光纤机械振动传感器解调及信号处理研究

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1、中阅分类吁：TN911.74学校代码:10856学号:M010212101硕士学位论文Master’sThesis论文题目光纤机械振动传感器解调及信号处理研究^JJr机械电子工程作者姓名______________习利指导教师______________孔勇—完成日期2014年12月上海工程技术大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所递交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本

2、人承担。学位论文作者签名日期：別，年X月fcB上海工程技术大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海工程技术大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密k(请在以上方框内打“V”）学位论文作者签名指导教师签名日期:>/上年;日期:轉牟I月I中图分类号：TN911.74学校代码：10856学号：M010212101上海工程技

3、术大学硕士学位论文光纤机械振动传感器解调及信号处理研究作者姓名：刁利指导教师：孔勇专业：机械电子工程学院：电子电气工程申请学位：工学硕士完成时间：2014年12月评阅人：邓琛张娟答辩委员会主席：伍世虔成员：钟伯成陈强李明齐余朝刚UniversityCode：10856StudentID:M010212101RESEARCHONTHEDEMODULATIONANDSIGNALPROCESSINGINOPTICALFIBERMECHANICALVIBRATIONSENSORCandidate:DiaoLiSupervisor:KongYongMajor:MechanicalandEl

4、ectronicEngineeringCollegeofElectricalandElectronicEngineeringShanghaiUniversityofEngineeringScienceShanghai,P.R.ChinaDecember,2014光纤机械振动传感器解调及信号处理研究摘要光纤传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗辐射等优点，受到了人们越来越高的重视与研究。基于萨格奈克（Sagnac）的干涉型光纤振动传感器动态范围大，灵敏度高，可进行长距离实时监测，应用前景广泛。本文研究了基于Sagnac干涉仪原理以及相位载波解调技术的光纤振动传感系统。重点研究了通过本系统

5、实现对外界机械振动等干扰信号的准确解调，并引入小波去噪和移动平均滤波技术对解调后信号进行处理，提取振动信号特征，提高解调精度。本文在Sagnac干涉仪原理的基础上，设计了集数据采集、解调和信号处理于一体的光纤振动传感系统。首先分析了外界振动信号对传感光纤中光信号相位调制机理，给出光纤相位调制应变公式，并分析了系统解调和定位原理，通过Matlab仿真证明了定位中的陷波点，以及延迟光纤的长度对外界振动引起的陷波点的影响。然后通过理论分析说明相位载波解调的可行性，并开发基于Labview软件平台的PGC解调程序，采用三角波、正弦波和矩形波作为三种不同的入侵振动信号进行解调仿真，验证了该

6、解调方法的有效性。接下来研究了PIN光电探测器的放大电路，并利用Protues软件设计并仿真了前置放大电路、二次放大电路和三阶巴特沃斯高通滤波电路，并通过AltiumDesigner13实现了PCB(PrintedCircuitBoard)板设计，电路最终达到的频谱宽度为500kHz，放大倍数为125000倍。基于Labview编写了系统中所用的数据采集和存储程序。通过小波阈值去噪和移动平均滤波技术对解调信号频谱进行处理，并对去噪时阈值函数的选择和阈值方式的确定进行了理论分析，通过比较几种不同阈值量化方式对系统输出信号去噪效果的影响，得到最佳阈值去噪方法，同时比较了不同平滑数据方

7、式下的移动平均滤波效果，得到合适的数据平滑移动平均方法。并利用这种相结合的方法对系统输出信号进行处理，在有效地去除大量噪声的同时，较好地保留了外界振动信号的原始信息，在频谱图上得到清晰的“陷波点”，有利于通过频陷波点的位置对外界振动信号实现定位。最后，利用ASE光源、光纤环形器、3×3耦合器、PZT相位调制器、法拉第旋I转镜和PIN光电探测器等搭建了Sagnac光纤振动传感实验平台，进行对外界振动干扰信号的解调实验。实验过程中利用信号发生器产生高频载波信号，并通过PZT加载到系统