光纤传感网

目录

序言

前言

第1章 光纤传感网概述 1

1.1 光纤传感网与物联网 1

1.1.1 物联网 1

1.1.2 光纤传感网基础知识 4

1.1.3 光纤传感网和光纤通信网 8

1.2 分立式光纤传感网 11

1.2.1 基于法布里珀罗传感单元的光纤传感网 12

1.2.2 基于光纤光栅传感单元的光纤传感网 l4

1.3 分布式光纤传感网 21

1.3.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感网 21

1.3.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感网 23

1.3.3 基于布里渊效应的分布式光纤传感网 24

1.3.4 基于光频域反射技术的分布式光纤传感网 27

1.3.5 基于长距离干涉技术的分布式光纤传感网 32

1.4 混合式光纤传感网 34

1.4.1 基于FBG和光频域反射技术的混合式光纤传感网 34

1.4.2 基于FBG和保偏光纤的混合式光纤传感网 39

1.5 光纤传感网发展现状及趋势 44

1.5.1 光纤传感网的发展现状 44

1.5.2 光纤传感网的应用领域 53

1.5.3 光纤传感网的发展趋势 56

第2章 光纤传感网的组网及拓扑结构 58

2.1 光纤传感网的组网方法 58

2.1.1 光纤传感网组网时的简单结构 58

2.1.2 光纤传感网组网的复用技术 59

2.1.3 光纤传感网组网时的其他技术 71

2.2 光纤传感网的拓扑结构 74

2.2.1 星形拓扑结构 74

2.2.2 环形拓扑结构 76

2.2.3 总线型拓扑结构 79

2.2.4 三角形拓扑结构 81

2.2.5 混合型拓扑结构 85

2.2.6 可自愈光纤传感网拓扑结构 88

2.3 光纤传感网的网络体系结构 93

2.3.1 物理体系结构 93

2.3.2 软件体系结构 94

2.3.3 通信体系结构 96

第3章 光纤传感网鲁棒性评估 102

3.1 光纤传感网的鲁棒性评估模型 102

3.1.1 支持向量机学习方法 103

3.1.2 光纤传感网鲁棒性评估模型建立 105

3.1.3 基本拓扑结构的光纤传感网鲁棒性表达式 108

3.2 鲁棒性影响因素分析 112

3.2.1 衰减系数α、阈值γ及传感器数目N的影响 112

3.2.2 监测区域的影响 115

3.3 鲁棒性评估模型的应用 117

3.3.1 蒙特卡罗方法的误差分析 117

3.3.2 基本拓扑结构的鲁棒性计算 120

3.3.3 鲁棒性评估实验 127

3.4 光纤传感网中传感器的优化布设 131

3.4.1 光纤传感网中传感器优化布设理论研究 132

3.4.2 维光纤传感网中传感器优化布设 141

3.4.3 二维光纤传感网中传感器优化布设 146

第4章 光纤传感网编码和扩容 151

4.1 分立式光纤传感网的复用 151

4.1.1 光纤光栅传感网复用技术 151

4.1.2 光纤法布里珀罗传感网复用技术 163

4.2 分布式光纤传感网的编码 172

4.2.1 分布式光纤传感网的光频域反射编码基本原理与种类 172

4.2.2 光时域反射编码技术 173

4.2.3 光频域反射编码技术 175

4.3 混合式光纤传感网的系统结构与扩容 183

4.3.1 混合式光纤传感网的系统结构 183

4.3.2 混合式光纤传感网的扩容 186

第5章 光纤传感网的数据处理 188

5.1 光纤传感网的信号去噪 188

5.1.1 传感信号处理算法 189

5.1.2 拉曼散射传感信号的采集和处理技术 194

5.2 光纤传感网的数据特征提取 200

5.2.1 基于功率谱分析的信号特征提取 200

5.2.2 基于时频分析的信号特征提取 205

5.3 光纤传感网的数据融合 209

5.3.1 多传感器数据融合理论 209

5.3.2 多传感器数据融合实例 219

5.4 光纤传感网的智能信息处理 228

5.4.1 光纤传感网数据库 229

5.4.2 光纤传感网的智能联动系统 232

5.4.3 光纤传感网远程信息系统 233

第6章 光纤智能传感网 241

6.1 具有自诊断功能的三角对称式光纤传感网 241

6.1.1 三角对称式光纤传感网的系统构成 241

6.1.2 自诊断的理论基础 242

6.1.3 故障点对自诊断的影响 247

6.1.4 依据概率分析优化网络的使用 250

6.1.5 自诊断理论依据的实验验证 257

6.2 多总线型光纤智能传感网的自诊断及自愈研究 260

6.2.1 多总线型光纤传感网的构建 260

6.2.2 智能控制系统对传感器故障自诊断及白愈的实现 264

6.2.3 控制节点的硬件设计 269

6.2.4 上下位机的软件设计 274

6.2.5 多种类型光纤传感器的加载实验 277

6.3 多环形光纤传感网的实验研究 280

6.3.1 多环形光纤传感网的设计 281

6.3.2 混合式光纤传感器的结构设计 284

6.3.3 控制系统软硬件设计 284

6.3.4 多参量传感实验结果分析 285

第7章 光纤传感网在工程实际中的应用 288

7.1 光纤传感网在航空航天领域的应用 288

7.1.1 光纤传感器在航空航天领域的应用 289

7.1.2 光纤传感网在航空领域的应用 290

7.1.3 光纤传感网在航天领域的应用 292

7.2 光纤传感网在电力电子领域的应用 295

7.2.1 高压光纤电压／电流互感 296

7.2.2 光纤拉曼传感网在电力电子领域的应用 304

7.2.3 光纤传感网在油罐群感温火灾探测系统中的应用 308

7.3 光纤传感网在土木工程中的应用 311

7.3.1 光纤传感技术在土木工程领域面临的问题 313

7.3.2 光纤传感技术在土木工程中的应用 316

7.3.3 光纤传感网在土木领域的具体应用实例 318

7.4 光纤传感网在安全监测领域的应用 320

7.4.1 光纤传感安防监测原理 321

7.4.2 基于双马赫曾德尔干涉原理的光纤传感安防系统 324

7.4.3 基于迈克耳孙干涉原理的光纤传感安防系统 327

7.4.4 基于光频域反射技术的光纤传感网监测系统 330

7.4.5 基于FBG和光频域反射技术的混合式光纤传感安防系统 333

7.4.6 基于FBG和分布式光纤扰动技术的混合式光纤传感安防系统 334

参考文献 337