基于Φ-OTDR的分布式光纤振动传感系统关键技术研究
发布时间：2020-12-30 10:45
我国大型基础设施的建设规模已常年位居世界之首,自然灾害、人为因素以及结构自身的性能缺陷都会导致基础设施结构的损毁,造成不可估量的生命财产损失,因此需要对大型基础设施的健康状态进行实时监测,以便于及时发现安全隐患,采取相应措施避免重大事故的发生。大型基础设施结构出现故障或者存在隐患时会产生异常的振动,通过对振动信号的监测,当振动信号出现异常时,就能够对这些安全隐患做出应急响应,防患于未然。基于相位敏感型光时域反射计(（Φ-OTDR）的分布式光纤振动传感系统,具有连续分布式监测、响应速度快、探测灵敏度高等优势,在大型基础设施的健康监测领域有重要的潜在应用价值。然而,受现场复杂环境的影响,基于Φ-OTDR的分布式光纤振动传感设备通常难以满足所有应用的需求。分布式光纤振动传感系统监测的信号是后向瑞利散射（RBS）信号,RBS信号的强度及相位都具有随机性,使得RBS信号在叠加过程中产生相干衰落效应,系统出现探测死区。实际应用的环境非常复杂,使得传感光纤中传输的光波偏振态变化频繁,给系统引入偏振相关噪声,降低传感系统的探测灵敏度。实际监测的振动事件长度无法预知,噪声基底高,以固定单一的空间分辨率进...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１传感器示意图（ａ）点式传感器（ｂ）分布式光纤传感器??
图１－３基于干涉原理的分布式光纤传感原理图??（１）基于Ｓａｇｎａｃ干涉仪的分布式光纤振动传感系统??基于Ｓａｇｎａｃ干涉仪的分布式光纤振动传感系统如图１－４所示。这种干涉结构??的主体是由一个２ｘ２的３ｄＢ稱合器构成光纤环，激光器的输出经过３ｄＢ稱合器??后，分为场强相同的两部分进入同一光纤环中。顺时针（Ｃｌｏｃｋ?Ｗｉｓｅ，ＣＷ）和??逆时针（Ｃｏｕｔｅｒ?Ｃｌｏｃｋ?Ｗｉｓｅ，ＣＣＷ）传输的两束光在传感光纤中构成闭合的环形??光路，相向传输的两束光经同一耦合器耦合输出，由光电探测器接收并转为电信??号。当光纤环上距离耦合器ｈ位置处发生扰动时，由于两束光经过扰动点的时??间不同，ＣＷ传输的光要先受到振动的调制，导致两束光之间形成相位差，两者??４??
件的定位不确定度为１００ｍ［５（）］。??（２）基于ＭＺＩ的分布式光纤振动传感系统??图１－５是基于ＭＺＩ的分布式光纤传感系统结构图。激光器的输出由３ｄＢ奉禺??合器分为功率相当的两束光，当有外界扰动事件作用在传感臂上时，传感臂中传??输的光波受到振动信号的调制，而参考臂的状态保持不变。传感臂与参考臂之间??的光纤长度以及折射率的变化会引起相位变化，两臂传输的光在接收端干涉，将??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分布式光纤传感的溶液浓度自动监测系统[J]. 王燕飞,丁楠,程跃. 传感器世界. 2018(03)
[2]相位敏感型光时域反射传感系统光学背景噪声的产生机理及其抑制方法[J]. 张旭苹,张益昕,王峰,单媛媛,孙振鉷,胡燕祝. 物理学报. 2017(07)
[3]基于菲涅耳反射的准分布折射率传感器研究[J]. 袁剑英,赵春柳,齐亮,余向东,王剑锋,张在宣,金尚忠. 激光与光电子学进展. 2014(09)
[4]基于双向拉曼放大的相位敏感光时域反射仪[J]. 王杰,贾新鸿,饶云江,吴慧娟. 物理学报. 2013(04)
[5]基于PI湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅湿度传感器[J]. 周怡妃,梁大开,曾捷,刘宏月,孙晓明. 光电子.激光. 2011(11)
[6]分布式光纤传感技术用于辐射监测的初步探讨[J]. 任秀龙,方方,宋海龙,柏强. 核电子学与探测技术. 2010(11)
[7]光纤传感器在高压设备在线测温系统中的应用[J]. 时斌. 高电压技术. 2007(08)
[8]采用双折射光纤设计分布式应力传感器[J]. 井文才,李强,唐锋,于晋龙,张以谟,周革,贾大功. 光电子·激光. 2005(01)
[9]高灵敏度、高分辨率分布式光纤应力传感器研究[J]. 李尚俊,刘永智. 电子科技大学学报. 2000(04)
硕士论文
[1]基于分布式光纤的水下管道泄漏检测定位及数据分析方法[D]. 黄悦.中国计量学院 2016
[2]基于PGC解调的光纤传感器天然气管道泄漏检测装置设计[D]. 章仁杰.中国计量学院 2014
[3]高性能长距离相敏光时域反射系统研究及安防应用[D]. 彭正谱.电子科技大学 2014
本文编号：2947509
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１传感器示意图（ａ）点式传感器（ｂ）分布式光纤传感器??
图１－３基于干涉原理的分布式光纤传感原理图??（１）基于Ｓａｇｎａｃ干涉仪的分布式光纤振动传感系统??基于Ｓａｇｎａｃ干涉仪的分布式光纤振动传感系统如图１－４所示。这种干涉结构??的主体是由一个２ｘ２的３ｄＢ稱合器构成光纤环，激光器的输出经过３ｄＢ稱合器??后，分为场强相同的两部分进入同一光纤环中。顺时针（Ｃｌｏｃｋ?Ｗｉｓｅ，ＣＷ）和??逆时针（Ｃｏｕｔｅｒ?Ｃｌｏｃｋ?Ｗｉｓｅ，ＣＣＷ）传输的两束光在传感光纤中构成闭合的环形??光路，相向传输的两束光经同一耦合器耦合输出，由光电探测器接收并转为电信??号。当光纤环上距离耦合器ｈ位置处发生扰动时，由于两束光经过扰动点的时??间不同，ＣＷ传输的光要先受到振动的调制，导致两束光之间形成相位差，两者??４??
件的定位不确定度为１００ｍ［５（）］。??（２）基于ＭＺＩ的分布式光纤振动传感系统??图１－５是基于ＭＺＩ的分布式光纤传感系统结构图。激光器的输出由３ｄＢ奉禺??合器分为功率相当的两束光，当有外界扰动事件作用在传感臂上时，传感臂中传??输的光波受到振动信号的调制，而参考臂的状态保持不变。传感臂与参考臂之间??的光纤长度以及折射率的变化会引起相位变化，两臂传输的光在接收端干涉，将??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分布式光纤传感的溶液浓度自动监测系统[J]. 王燕飞,丁楠,程跃. 传感器世界. 2018(03)
[2]相位敏感型光时域反射传感系统光学背景噪声的产生机理及其抑制方法[J]. 张旭苹,张益昕,王峰,单媛媛,孙振鉷,胡燕祝. 物理学报. 2017(07)
[3]基于菲涅耳反射的准分布折射率传感器研究[J]. 袁剑英,赵春柳,齐亮,余向东,王剑锋,张在宣,金尚忠. 激光与光电子学进展. 2014(09)
[4]基于双向拉曼放大的相位敏感光时域反射仪[J]. 王杰,贾新鸿,饶云江,吴慧娟. 物理学报. 2013(04)
[5]基于PI湿敏薄膜的分布式光纤Bragg光栅湿度传感器[J]. 周怡妃,梁大开,曾捷,刘宏月,孙晓明. 光电子.激光. 2011(11)
[6]分布式光纤传感技术用于辐射监测的初步探讨[J]. 任秀龙,方方,宋海龙,柏强. 核电子学与探测技术. 2010(11)
[7]光纤传感器在高压设备在线测温系统中的应用[J]. 时斌. 高电压技术. 2007(08)
[8]采用双折射光纤设计分布式应力传感器[J]. 井文才,李强,唐锋,于晋龙,张以谟,周革,贾大功. 光电子·激光. 2005(01)
[9]高灵敏度、高分辨率分布式光纤应力传感器研究[J]. 李尚俊,刘永智. 电子科技大学学报. 2000(04)
硕士论文
[1]基于分布式光纤的水下管道泄漏检测定位及数据分析方法[D]. 黄悦.中国计量学院 2016
[2]基于PGC解调的光纤传感器天然气管道泄漏检测装置设计[D]. 章仁杰.中国计量学院 2014
[3]高性能长距离相敏光时域反射系统研究及安防应用[D]. 彭正谱.电子科技大学 2014
本文编号：2947509
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