1. 研究目的与意义（文献综述）

1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1研究背景及意义

振动是自然界中极为常见的一种现象，振动问题的研究分析是近代物理学及工程实践等领域内的研究课题^[1]。伴随着制造工艺的不断提升，许多设备结构向高速化、精密化和轻量化发展，带来的振动问题更为复杂，那么对振动的监测和分析具有重要意义^[2]。在周界安防中，对边界的振动进行监测，可以有效地探测到入侵信号，以便于及时进行入侵处理^[3]；对大型建筑、基础设施进行振动监测，能够对其结构的健康状态进行评估^[4]；对一些机械设备进行振动监测，可以得到设备整体及局部的实时状态，从而对可能产生的故障发出预警并缩小故障检测范围^[5]。本课题的研究内容即是利用光纤传感技术实现振动信号的准确测量。光纤传感技术是20世纪70年代开始兴起的一种新型传感技术，该技术以光纤技术和光纤通信技术为基础，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘、体积小、高灵敏度等优点^[6]。相比于传统的电磁类传感技术，光纤传感在许多场景有着更大的优势。

2. 研究的基本内容与方案

本课题拟采用超弱反射率的光纤光栅搭建传感网络，利用基于3×3耦合器的m-z干涉仪来实现振动信号的解调，设计并实现一种基于m-z干涉仪的光纤光栅振动传感解调系统。研究的基本内容包括基于3×3耦合器的m-z干涉仪的相关原理与设计、振动信号的解调算法设计与实现、光纤光栅的振动传感网络构建以及系统的整合搭建。课题目标为实现一个利用光纤光栅传感技术完成振动信号测量的系统，该系统能够检测出振动源产生的振动信号并对其进行还原。

图1为完成本课题学习及系统设计的技术路线框图。首先，学习基于3×3耦合器的m-z干涉仪的基本原理^[16]，并根据原理制作出一个m-z干涉仪，用于后面的系统搭建；然后根据光纤光栅传感技术的原理，搭建出光纤光栅振动传感网络，并进行测试，要能够观测到基本干涉现象；接着学习3x3耦合器的解调原理，在matlab中实现相应的解调算法^[17]，并利用自行生成的理想信号完成算法的检测；最后搭建出整个系统，系统包括可设置参数的外部振动源、光纤光栅振动传感网络、m-z干涉仪以及信号采集设备，系统工作流程振动源的振动信息经过光纤光栅传感网络后送入干涉仪中产生干涉信号，信号采集设备将干涉信号采集后，利用matlab对其进行解调，最后得到振动源的振动信息。

3. 研究计划与安排

(1) 第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，学习毕业设计研究内容所需理论的基础。确定毕业设计方案，完成开题报告。

(2) 第4－5周：学习干涉仪的相关原理，制作一个基于3x3耦合器的 m-z干涉仪，完成英文资料的翻译。

(3) 第6－7周：掌握传感网络的基本工作原理和设计思路，进行传感网络的搭建及测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 杨万猛. 光纤光栅振动传感系统设计与实现[d]. 重庆理工大学,2018.