分布式光纤振动传感系统技术的研究与实现

摘要

分布式光纤传感技术是近些年来发展比较迅速、应用较为广泛的一项传感技术，由于其成本较低，具有良好的隐蔽性，更有灵敏度高、耐高温、耐腐蚀和抗电磁干扰能力强等优越特性，其在边境安全、社区安全、长距离管道监测、地震监测以及建筑结构监测等领域具有广阔的使用前景。
　　目前对分布式光纤传感技术的研究重点主要是光纤传感结构的改进，而对其信号的处理尤其是特征参数的提取则研究较少。而衡量一个分布式光纤传感系统的性能优劣不仅要看其是否能够感知外部扰动，更要看其是否能够精确识别该扰动为外部环境扰动还是入侵行为。为了能够更好的识别分析入侵振动信号，通过研究分析分布式光纤传感结构和振动信号识别的相关技术，根据振动信号的特点，借鉴语音信号的处理方法，将其处理方法引入到对光纤振动信号的处理分析上来。
　　本论文在介绍分布式光纤传感基本原理的基础上，重点介绍了目前应用比较多的几类光纤传感结构，在对比分析其优缺点后选取马赫-增德尔光纤传感结构为本论文的光纤传感结构；然后分别从时域、频域和语音信号识别算法上介绍了几类常用的信号处理算法，分析各算法优劣，最终从频域和语音信号识别算法中各选取一种算法进行对比分析。接着介绍了本论文所设计的系统架构，重点是上位机系统，主要包括前端交互界面、数据存储以及算法处理分析模块；最后通过实验采集下雨和入侵两类信号，分别用两种不同的算法对其进行处理分析，结果证明基于语音信号处理的算法不仅可以应用到光纤振动信号的分析上来，而且其识别精度更高。

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1 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3本论文的主要工作

1.4本论文的组织架构

2 光纤传感原理及常用分布式光纤传感结构

2.1光纤传感器的基本构成及传感原理

2.2分布式光纤传感器原理

2.3基于光干涉技术的分布式传感

2.4传感结构比较及选取

2.5本章小结

3 振动识别算法

3.1时域统计算法

3.2频域统计算法

3.3语音识别算法

3.4小波分析

3.5本章小结

4 系统结构及上位机系统配置

4.1系统结构

4.2数据采集模块

4.3上位机系统模块

4.4本章小结

5 信号特征提取及实验结果分析

5.1基于FFT的频谱分析算法

5.2梅尔频率倒谱系数的特征提取

5.3实验结果及分析

5.4本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录