基于OTDR的集成监控管理系统的设计与实现

发布时间：2020-09-04 17:56

　　随着我国基础交通设施的建设,山区工程边坡激增,存在发生滑坡的潜在可能性,不断威胁着周边居民及过往车辆的安全。基于OTDR的边坡监测系统,使用光时域反射仪(OTDR)作为核心测量元件,结合计算机技术及无线通信技术实现边坡自动化、智能化监测,保证实时性,解决了传统监测手段存在的问题,对保障人们生命财产安全,减少经济损失具有重大意义。本论文研究意义在于分析并解决系统中存在的问题,尤其是系统长时间运行后无响应;并重新规划硬件电路,设计更专用的电路系统;同时增加硬件系统程序异常处理,增强系统可靠性。另外,开发基于Android系统的移动端监控系统用于实现用户随时随地查看最新数据。本论文的主要工作内容:第一,阐述了课题的研究背景及意义,并讲述了边坡监测技术的发展历程及现状,以及实现基于OTDR的边坡监测系统的必要性。第二,在研究光纤、光纤传感器和OTDR的原理基础上,结合与其他分布式光纤传感技术的对比,确定采用OTDR作为系统测量元件。第三,根据系统设计方案,确定系统各部分实现,调研硬件电路及软件开发相关内容,规划并实现硬件电路,完善软件程序设计,增强系统稳定性,并解决系统中的问题。在实验室环境下模拟监测环境,分析测量数据,验证其监测告警性能。第四,分析移动端系统功能,调研相关技术,设计移动端页面布局并实现系统业务逻辑,使用真机测试,系统性能良好,操作简单,界面简洁,可满足用户时刻查看数据。基于OTDR的集成监控管理系统实现智能化、自动化、远程操控边坡监测,由测量结果反馈边坡形变,可保证实时监测预警,降低事故风险,且成本合适,可推广使用,具有可观的应用前景。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP311.52;TP277
【部分图文】：

光纤传感器,纤芯,光纤

并不断壮大，在通信领域占据了主要地位。逡逑组成光纤的基本结构可分为三层，最里面是纤芯，中间是包层、最外面则是逡逑保护层，具体如图２－１所示。其中为实现光波全反射传输，纤芯的折射率略大逡逑于包层的折射率。而保护层则是用于保护光纤不被外界环境污染，并避免光纤受逡逑到机械损伤。逡逑包展逦逦逡逑纤芯逦ｙＳＬ逦／逡逑攟护雇逡逑图２－１光纤结构逡逑２．１．１基本原理逡逑受光波在光纤中传输时，光的振幅、相位、频率等特征参数在压力、温度、逡逑电磁场等外界环境因素的干扰下发生变化的现象启发［１９］，研宄人员反向利用光逡逑的强度、波长等特征参数变化量，以实现对被测参数的测量。逡逑光纤传感器的组成结构如图２－２所示，光源发出的光信号，经过入射光纤逡逑进入到调制区，在调制区，光波受到被测物理量的影响，会产生一个携带了入射逡逑光的强度、波长、相位等光学性质变化量的调制信号，此信号经由出射光纤被光逡逑探测器接收到

瑞利散射,散射光,菲涅尔反射,粒子

２．２．２菲涅尔反射逡逑菲涅尔反射指的是光波入射到两种折射率不同的介质分界面时，有一部分光逡逑发生反射的现象，如图２－４所示。在ＯＴＤＲ系统中，通常在光纤端面、光纤连逡逑接处由于两种物质折射率不同，会产生菲涅尔反射；另外，若是光纤中存在与空逡逑气接触的断裂处，则在该断裂处也会发生菲涅尔反射。逡逑ｒ邋一邋ｒｉｉ邋ｃｏｓ邋0ｉ－ｎ２邋ｃｏｓ邋６ｔ逡逑ｓ逦ｎ±邋ｃｏｓ0ｉ＋ｎ２邋ｃｏｓ６ｔ逡逑＿邋２ｎ－ｉ邋ｃｏｓ0ｉ逡逑ｓ逦ｒｉｉ邋ｃｏｓ0ｉ＋ｎ２邋ｃｏｓ６ｔ逦／Ｉ逡逑＾逦＿邋ｒｉｘ邋ｃｏｓ邋０ｔ－ｎ２邋ｃｏｓ邋６１逦（一逦）逡逑Ｐ逦ｒｉｉ邋ｃｏｓ邋0ｔ＋ｎ２邋ｃｏｓ邋ｉ逡逑一邋Ｉｎ－ｉ邋ｃｏｓ0ｉ逡逑ｖ逦ｐ逦ｎｘ邋ｃｏｓ６ｔ＋ｎ２邋ｃｏｓ0ｉ逡逑上式为菲涅尔公式，＆、ｎ２是两种不同介质的折射率，＆、０ｔ分别表示入射逡逑角和折射角。前两子式表示电矢量垂直于入射面的反射光的反射系数和折射光的逡逑９逡逑

光波,定向耦合器,脉冲发生器,电信号

２．３邋ＯＴＤＲ邋系统逡逑２．３．１邋ＯＴＤＲ组成结构逡逑ＯＴＤＲ的组成结构如图２－５所示，包括脉冲发生器、激光器、定向耦合器、逡逑检测器、放大器等。其中脉冲发生器产生特定的电脉冲，经过激光器转换为光脉逡逑冲，作为测量用的光波。之后光波经过定向耦合器注入至待测光纤，光波在待测逡逑光纤中传输发生背向散射，返回的光波经过定向耦合器在光检测器处被接收，并逡逑转为电信号，通过放大器进行放大，然后将电信号通过ＡＤ转换器转换为数字信逡逑号，最后对数字信号进行处理，并使用设备展示测量结果。逡逑１０逡逑

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