缺陷,光纤超声传感器检测到的局部放电起始电压可比PZT传感器的低22.0%。4)针对于Michelson干涉光纤超声传感系统多路复用问题,本文提出了基于频分复用原理的光纤超声传感器复用方法。该方法利用光扫频干涉技术将各个传感器感测到的超声信息调制于不同频率的载波信号中,基于卡森带宽法则设置了合适的传感光纤长度可确保各个载波信号不会发生混叠。通过带通滤波技术对同步检测到的各个载波信号进行分离,并进行解调后即可获得外部超声信息。真型电力设备局部放电超声多点检测实验结果表明,所研制的多路复用光纤超声传感系统能够对GIS和变压器局部放电产生的超声波进行多点同步检测,据此可实现高精度放电缺陷定位,缺陷定位精度可达到cm量级。
杨洋[6]（2020）在《光纤曲率传感器关键技术研究》文中认为结构的弯曲曲率是衡量物体形变程度的重要参数之一。实际应用中,曲率很难被直接测量。目前大多数检测结构变形程度的传感器都是通过检测弯曲引起的应变,进而计算出形变的。薄结构在大曲率半径弯曲时产生的应变很小,采用应变的方法测量比较困难。因此,开发一种高精度的可以直接测量曲率的传感器对于薄结构在大曲率半径弯曲时的形变测量具有重要意义。本文介绍一种基于强度调制型的光纤曲率传感技术,通过在光纤表面引入敏感区对光纤中传输光的模场进行扰动。当光纤向不同方向弯曲时,其模场分布会发生变化,则敏感区对模场的扰动程度就会发生变化,光纤敏感区的透射系数和背向散射系数也会随之变化。本文采用脉冲自参考解调技术从理论上抑制光源强度波动、光路传输损耗变化、系统噪声等因素的影响。并基于该解调技术研制了高精度强度调制型光纤曲率传感系统。采用有限差分光束传播法对侧边抛磨光纤传输特性进行数值仿真研究。利用MATLAB软件对基于曲率的曲线重建算法进行仿真验证。通过悬臂梁曲率测量实验对光纤曲率传感器增敏区的透射系数和背向散射系数进行高精度测量。实验测定传感器透射系数线性区灵敏度为0.47/m-1,背向散射系数灵敏度为6.73/m-1,系统测量噪声幅度为2.25×10-4,经过悬臂梁位移与曲率换算,可知基于透射光的光纤曲率传感器曲率分辨率是4.75×10-4（8）-1)。在曲率区间0～1（8）-1)内响应的线性度较好。基于背向散射光的光纤曲率传感器分辨率是3.35×10-5（8）-1),在曲率范围-1～1（8）-1)内线性响应度较好。基于背向散射光的光纤曲率传感器可区分弯曲方向。该系统具有结构简单、响应带宽宽和可实现时分复用等优点。在研究光纤曲率传感器在空间形状感知领域的应用时,开发了一套基于单点曲率测量的悬臂梁空间二维曲线恢复系统。将两根光纤曲率传感器进行推挽式结构封装构成x方向的传感臂,将另一套推挽式结构与之正交封装构成y方向传感臂。再对解调系统和软件程序进行相应修改。利用悬臂梁曲率测量结构进行实验。实验测得该系统最大测量相对误差是0.18。研究表明基于单模光纤的强度型曲率传感器具有结构简单、易解调和成本低廉等优点。具有较好的应用前景。
景亚冬[7]（2020）在《激光多普勒加速度测量方法研究》文中研究说明光纤加速度计相比于电学加速度计,具有体积小、质量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点,可以广泛应用于各种恶劣条件下运动物体加速度的测量,拥有较高的测量精度,在近些年应用广泛。但由于常用的光纤加速度计多属于接触式测量,需要将敏感单元固定在运动物体表面,必然干扰物体运动,尤其对于运动物体小加速度的测量极为不利,因此,本文提出了一种基于激光多普勒效应的新型非接触式光纤加速度计,该加速度计根据运动物体两个相近时刻多普勒频移的差值计算加速度。本文具体研究内容主要包括以下几个方面:1.介绍了激光多普勒效应,对利用激光多普勒效应测量运动物体速度的过程进行了理论分析与公式推导,得到了速度与多普勒频移的关系式;描述了外差式激光多普勒测量系统的工作原理,提出了利用激光多普勒效应进行运动物体加速度测量的具体方案,设计了全光纤激光多普勒加速度测量系统,推导出了运动物体加速度的计算公式。2.根据全光纤激光多普勒加速度测量系统输出信号的特征设计了对应的硬件电路,由于系统输出信号光功率小,信噪比差,无法直接解调,因此,先是采用信号调理电路中的光电二极管将光信号转换为电流信号,再对电流信号进行跨阻放大并引入偏置电压,之后将所得电压信号输入模数转换电路以数字信号输出,输出信号进入包含解调算法的FPGA控制电路进行解调,解调结果通过网口通信电路传输到上位机进行显示,最终完成加速度的测量。3.对常用的多普勒信号解调算法的原理进行分析,总结了它们的优缺点,提出利用数字相关鉴相算法进行加速度信号的解调,并进行了理论分析。将数字相关鉴相算法用于加速度信号的解调,不仅解决了多普勒信号信噪比较低的问题,还通过直接计算得到运动物体不同时刻之间的相位差,从而避免了分别计算相位可能引入的额外误差。4.对全光纤激光多普勒加速度测量系统进行仿真分析和实验验证,先是以压电陶瓷振荡器作为运动物体,利用数字相关鉴相算法对其加速度解调过程进行仿真分析,在信噪比20d B时加速度的解调误差最大,为0.135m/s2,随着信噪比增大,解调误差不断减小,之后搭建了全光纤激光多普勒加速度测量系统进行实验验证,对压电陶瓷振荡器在不同加速度下进行测量,其最大测量误差为-3.7660%,测量范围可以达到0.115-6.41×106m/s2。全光纤激光多普勒加速度测量系统可以用于运动物体加速度的非接触式测量,具有较高的测量精度和测量稳定性,在低信噪比运动物体加速度的高精度测量等研究领域具有一定的应用前景。
杨家隆[8]（2020）在《基于FPGA的EFPI光纤传感器的干涉信号处理》文中认为随着航空航天以及各行各业的发展,人们急需要一种能在恶劣环境中工作的传感器,在这种情况下光纤传感器应运而生。光纤传感器由于没有采用电子器件,在抗强电磁干扰方面尤为突出,并且它的结构简单、成本低、分辨率高、动态范围广、复用性强等优点也备受人们青睐。FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）是一种半定制的硬件电路,速度快,组成灵活,可以集成外围控制、译码和接口电路,而且可以并行处理数据,将FPGA应用到光纤传感系统中可以大大提升系统对信号的响应速度和缩短系统对信号的处理时间。在光纤传感器中法布里-珀罗光纤传感器以其简单的结构、小的体积、低廉的成本、高的灵敏度以及大的动态范围的优点被广泛应用到各个行业,其中非本征型法布里-珀罗干涉（Extrinsic Fabry-Perot Interferometer,EFPI）光纤传感器以组成灵活,可以测量各种物理量的优势被广泛应用。本文从EFPI光纤传感器的传感原理出发,先简单介绍了EFPI光纤传感器的干涉原理,然后分别介绍了EFPI光纤传感器的两种结构,毛细管型和膜片型EFPI光纤传感器以及它们对于外界环境压强和温度传感的干涉机理。最后详细介绍了EFPI光纤传感器的解调原理。本文应用EFPI光纤传感器的解调原理设计了基于FPGA的干涉信号处理模块,并详细介绍了干涉信号处理模块的设计原理,同时阐述了整个FPGA系统的设计。最后对FPGA干涉信号处理模块进行测试,本文采用真实传感器的干涉光谱作为输入,主要使用了两个传感器的干涉光谱,一个是腔长为128μm的干涉光谱,另一个腔长为441μm的干涉光谱,然后与PC平台软件处理的结果进行对比,发现该干涉信号处理模块的相位解调结果与PC平台软件处理的相位解调结果一致。结合FPGA中的干涉信号处理模块,搭建完整的白光干涉解调系统。其中选用体积较小、价格便宜、结构简单且波长调谐范围广的MG-Y可调谐激光器作为该系统的光源。本文所采用ADN8810芯片5路并行控制激光器输出循环扫描单波长的范围为1527nm到1567nm,共设置有1250个波长点,波长间隔为32pm。最后选用的数据采集芯片AD9226和USB 2.0芯片CY68013A完成了对整个系统的搭建,该系统可以实现200Hz的实时腔长解调,解调精度为1nm。本文制备两个硅薄膜的膜片型EFPI光纤传感器,采用上述白光干涉解调系统对这两个传感器进行压力解调实验,实验表明该传感器在0-40KPa压力范围内,灵敏度为20nm/KPa,通过对传感器的多次重复测量,该传感器的线性拟合度一直保持在99.82%附近,进一步验证该白光干涉解调系统的稳定性。
高博[9]（2020）在《光纤气压传感器关键技术的研究》文中提出随着光纤制作工艺的提高及光纤传感技术进步,可以用于测量多个参量的光纤传感器得到快速发展。位移量和形变量作为重要的测量参量,在科学研究中起着举足轻重的作用。利用光纤传感的调制和解调技术,在减少对待测量产生影响的情况下,极大程度的提高了光纤传感器的灵敏度。由于光纤传感器逐步产业化,生产成本有效降低,适合推广到实际应用中。在航天航空领域,迫切需要可以高精度地测量气压的新型传感器来提供高空的大气数据;同时在海拔较高的地点,我们也需要较为精确的测量气压推导出海拔高度。在工业生产领域,恶劣的环境（强腐蚀、强干扰）也需要对生产的气压的压力进行高精度的测量。在上述这些极端条件下,传统的电子传感器无法满足生产生活的需求,此时,光纤传感技术走进人们研究视线之内。与传统的测量传感的相比,光纤的传光性能优良,对于光波的损耗小,带宽比微波高5个数量级。对于压力和位移的检测是目前光线传感器应用最多的方向,其中反射式强度型的光纤传感器由于可以实现非接触式测量,而且设计制造成本低,所以在此领域的应用最广。本课题来源于取代空速管等传统电子传感器在测量气压方向的作用,通过设计两种不同材料的反射面结构,基于高斯分布的出射光场分布模型,模拟出不同结构的光纤气压传感器的参数对输出光强的影响。本文的主要内容是:（1）介绍了光纤传感技术的发展历程和各类光纤传感器及特点,阐述了课题的研究背景和意义,明确分析出下文的研究方向。随后介绍了本文设计的两种的光纤传感器的基本结构和工作原理,介绍了光纤出射的光场分布模型,并根据高斯分布模型对光纤的输出光强进行推导。（2）完成了对位移式反射面的光纤气压传感器的设计,采用的是刚性材料的反射面。当壳体内外压强差发生变化,刚性材料的反射面与光纤纤端的距离会发生变化,从而接收光纤的光强的会发生变化。利用高斯分布模型对反射光锥进行处理。研究了此结构的光纤气压传感器的输出特性参数及各项参数对输出特征函数的影响。（3）对形变式反射面的光纤气压传感器的结构进行了设计,其采用的是弹性材料的反射面。分析压强与膜片中心形变量的关系,并分析了当膜片两侧压强的不同导致膜片发生不同的凹凸形变时,对反射光锥半径的影响,并根据不同反射光锥半径对两种不同的情况进行仿真分析,得到各项参数对输出特性的影响。（4）分析了系统的扰动因素,增加了一根接收光纤来对系统进行优化。从而降低了光源和反射面特性对系统的影响。,确定了采用等芯不等间距的结构来对光纤气压传感器的光强扰动和线性区间进行补偿。并分析了接收光纤的间距差与出射光纤的数值孔径对其的影响。本文的关键技术是针对光纤气压传感的输出光强进行计算分析,得到各个参数对系统输出光强的影响。然后对于光强扰动的因素进行补偿,并对补偿结构进行分析,确定了最优化的结构。本文全面、细致地介绍反射式光强调制型光纤气压传感器的原理结构,研究了采用刚性材料和弹性材料的光纤气压传感器的输出特性,对气压的测量提出了很好的解决方案,具有一定的研究意义和价值。
朱鹏[10]（2020）在《基于FPGA和GPU的光纤光栅传感高速解调系统研究》文中指出光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）作为最具有发展前途的光纤无源器件之一,自从首次被Morey应用于温度和应变传感测量以来,一直受到世界范围内的广泛关注。随着光栅的刻写技术不断进步,以及超低反射率弱光纤光栅的出现,有FBG的复用能力得到很大提升,使得光纤光栅传感网络朝着大规模、长距离、高精度的方向发展。如何准确、快速、低成本的实现对大规模光纤传感网络的数据解调,以满足实时在线监测目的成为研究者的一个新的关注点。本文利用了现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）设计灵活、流水线并行、丰富内存接口以及优秀逻辑控制的优势,以及图形处理器（Graphic Processing Unit,GPU）的强大浮点运算和并行计算能力,设计开发了基于FPGA和GPU高速解调的光纤光栅传感系统,实现了输出激光连续扫描下的弱光栅波长检测。由于解调速度的提升,提高了系统的动态监测范围,不仅能够对温度、应变等静态物理量进行检测,还可以达到低频振动信号的检测。本论文的主要研究内容概括如下:（1）从光纤光栅的基本理论出发,阐述了光纤光栅传感系统的探测原理,对几类典型光纤光栅传感系统解调方法进行研究和对比。详细分析了基于时分复用原理下的大规模光纤光栅传感器复用原理,并对时分复用系统中产生的多次反射串扰和阴影效应对系统复用能力的影响进行分析。在基于光源波长可调谐扫描法的波长解调方案中,提出将寻峰算法中的高斯拟合算法用于解调反射反射光谱峰值位置,提升系统解调精度。（2）在完成理论分析的基础上,构建了基于波长解调的准分布式光纤光栅传感系统,对系统传感原理做了详细阐述。对系统的扫描光源模块,半导体激光放大器（Semiconductor Optical Amplifier,SOA）脉冲调制模块等硬件模块做出设计说明。从采集、存储、传输和解调四个方面考虑,完成光纤光栅传感系统高速解调系统设计。数据采集:采用250M采样率,双倍速率（Double Data Rate,DDR）数据传输方式的高速ADC芯片。数据存储:采用大容量,超高速数据读写的DDR3作为主要数据缓存空间,并使用乒乓操作数据流方式。数据传输:在高速串行计算机扩展总线标准（Peripheral Component Interconnect Express,PCIe）的基础上,使用RIFFA架构来对其进行加速。数据解调:对于数据解调,采用省时的并行计算方式,在GPU的计算统一设备架构（Compute Unified Device Architecture,CUDA）下完成解调计算。（3）在实验室中搭建波长解调系统。对系统的解调正确性、稳定性、动态测量范围等做了实验验证。为了验证利用GPU进行解调加速的实际效果,将高斯拟合寻峰算法分别在CPU,FPGA和GPU中实现,统计解调时间,完成对比试验。
二、强度调制型光纤传感器用电路研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、强度调制型光纤传感器用电路研究（论文提纲范文）
（1）光纤传感器测量三维微观表面形貌系统的优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状及进展 |
| 1.2.1 光纤传感器的研究现状 |
| 1.2.2 RIM-FOS强度调制特性的研究现状 |
| 1.2.3 表面轮廓形貌测量方法概述以及不同方法的对比 |
| 1.2.4 光强补偿技术的研究现状 |
| 1.3 主要研究内容及框架 |
| 2 光纤传感器表面形貌测量的理论研究 |
| 2.1 反射式强度调制型光纤传感器测量原理 |
| 2.1.1 光纤传感器测量原理 |
| 2.1.2 光纤传感器强度调制原理 |
| 2.1.3 反射式强度型光纤传感器的几何分析 |
| 2.1.4 反射式强度调制型光纤传感器理论分析 |
| 2.2 表面形貌测量原理 |
| 2.3 本章总结 |
| 3 光强度补偿系统优化设计 |
| 3.1 传统光强度补偿方法 |
| 3.1.1 .光源负反馈稳定法 |
| 3.1.2 分光参考补偿法 |
| 3.1.3 双波长补偿法 |
| 3.1.4 网络补偿法 |
| 3.2 光强度补偿优化设计方法 |
| 3.2.1 双光路光强补偿法 |
| 3.2.2 神经网络补偿法研究与设计 |
| 3.3 本章总结 |
| 4 反射式光纤传感器表面形貌测量系统设计 |
| 4.1 测量系统硬件构成 |
| 4.1.1 光源选择 |
| 4.1.2 光纤探头的选择 |
| 4.1.3 光功率计选择 |
| 4.1.4 电动位移台的选择 |
| 4.2 系统软件功能设计 |
| 4.3 本章总结 |
| 5 系统测量实验及结果分析 |
| 5.1 影响系统因素分析 |
| 5.2 测量系统的标定 |
| 5.3 表面形貌测量实验 |
| 5.4 实验数据处理 |
| 5.4.1 实验数据预处理 |
| 5.4.2 基于神经网络法补偿光强度 |
| 5.5 还原工件表面微观形貌 |
| 5.6 本章总结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 论文研究总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（2）煤矿井下应急通信光纤传感信号解调系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 矿井通信系统研究现状 |
| 1.2.2 光纤声波传感技术研究现状 |
| 1.3 课题主要研究内容及工作安排 |
| 第二章 矿用传感应急通信系统方案设计 |
| 2.1 矿井光纤传感应急通信系统基本理论 |
| 2.1.1 矿井光纤传感系统检测机理 |
| 2.1.2 矿井光纤传感应急通信结构选型 |
| 2.1.3 相位调制光纤传感系统比较 |
| 2.2 矿井应急通信光纤声波传感系统 |
| 2.2.1 声音传感检测原理 |
| 2.2.2 矿井应急通信复合光纤声波传感系统 |
| 2.2.3 应急通信系统器件选型 |
| 2.3 系统结构安排 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 矿用传感应急通信系统硬件设计 |
| 3.1 矿井光纤声音传感检测系统设计 |
| 3.2 光纤声音信号硬件解调系统设计 |
| 3.2.1 光电转换单元设计 |
| 3.2.2 I/V转换单元设计 |
| 3.2.3 有源滤波单元设计 |
| 3.2.4 阻抗匹配单元设计 |
| 3.2.5 差分传输单元设计 |
| 3.2.6 前置放大单元设计 |
| 3.2.7 功率放大单元设计 |
| 3.3 光纤声音信号数据传输系统设计 |
| 3.3.1 ARM控制单元设计 |
| 3.3.2 数据采集单元设计 |
| 3.3.3 数据传输单元设计 |
| 3.4 电源系统设计 |
| 3.4.1 电源系统结构设计 |
| 3.4.2 电源子系统设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 矿用应急通信系统软件设计 |
| 4.1 软件开发环境 |
| 4.1.1 MFC软件开发环境介绍 |
| 4.1.2 ARM软件开发环境介绍 |
| 4.2 矿用应急通信系统软件设计 |
| 4.2.1 系统软件功能框架设计 |
| 4.2.2 USB 数据处理传输系统方案设计 |
| 4.2.3 人机交互界面方案设计 |
| 4.2.4 网络传输系统方案设计 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 应急通信系统实现与实验结果分析 |
| 5.1 实验平台的搭建 |
| 5.1.1 光纤声音传感检测系统的搭建 |
| 5.1.2 光纤声音传感硬件解调系统搭建 |
| 5.1.3 应急通信系统样机集成 |
| 5.1.4 应急通信系统实验平台搭建 |
| 5.2 系统性能测试与分析 |
| 5.2.1 系统噪声测试 |
| 5.2.2 声音类别测试 |
| 5.2.3 声音还原性精度测试 |
| 5.2.4 系统稳定运行测试 |
| 5.2.5 监控系统离线模式测试 |
| 5.2.6 网络传输性能测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（3）用于鼾声检测的光纤声波传感器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景和意义 |
| 1.2 鼾声检测与光纤声波传感器 |
| 1.2.1 鼾声检测 |
| 1.2.2 光纤声波传感器 |
| 1.3 光纤声波(压力)传感器的研究进展 |
| 1.4 本文的创新点及主要内容 |
| 2 基于薄膜偏心反射的光纤声波传感器的理论研究 |
| 2.1 传感器的结构设计和基本工作原理 |
| 2.2 薄膜形变及传感器灵敏度分析 |
| 2.3 传感器频率响应分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 光纤声波传感器的制作及测试系统的搭建 |
| 3.1 光纤声波传感器的构成 |
| 3.2 光纤声波传感器的制作 |
| 3.3 测试系统的搭建 |
| 3.3.1 静态压力测试系统 |
| 3.3.2 动态压力测试系统 |
| 3.4 传感器系统优化及后期信号处理 |
| 3.4.1 干扰因素来源及处理方法 |
| 3.4.2 滤波的意义及基于Matlab的窄带带通滤波器 |
| 3.4.3 滤波效果及传感器对于微弱信号探测能力的验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 传感器的稳定性改善及外部封装优化 |
| 4.1 粘合剂对传感器性能的影响 |
| 4.1.1 粘合剂的选择及粘接注意事项 |
| 4.1.2 粘合方案的设计 |
| 4.1.3 粘接剂对粘接效果的影响 |
| 4.2 传感器的外部封装改进 |
| 4.3 传感器的温度稳定性 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 光纤声波传感器的测试结果和实际应用 |
| 5.1 静态压力测试结果 |
| 5.2 动态压力测试结果 |
| 5.3 频率响应测试结果 |
| 5.4 声音信号测试结果及实际应用 |
| 5.4.1 音叉敲击测试 |
| 5.4.2 音频信号测试 |
| 5.4.3 鼾声检测 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（4）多头反射式强度调制光线传感器的研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 光纤传感器研究现状 |
| 1.2.1 光纤传感器的国内外研究现状 |
| 1.2.2 反射式强度调制光纤传感器的国内外发展现状 |
| 1.3 课题主要工作 |
| 1.3.1 主要研究内容及重点 |
| 1.3.2 课题研究方案 |
| 1.3.3 论文章节安排 |
| 2 强度调制型光纤传感器分析与仿真 |
| 2.1 反射式强度调制光纤传感器原理简介 |
| 2.2 反射式强度调制光纤传感器补偿方法分析 |
| 2.3 双光路光纤传感器原理分析 |
| 2.4 光纤出射光场分布模型 |
| 2.5 反射面镜面反射时光强调制模型 |
| 2.6 光纤结构参数对光强调制特性仿真 |
| 2.6.1 光纤对轴间距对调制特性的影响 |
| 2.6.2 发送光纤的芯径对强度调制特性的影响 |
| 2.6.3 接收光纤的芯径对强度调制特性的影响 |
| 2.6.4 数值孔径角对强度调制特性的影响 |
| 2.7 反射面为粗糙表面时光强调制模型 |
| 2.8 强度调制特性函数曲线仿真分析 |
| 2.8.1 反射面粗糙程度对调制特性影响的数值分析 |
| 2.8.2 光纤探头的结构参数对调制特性影响的数值分析 |
| 2.9 本章小结 |
| 3 强度调制型光纤传感器总体设计 |
| 3.1 系统设计与选型 |
| 3.1.1 系统光源的选择 |
| 3.1.2 光纤探头的设计 |
| 3.1.3 光纤探头的结构设计 |
| 3.1.4 分光元件的选择 |
| 3.1.5 物镜的选择 |
| 3.2 系统结构设计 |
| 3.2.1 系统整体结构设计 |
| 3.2.2 显微物镜连接套筒设计 |
| 3.2.3 光纤探头固定装置设计 |
| 3.2.4 光纤探头固定套筒设计 |
| 3.2.5 分光元件的装夹及固定 |
| 3.2.6 连接立方块设计 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 强度调制型光纤传感器光电信号处理 |
| 4.1 光纤传感器电路模块设计 |
| 4.1.1 微处理器STM32F100 |
| 4.1.2 供电电路模块 |
| 4.1.3 电压跟随电路 |
| 4.1.4 单片机处理电路 |
| 4.2 微弱光电信号处理系统设计与实现 |
| 4.2.1 光源调制电路设计 |
| 4.2.2 光电转换电路设计 |
| 4.2.3 光电转换与放大电路 |
| 4.3 信号采集与处理模块设计 |
| 4.3.1 AD7654的原理分析 |
| 4.3.2 数据采集与数字滤波设计 |
| 4.3.3 数字相敏检波分析设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 实验研究与分析 |
| 5.1 实验搭建与测试 |
| 5.2 实验结果分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
（5）基于Michelson光纤干涉仪的局部放电超声检测技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 强度调制型光纤声波传感技术研究现状 |
| 1.2.2 光栅型光纤声波传感技术研究现状 |
| 1.2.3 干涉型光纤声波传感技术研究现状 |
| 1.2.4 研究现状小结 |
| 1.3 当前研究存在的问题 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统抗干扰技术研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统 |
| 2.2.1 基于Michelson干涉仪的超声传感原理 |
| 2.2.2 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统基本结构 |
| 2.3 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统降噪技术 |
| 2.3.1 传感系统噪声种类 |
| 2.3.2 传感系统降噪技术 |
| 2.4 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统抗干扰技术 |
| 2.4.1 环境噪声对传感系统稳定性的影响机制 |
| 2.4.2 基于相位跟踪反馈控制的抗干扰技术 |
| 2.4.3 光纤超声传感系统抗干扰性能测试 |
| 2.5 基于Michelson干涉仪的光纤超声传感系统集成设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 高灵敏度GIS光纤超声传感器研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 GIS光纤超声传感器灵敏度频域特性仿真 |
| 3.2.1 GIS光纤超声传感器基本设计思路 |
| 3.2.2 GIS光纤超声传感器灵敏度频域模型 |
| 3.2.3 GIS光纤超声传感器灵敏度仿真分析 |
| 3.3 GIS光纤超声传感器灵敏度频域模型的实验验证 |
| 3.3.1 GIS光纤超声传感器灵敏度测试平台 |
| 3.3.2 GIS光纤超声传感器灵敏度实验测试 |
| 3.4 GIS光纤超声传感器优化设计 |
| 3.4.1 传感器设计方案 |
| 3.4.2 传感器性能对比 |
| 3.5 真型GIS局部放电检测试验 |
| 3.5.1 真型GIS局部放电检测实验平台 |
| 3.5.2 真型GIS局部放电检测实验结果 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 高灵敏度变压器光纤超声传感器研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变压器光纤超声传感器灵敏度频域特性仿真 |
| 4.2.1 变压器光纤超声传感器基本设计思路 |
| 4.2.2 变压器光纤超声传感器灵敏度频域模型 |
| 4.2.3 变压器光纤超声传感器灵敏度仿真分析 |
| 4.3 变压器光纤超声传感器灵敏度频域模型的实验验证 |
| 4.3.1 变压器光纤超声传感器灵敏度测试平台 |
| 4.3.2 变压器光纤超声传感器灵敏度实验测试 |
| 4.4 变压器光纤超声传感器优化设计 |
| 4.4.1 传感器设计方案 |
| 4.4.2 传感器性能对比 |
| 4.5 真型变压器局部放电检测试验 |
| 4.5.1 真型变压器局部放电放电检测实验平台 |
| 4.5.2 真型变压器局部放电放电检测实验结果 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于分布式Michelson干涉光纤超声传感的局部放电定位技术研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 分布式局部放电光纤超声传感系统 |
| 5.2.1 传感系统基本原理 |
| 5.2.2 相位解调方法 |
| 5.2.3 参数设计 |
| 5.3 真型设备局部放电分布式光纤超声检测 |
| 5.3.1 GIS局部放电分布式光纤超声检测 |
| 5.3.2 变压器局部放电分布式光纤超声检测 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 主要创新成果 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 攻读博士学位期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）光纤曲率传感器关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 课题来源及课题主要研究内容 |
| 第2章 强度增敏型光纤曲率传感器基本原理及曲线重构算法 |
| 2.1 多模强度增敏型光纤曲率传感器原理 |
| 2.1.1 光泄漏理论 |
| 2.1.2 敏感区面积理论 |
| 2.1.3 表面散射理论 |
| 2.2 单模强度增敏型光纤曲率传感器原理 |
| 2.2.1 透射光传感原理 |
| 2.2.2 背向散射光传感原理 |
| 2.3 强度型光纤曲率传感器增敏工艺 |
| 2.4 基于曲率的曲线重构算法 |
| 2.4.1 一维曲线重构算法 |
| 2.4.2 空间二维曲线重构算法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 强度型光纤曲率传感器解调技术研究 |
| 3.1 脉冲自参考解调技术原理 |
| 3.2 脉冲自参考解调系统影响因素分析 |
| 3.2.1 脉冲本底影响 |
| 3.2.2 脉冲间耦合串扰 |
| 3.2.3 耦合器分光比变化 |
| 3.3 脉冲自参考解调系统 |
| 3.4 脉冲自参考解调系统测试 |
| 3.4.1 光强波动测试 |
| 3.4.2 噪声测试 |
| 3.4.3 系统稳定性测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 光纤曲率传感器实验研究 |
| 4.1 侧抛型光纤曲率传感器制作工艺研究 |
| 4.2 侧抛型光纤曲率传感器实验研究 |
| 4.2.1 实验系统介绍 |
| 4.2.2 透射光响应数据分析 |
| 4.2.3 背向散射光响应数据分析 |
| 4.3 基于单点曲率测量的悬臂梁空间二维曲线恢复技术研究 |
| 4.3.1 推挽式结构原理 |
| 4.3.2 二维曲线恢复理论 |
| 4.4 基于单点曲率测量的空间二维曲线恢复系统测试数据 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
（7）激光多普勒加速度测量方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 主要研究内容和安排 |
| 2 全光纤激光多普勒加速度测量系统总体方案设计 |
| 2.1 激光多普勒效应 |
| 2.2 激光多普勒测速原理 |
| 2.3 光外差探测技术 |
| 2.4 全光纤激光多普勒加速度测量系统测量原理及光路设计 |
| 2.4.1 激光多普勒效应测量加速度原理 |
| 2.4.2 全光纤激光多普勒加速度测量系统光路设计 |
| 2.5 全光纤激光多普勒加速度测量系统总体方案 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 全光纤激光多普勒加速度测量系统硬件电路设计 |
| 3.1 信号处理系统设计 |
| 3.2 电源电路设计 |
| 3.3 信号调理电路设计 |
| 3.3.1 跨阻放大电路设计 |
| 3.3.2 直流偏置补偿电路设计 |
| 3.4 A/D转换电路 |
| 3.4.1 A/D转换芯片关键参数 |
| 3.4.2 A/D转换芯片的选型及A/D转换电路设计 |
| 3.4.3 A/D转换电路采样时序分析 |
| 3.5 FPGA控制电路设计 |
| 3.5.1 处理器的选择 |
| 3.5.2 FPGA芯片管脚配置 |
| 3.5.3 FPGA芯片外部电路设计 |
| 3.6 网口通信电路设计 |
| 3.6.1 通信接口以及所用芯片的选型 |
| 3.6.2 W5300芯片外围电路设计 |
| 3.7 PCB板以及焊接完成的实物图 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 多普勒信号解调算法研究 |
| 4.1 时频分析 |
| 4.1.1 短时傅里叶变换 |
| 4.1.2 小波变换 |
| 4.2 希尔伯特变换 |
| 4.3 IQ正交解调 |
| 4.4 数字相关鉴相算法 |
| 4.5 四种解调算法的比较 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 全光纤激光多普勒加速度测量系统实验研究 |
| 5.1 数字相关鉴相算法仿真研究 |
| 5.2 全光纤激光多普勒加速度测量系统器件选型 |
| 5.2.1 激光光源 |
| 5.2.2 声光移频器 |
| 5.2.3 光纤延迟线 |
| 5.2.4 光纤耦合分束器 |
| 5.3 全光纤激光多普勒加速度测量系统实验验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论及展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
（8）基于FPGA的EFPI光纤传感器的干涉信号处理（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 光纤传感器的发展现状 |
| 1.2 FPGA在光纤传感领域的应用 |
| 1.3 课题的研究目的及意义 |
| 1.4 本文的主要内容及结构安排 |
| 2 EFPI光纤传感器解调的基本原理 |
| 2.1 EFPI光纤传感器传感原理 |
| 2.1.1 EFPI光纤传感器干涉原理 |
| 2.1.2 EFPI光纤传感器的基本结构 |
| 2.2 EFPI干涉信号解调的基本原理 |
| 2.2.1 基于FFT变换 |
| 2.2.2 Buneman频率估计 |
| 2.2.3 相位解调 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 基于FPGA的干涉信号处理模块 |
| 3.1 FPGA的基本介绍 |
| 3.1.1 FPGA组成结构 |
| 3.1.2 FPGA开发软件 |
| 3.1.3 FPGA开发流程 |
| 3.2 FPGA干涉信号处理模块 |
| 3.2.1 FFT处理模块 |
| 3.2.2 干涉信号处理模块 |
| 3.2.3 FPGA整体设计 |
| 3.3 FPGA干涉信号处理模块测试 |
| 3.3.1 PC平台软件对干涉光谱的处理结果 |
| 3.3.2 FPGA干涉信号处理模块仿真结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 白光干涉解调系统的设计 |
| 4.1 光源 |
| 4.1.1 半导体激光器 |
| 4.1.2 激光器驱动模块 |
| 4.2 数据的采集、处理以及上传 |
| 4.2.1 数据的采集和处理 |
| 4.2.2 处理数据的上传 |
| 4.3 白光干涉解调系统 |
| 4.3.1 白光干涉解调系统的搭建 |
| 4.3.2 白光干涉解调系统的构成 |
| 4.4 白光干涉解调系统的测试 |
| 4.4.1 EFPI传感器的制备 |
| 4.4.2 传感器的腔长解调实验 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（9）光纤气压传感器关键技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 光纤传感器分类 |
| 1.3 国内外研究现状及发展方向 |
| 1.3.1 压力传感器的研究现状 |
| 1.3.2 反射式强度调制型光纤传感器的研究进展 |
| 1.4 本文的研究工作 |
| 第二章 反射式强度调制型光纤气压传感器的结构原理 |
| 2.1 反射式强度调制型光纤气压传感器的结构 |
| 2.1.1 位移反射面的光纤气压传感器的结构 |
| 2.1.2 形变反射面的光纤气压传感器的结构 |
| 2.2 基本工作原理 |
| 2.3 光纤出射光场分布模型 |
| 2.3.1 理想分布模型 |
| 2.3.2 高斯分布模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 位移反射面的光纤气压传感器的研究 |
| 3.1 位移反射面的光强调制理论模型 |
| 3.2 位移反射面的光纤传感器的光强输出特性 |
| 3.2.1 光纤间距对光强输出特性的影响 |
| 3.2.2 数值孔径对光强输出特性的影响 |
| 3.2.3 出射光纤纤芯半径对光强输出特性的影响 |
| 3.2.4 接收光纤纤芯半径对光强输出特性的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 形变反射面的光纤气压传感器的研究 |
| 4.1 膜片的形变特性 |
| 4.2 形变反射面光强调制理论模型的建立 |
| 4.2.1 凸变反射面光强调制理论模型的建立 |
| 4.2.2 凹变反射面光强调制理论模型的建立 |
| 4.3 曲面反射面的光纤传感器输出特性分析 |
| 4.3.1 光纤间距对光强输出特性的影响 |
| 4.3.2 弹性膜片半径对光强输出特性的影响 |
| 4.3.3 出射光纤纤芯半径对光强输出特性的影响 |
| 4.3.4 接收光纤纤芯半径对光强输出特性的影响 |
| 4.3.5 数值孔径对光强输出特性的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 光强补偿与优化 |
| 5.1 光强扰动因素分析 |
| 5.2 补偿优化方案 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 研究内容总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 硕士研究生阶段所取得的成果 |
（10）基于FPGA和GPU的光纤光栅传感高速解调系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 光纤光栅传感器国内外发展现状 |
| 1.2.1 波长调制型光纤传感网络 |
| 1.2.2 相位调制型光纤传感网络 |
| 1.3 FPGA概述 |
| 1.4 GPU概述 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 光纤光栅阵列传感理论基础 |
| 2.1 光纤光栅传感原理 |
| 2.2 典型光纤光栅传感器的解调方案 |
| 2.2.1 光谱仪解调法 |
| 2.2.2 边缘滤波解调法 |
| 2.2.3 匹配滤波解调法 |
| 2.2.4 可调谐F-P滤波器解调法 |
| 2.2.5 光源波长可调谐扫描法 |
| 2.2.6 典型解调方案对比分析 |
| 2.3 寻峰算法理论分析 |
| 2.4 大规模弱光纤光栅复用理论及噪声分析 |
| 2.4.1 弱光纤光栅复用原理分析 |
| 2.4.2 多次反射串扰噪声分析 |
| 2.4.3 光谱阴影效应噪声分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于FPGA和GPU的光纤光栅传感高速解调系统设计与实现 |
| 3.1 基于波长解调的准分布式温度/应变检测系统 |
| 3.1.1 准分布式温度/应变检测系统原理 |
| 3.1.2 波长可调谐光源模块 |
| 3.1.3 脉冲调制模块 |
| 3.1.4 解调系统参数限制 |
| 3.2 基于ADC+FPGA的高速数据采集模块设计 |
| 3.2.1 FPGA芯片选型与设计 |
| 3.2.2 ADC模块及信号采集设计 |
| 3.2.3 数据缓存模块设计 |
| 3.2.4 RIFFA框架下PCIE数据传输模块设计 |
| 3.3 基于GPU的数据解调模块设计 |
| 3.3.1 基于CUDA的GPU并行计算相关技术 |
| 3.3.2 高斯拟合寻峰算法设计实现 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于FPGA和GPU的光纤光栅传感高速解调系统测试 |
| 4.1 弱光纤光栅寻址 |
| 4.2 弱光纤光栅阵列波长测量 |
| 4.3 温度/应力线性度测试 |
| 4.4 动态信号检测实验 |
| 4.5 GPU加速性能测试 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 论文创新点 |
| 5.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和参与的项目 |
四、强度调制型光纤传感器用电路研究（论文参考文献）
- [1]光纤传感器测量三维微观表面形貌系统的优化设计[D]. 刘佑祺. 中北大学, 2021(09)
- [2]煤矿井下应急通信光纤传感信号解调系统研究[D]. 康志坚. 太原理工大学, 2021(01)
- [3]用于鼾声检测的光纤声波传感器研究[D]. 孙嘉懿. 大连理工大学, 2021(01)
- [4]多头反射式强度调制光线传感器的研制[D]. 员康. 西安工业大学, 2020(04)
- [5]基于Michelson光纤干涉仪的局部放电超声检测技术研究[D]. 周宏扬. 华北电力大学(北京), 2020(06)
- [6]光纤曲率传感器关键技术研究[D]. 杨洋. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [7]激光多普勒加速度测量方法研究[D]. 景亚冬. 西安工业大学, 2020(04)
- [8]基于FPGA的EFPI光纤传感器的干涉信号处理[D]. 杨家隆. 大连理工大学, 2020(02)
- [9]光纤气压传感器关键技术的研究[D]. 高博. 电子科技大学, 2020(01)
- [10]基于FPGA和GPU的光纤光栅传感高速解调系统研究[D]. 朱鹏. 武汉理工大学, 2020(08)