光纤光栅网络总线拓扑结构的节能设计研究

为了提高光纤光栅网络的生存周期,进行总线拓扑结构优化节能设计。针对最大角度路由算法进行网络局部能量均衡控制容易导致能量衰落和网络接收失败的问题,提出一种基于最小跳数路由算法的光纤光栅网络总线拓扑结构节能设计方法。采用链路能量均衡约束控制方法进行网络总线拓扑结构总体设计,根据网络拓扑的鲁棒性系数进行全网能量均衡设计,综合考虑网络的能量均衡和节点的通信负载,设计最小跳数路由算法,以网络链接中消耗的能量最小为代价函数进行总线拓扑优化设计。仿真结果表明,采用该方法进行光纤光栅网络总线拓扑结构设计,路由跳数和节点能耗都逼近于理想水平,节能效果较好,延长了网络寿命。

改进的光纤光栅温度传感网络加权融合算法

针对光栅传感网络数据加权融合中出现异常值会导致融合结果偏差较大的问题,在分析光栅传感系统中的噪声和干扰后,提出一种改进的自适应加权融合算法.该算法适用于观测数据不满足正态分布的情况,先对原始数据进行截尾加权融合,再以截尾融合结果代替异常值进行加权最小均方差融合,既充分利用了传感数据,也降低了融合算法的复杂度.在光纤光栅温度传感网络实验中使用该算法,其输出方差为0.083 9,小于加权最小均方误差算法方差0.383 9和截尾加权算法方差0.254 2,证实了该算法可行性.

采用WDM技术的光纤Bragg光栅传感网络

采用绝对测量原理的波长调制技术 ,光纤Bragg光栅可组成并行、串行和阵列WDM拓扑结构 分析表明 ,光纤Bragg光栅网络的工作原理类似于一个多宽带平面镜 利用光谱仪可测量上述光纤Bragg光栅网络的反射谱 ,其中 ,光源是宽带为～ 4 0nm的掺饵光纤放大器 当网络中的光纤Bragg光栅受扰动后 ,受扰光栅的反射谱发生相应的变化 ,即Bragg波长发生相应的偏移 结果表明 ,当事先确定了光纤光栅的波长调制范围 ,反射的峰值波长能反应光纤光栅传感网络的信息 值得注意的是～ 3nm的波长调制范围可满足～ 10 0℃和～ 2 0 0 0

数据融合在光纤光栅传感网络中的应用

网络化是光纤光栅传感的一个发展方向.在光纤光栅传感网络中,不但产生的大量数据需要实时处理,还需要对数据进行筛选、总结,从而得到被测量更加准确的信息.倾斜光纤光栅是一种特殊的光纤光栅,其透射谱中除了纤芯模之外还有一系列包层模,因此可将每一个模式作为一个传感器.以光纤光栅传感网络中的温度测量为研究对象,首次提出利用倾斜光纤光栅的多个模式作为温度测量的多个传感器,采用数据融合的方法得到更加准确的温度信息.这种方法计算简便,编程容易,在实际测量系统中具有很好的应用价值.

基于TDM的分布式光纤光栅传感网络

为有效提高光栅复用容量,提出了一种分布式光纤布拉格光栅传感网络方案,并进行了实验。方案中传感解调模块以TDM方式与多个传感通道相连通,利用传感通道选择光链路以时分复用方式实现传感解调端对多个传感通道的开关控制,以时分/波分相结合的机制对分布式传感量进行解调。在实验验证系统中,基于匹配光纤光栅解调方案下,以2.5 Hz的循环测试频率,多次测量同一FBG(fiber bragg grating)周期,测得系统的解调精度为±0.06 nm,具有较好的重复测量稳定性。结果表明,方案结构简单可行性好且具有良好的可升级扩展性。

一种高可靠性多环型布拉格光栅传感网络

光纤布拉格光栅(FBG)传感网络具有功能多样化和规模庞大化的发展趋势,对其可靠性和可扩展性提出了更高的要求。文章提出了一种新颖的基于正方形传感单元(SSU)的多环FBG传感网络,首先分析了光开关在FBG传感网络中的作用;接着描述了SSU网络的构建过程及光在内环与外环中的传输过程;然后设计了一种用于故障修复的远程节点;最后详细分析了链路故障时,该网络的故障修复过程并且定量讨论了其扩展性。结果表明,该网络至少可以修复一个链路故障,同时发生两个故障时,修复效果也比较好,具有很高的可靠性及可扩展性。

高可靠光纤布拉格光栅传感器网络传输风险预测

高可靠性光纤布拉格光栅传感器网络传输存在风险性,为保证传输数据的安全性和有效性,对传感器网络传输风险进行预测是当下迫切需要解决的问题。传统的传感器网络传输风险性预测存在预测效率低、时延长、准确性差的缺点,为解决这一问题,提出高可靠光纤布拉格光栅传感器网络传输风险预测。通过构建风险数据采集模型、提取数据特征量、进行分布式信息重构等步骤实现风险预测方法设计。仿真实验表明,预测距离10~40 m时,该方法均处于90%以上的较高效率水平;开销196~461 Hz,小于传统方法;时延低于0.3 s,实时性优于传统方法;且相对误差不高于3%,具有更高精度。

蜂窝形光纤光栅传感网络的损耗研究

对于定量研究复杂网络存在的不足,提出基于蜂窝形拓扑结构的光纤光栅传感网络的损耗计算方法。首先采用几何方法论证蜂窝形拓扑结构的优点,然后提出基于蜂窝形拓扑的复杂网络的损耗计算方法,将耦合器损耗和光纤链路损耗作为影响网络损耗的两个主要因素。研究表明在不同的光纤衰减系数下,网络损耗与光纤链路长度成线性关系。

基于LZW算法的高负荷光栅传感网络数据分块无损压缩方法

为提高光栅传感网络数据分块压缩效果,设计了基于LZW算法的高负荷光栅传感网络数据分块无损压缩方法。在构建存储结构模型的基础上,提取高负荷光栅传感网络数据的关联谱特征量,经数据分块融合处理后,结合参数多分辨重构方法实现对数据的分块加窗处理,并根据窗函数检测结果构建特征压缩子空间调度模型;在均衡的窗口中,采用多尺度的LZW算法实现对高负荷光栅传感网络数据的特征分解和分块压缩。仿真结果表明:该方法分块融合匹配能力较强,有效提高了数据的存储空间。

光纤光栅传感网络的冲击定位方法

针对航空航天层合板结构冲击与振动监测的需求,提出一种基于小波包分解方法和分布式光纤光栅传感网络的板状结构低速冲击辨识方法。根据四边固支板结构的承载形式与光纤光栅传感器的感知特性,设计合理的传感器网络布局,再利用快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,简称FFT)与小波包分解对光纤光栅传感网络监测到的冲击响应信号进行时频域分析,获取能表征冲击特性的时域特征分解信号。在此基础上,分别计算出每一个特征分解信号与其对应的时域原始信号之间的互相关系数,并将其做为相似度分配权值,分解出所有样本冲击点对应冲击响应信号的特征分解信号,构建样本信息库。利用Haudorff距离计算测试信号与样本信息库各个信号之间的相似度,并根据相似度来确定冲击点的位置坐标。研究表明,该方法能够实现对航空航天层合板结构低速冲击位置的辨识。

高负荷光栅传感网络异常节点数据挖掘方法研究

针对当前高负荷光栅传感网络异常节点数据挖掘不准及效率低的问题,提出基于有理逼近方法的高负荷光栅传感网络异常节点数据挖掘方法。利用激光扫描技术监测光栅传感网络状态,依据监测结果对异常节点数据特征进行预处理,以此构建高负荷光栅传感网络异常节点数据挖掘的信息处理模型;采用信息处理模型和最佳有理逼近方法提取异常节点数据采样的密度特征,对提取的密度特征进行多源数据融合,完成对高负荷光栅传感网络异常节点数据的挖掘。仿真实验结果表明,采用改进方法进行异常节点数据挖掘,其挖掘精度较高,实用性好,对光栅传感网络可实现稳定性监测,减少网络故障。

分布式光纤光栅传感网络主动防御安全模型设计

分布式光纤光栅传感网络容易受到明文攻击入侵,需要进行主动防御安全模型设计,提出一种基于分数域相关检测的分布式光纤光栅传感网络主动防御安全检测方法,结合入侵信息检测和特征提取技术,实现主动防御安全模型设计,构建分布式光纤光栅传感网络入侵信息模型,采用频谱相关性检测方法进行分布式光纤光栅传感网络入侵信息的统计特征提取,在分数域中构建分布式光纤光栅传感网络的最佳匹配特征量,采用模糊约束控制方法实现分布式光纤光栅传感网络主动防御控制,提高明文攻击入侵的安全检测能力。仿真结果表明,采用该方法进行分布式光纤光栅传感网络入侵检测的准确性较高,主动防御相关处理的峰值输出平滑性较好,说明对光栅传感网络入侵检测的抗干扰性较好,提高了网络的主动防御安全检测能力。

基于改进粒子群优化算法的光纤传感网络的布置优化

光纤光栅传感网络的有效性在很大程度上取决于传感器部署方案所提供的覆盖范围。为了提高光纤光栅传感网络的覆盖率,需要对传感器的布置进行优化。本文提出一种基于改进粒子群算法的光纤传感网络的布置优化,通过余弦自适应调整惯性权重,同时利用惯性权重来调整学习因子,提高了算法的收敛精度。并基于传统传感器的检测区域模型,建立了更加贴合光纤光栅传感器特点的检测区域模型。以光纤光栅传感器网络覆盖率为目标函数,使用改进粒子群算法对传感器布置进行优化研究。仿真实验结果表明,在传感器节点数为25时,与PSO、UPSO、IABC三种智能优化算法相比,改进后的粒子群算法对目标区域的覆盖提升率分别提高了5.54%、3.81%、4.73%,在解决传感器节点覆盖优化问题方面表现出了显著的优越性。

基于SoC的FBG传感网络解调系统设计

为了有效解调FBG传感阵列,提出了一种基于片上系统SoC的FBG图像解调系统方案,可在FPGA硬件平台上实现图像采集、通信等功能,将FBG阵列的波长解调转化为FBG光斑图像解调。实验表明,该系统精度高、复用能力强。

光纤光栅传感器的理论、设计及应用的最新进展

从单参数、多参数及分布式传感的角度,分析了各种光纤光栅传感器的理论及技术发展,详细阐述了光纤光栅敏化与封装技术,论述了光纤光栅传感器的设计方法和实现技术,介绍和评述了光纤光栅器及其传感网络系统应用的最新进展。

光纤布拉格光栅波长解调系统的研制

光纤布拉格光栅波长解调系统利用光纤光栅的平均折射率和栅格周期对外界参量的敏感特性,将外界参量的变化转化为其布拉格波长的移动,通过解调布拉格波长的偏移来确定待测物理量的变化。采用波分复用技术构成光纤光栅传感网络,提出了由光源、布拉格光栅传感网络、光栅波长检测电路构成FBG波长解调系统的硬件设计方案。利用LabVIEW丰富的功能函数库,设计光纤布拉格光栅波长解调系统软件的各功能模块。最后在室内进行了FBG波长解调系统的调试实验。结果表明:在相同测试环境下,传感器的测试波长变化较稳定,数据的重复性较好,系统软硬件运行稳定可靠。

液晶光栅的技术进展及应用

详细阐述了液晶光栅的工作原理及两类液晶光栅的结构设计和制作工艺,分析了它们的优缺点及其应用情况。并对液晶光栅在空间光通信中的应用做了展望。

基于准分布式FBG传感网络的挖泥船耙管形状重构试验

针对耙吸式挖泥船耙管姿态监测问题,提出一种利用准分布式光纤Bragg光栅传感器(FBG)检测耙管的曲率数据的方法。构建基于曲率数据的三维空间运动模型,重构挖泥船耙管形状及弯管、耙中和耙头之间的角度信息,并以三维图形的形式直观地显示在计算机屏幕上。试验结果表明,采用该方法重构的挖泥船耙管形状与实际形状吻合度较好,为挖泥船耙管姿态监测提供了新方法。

基于Pareto多目标优化的光纤Bragg光栅传感网络的波长分配

针对现有波分复用(WDM)的光纤Bragg光栅(FBG)传感网络的复用瓶颈,运用Pareto多目标优化理论,建立了基于带宽重叠技术的FBG传感网络优化模型。通过非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)进化算法求解Pareto最优曲线,为网络中的每个FBG传感器合理地分配Bragg波长的工作范围,以最小的光谱重叠程度换取光源带宽资源的最大节约。仿真和实验结果表明,得到Pareto最优曲线为不同程度的光谱重叠找到了最优的Bragg波长配置方案,有效地提高了FBG传感网络的WDM能力。

考虑非对称重叠光谱的FBG传感网络带宽资源多目标优化配置

提出适用于非对称重叠光谱的布拉格光纤光栅(FBG)传感网络多目标带宽资源优化模型,借助多目标优化算法NSGA-II获得带宽资源的帕累托最优配置,从中选取合适的解来确定各FBG节点的布拉格波长分配。实验证明,该方法能够节约40%以上的光源带宽,提高了传感网络多路复用能力,同时将相邻FBG的光谱重叠程度降为最低,保障了高水平测量精度。本文提出的带宽资源多目标优化配置方法可为工程实施中的多种配置需求提供参考。