全光纖分布式振動(dòng)傳感技術(shù)研究.pdf

1、分布式光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代末伴隨著光纖傳感技術(shù)和光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的。分布式光纖傳感技術(shù)由于能夠獲得被測物理場沿空間和時(shí)間上的連續(xù)分布信息，因而非常適合用于長距離干線的監(jiān)測。目前，這項(xiàng)技術(shù)已成為光纖傳感技術(shù)中最具前途的技術(shù)之一。
　　 本文提出的全光纖分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng)是一種新型的分布式光纖傳感系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)施加于傳感光纖上的任意振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)提取，并能準(zhǔn)確確定該振動(dòng)信號(hào)在傳感光纖上的位置，可用于長距離通

2、信干線的監(jiān)測。
　　 本文在介紹光纖傳感技術(shù)發(fā)展變化的基礎(chǔ)上，對(duì)全光纖分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、后端信號(hào)處理技術(shù)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)等方面做了大量的工作，對(duì)全光纖分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用也做了有益的嘗試。特別是將系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際通信光纜上進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了系統(tǒng)的實(shí)用性。
　　 本文的具體工作包括以下幾個(gè)方面：
　　 在第一章的緒論中對(duì)分布式光纖傳感技術(shù)做了概述，介紹了目前常用的幾種分布式傳感技術(shù)

3、，闡明各種傳感技術(shù)存在的優(yōu)缺點(diǎn)，從而引出本文要介紹的全光纖分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng)，指出該系統(tǒng)可以對(duì)作用于傳感光纖上任意大小的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行定位，這是以往的系統(tǒng)所不能達(dá)到的。
　　 在第二章中對(duì)全光纖分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng)的工作原理作了具體分析，包括調(diào)制原理、解調(diào)原理及定位原理三個(gè)方面。此系統(tǒng)以末端鍍以反射膜的單芯光纖作為傳感光纖，通過構(gòu)造光纖干涉系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)同一振動(dòng)信號(hào)兩次不同時(shí)刻的提取。干涉信號(hào)相位差的變化即反映了外界振動(dòng)信號(hào)的變化，

4、利用軟件技術(shù)對(duì)相位差進(jìn)行還原后，可以提取出振動(dòng)信號(hào)的頻譜特性，利用頻域上疊加的振動(dòng)譜呈現(xiàn)出的一系列周期性的極值點(diǎn)，可以對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行定位，拓寬了傳統(tǒng)振動(dòng)測量傳感器的應(yīng)用范圍。本文從振動(dòng)頻譜疊加的角度討論系統(tǒng)的定位原理，這種分析方法未見有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)過。
　　 第三章著重闡述基于全光纖分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng)的信號(hào)處理技術(shù)。系統(tǒng)的信號(hào)處理過程分為兩個(gè)方面：相位解調(diào)算法和定位算法。通過對(duì)相位解調(diào)算法的研究，用以解決系統(tǒng)對(duì)任意大小振動(dòng)信號(hào)的還原

5、問題，并用軟件實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的解調(diào)。解調(diào)的結(jié)果如實(shí)地反映了原始振動(dòng)信號(hào)，解決了以前研究方法普遍存在的測試振動(dòng)幅度有限、只能適用于寬振動(dòng)譜的缺點(diǎn)，大大提高了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，保證了定位的精確性。通過對(duì)定位算法的研究，用以確定任意振動(dòng)信號(hào)在傳感光纖上的位置，定位的算法涉及頻譜分析及小波變換等現(xiàn)代信號(hào)處理手段。這些算法都是依據(jù)系統(tǒng)所輸出的兩路信號(hào)的特征提出的，因而具有創(chuàng)新性。以圖形化編程語言LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺(tái)，大大縮短了硬件測試、程序調(diào)