雙Mach-Zehnder光纖干涉信號的數(shù)字解調(diào)及其應(yīng)用.pdf

1、雙MachZehnder光纖干涉信號的數(shù)字解調(diào)光纖干涉信號的數(shù)字解調(diào)及其應(yīng)用及其應(yīng)用InterferenceSignal’sDigitalDemodulationApplicationfDualMachZehnderOpticFiberInterferometer學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)研究生：劉芳指導(dǎo)教師：曾周末教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一三年十二月中文中文摘要摘要長輸油管道是最重要的油氣能源運(yùn)輸手段，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速

2、發(fā)展，油氣資源的需求不斷增長，管道里程數(shù)也不斷增加，使管道安全預(yù)警和泄漏檢測技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。對管道外部入侵和泄漏事件進(jìn)行及時(shí)檢測和精確定位，具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本課題組研究開發(fā)的基于雙路MachZenhder干涉儀結(jié)構(gòu)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，能對威脅長輸油管道安全的第三方破壞事件進(jìn)行報(bào)警、識別和定位，已經(jīng)在多處管道上投入實(shí)際應(yīng)用。在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)中，檢測信號的相關(guān)性隨機(jī)變化，使基于互相關(guān)運(yùn)算的定位出現(xiàn)誤差，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本

3、文對信號相關(guān)性惡化的原因進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上提出一種基于33耦合器被動(dòng)解調(diào)的方法，本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：(1)分析了光纖中光信號調(diào)制的原理，利用系統(tǒng)的瓊斯矩陣模型，說明了偏振誘導(dǎo)相位偏移和偏振誘導(dǎo)信號衰落發(fā)生的原因；根據(jù)33耦合器的特性，建立33耦合器輸出信號的數(shù)學(xué)模型，針對干涉型光纖傳感器的正弦調(diào)制倍頻現(xiàn)象，闡明了利用33耦合器進(jìn)行相位信號解調(diào)的原理。(2)對系統(tǒng)原有的光路結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，加入兩個(gè)33耦合器，并提出一種基

4、于橢圓擬合的被動(dòng)數(shù)字化解調(diào)方法。利用33耦合器的2路輸出信號構(gòu)成橢圓曲線，對信號系數(shù)進(jìn)行約束條件下的最小二乘擬合，采取投票機(jī)制選取最優(yōu)擬合結(jié)果，得到相位信號的正余弦調(diào)制項(xiàng)，再采用數(shù)字反正切法或微分交叉相乘法解調(diào)出相位信號，并利用單諧信號仿真驗(yàn)證了橢圓擬合解調(diào)方案的有效性。(3)從整體上給出了33耦合器數(shù)字化解調(diào)方法的流程。利用現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對解調(diào)方案加以驗(yàn)證，并將解調(diào)后的相位信號用于定位，結(jié)果表明該解調(diào)方法可有效消除信號畸變干擾系統(tǒng)定位的