基于改进EMD方法的FBG传感网络光谱基线校正研究

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感网络中,由于环境条件导致的光谱信号基线漂移问题,本文提出一种基于改进经验模态分解(EMD)的光谱信号校正方法。用该方法对仿真数据处理,处理后光谱可通过设置阈值划分出各FBG反射峰区,验证了改进EMD方法的可行性。通过实验采集在光纤通路损耗及端面反射影响下、产生基线漂移情况的FBG传感网络光谱信号,并使用改进EMD法、小波软阈值法和惩罚最小二乘法进行实时的光谱校正处理,运用高斯非线性拟合法计算正常和校正后光谱的各FBG中心波长。结果显示,运用改进EMD法校正后计算的各FBG中心波长,传感信号存活率分别提高48.9%和61.6%,平均偏差和偏差标准差最小,分别为4.33、6.28和6.01、6.58 pm。该方法校正后的光谱信号能为物理量检测提供可靠信息。

光纤光栅传感网络的优化研究

光纤光栅传感网络在大型复杂结构健康监测中具有广泛的应用前景,对光纤光栅传感网络优化的研究具有重要的意义。分析了结构健康监测中光纤传感网络优化布局和可靠性的研究现状,对光纤传感网络优化中的传感器优化布局与光纤传感网络可靠性两方面进行研究。通过对结构响应特性研究,提出了对结构静力响应参数监测时,传感器布局的一般规则。将概率计算引入光纤FBG传感网络不同拓扑结构,给出了基于不同拓扑结构的光纤传感网络形式及其可靠性数值分析。

基于FBG应变传感网络的梁结构振动参数辨识

火箭弹性振动模态实时变化,导致姿态控制系统设计困难。将火箭等效为一维梁模型,提出自适应时域分解方法(ATDD),构建光纤布拉格光栅(FBG)应变传感网络,实时识别模态参数。利用样条插值计算位移模态振型,重构梁振动过程中位移、加速度和角速度信息。搭建梁振动实验平台,采用高速相机和惯性单元(Inertia Measurement Unit,IMU)进行梁位移、加速度以及角速度测量,将其数值与FBG应变传感网络的计算值进行对比,结果表明基于该网络能有效识别振动模态参数,准确重构振动状态,为姿态控制系统设计提供良好基础。

基于EPON的分布式光纤光栅传感网络研究

提出了一种基于以太无源光网络(EPON)的光纤布拉格光栅(FBG)传感网络多传感通道切换控制方案。控制传感通道切换的多个光开关分别与EPON系统中的多个光网络单元(ONU)相连,利用各ONU间严格的时间同步特性在各ONU控制下实施对多个光开关的同步切换控制,实现各FBG传感通道与传感解调模块间的有序连通。实验结果表明,此方案的稳定性较好,并且具有较灵活的扩展特性。

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。