高性能φ-OTDR分布式光纤振动传感系统的研制

发布时间：2022-02-18 11:04

　　基于φ-OTDR的分布式光纤振动传感系统具有长距离、抗干扰、连续感知外界信息、监测并辨识入侵等性能,可广泛应用于周界安防、大型设施健康监测、管道防护及线缆安全监测等领域。本文在课题组φ-OTDR分布式光纤振动传感系统工作积累的基础上,根据工程应用系统的实际需求,研制高性能φ-OTDR分布式光纤振动传感系统。首先,本文提出了分布式光纤振动传感系统整体方案和信号处理子系统架构,针对信号高速采样、处理和传输需求,设计了信号处理子系统硬件升级方案。针对光脉冲对定位精度、分辨率、灵敏度等指标的影响,提出了检索光脉冲宽度分时控制方法。针对大动态范围传感的需求,提出了拉曼放大与信号自适应增益均衡联合调节方法。针对风雨等恶劣因素造成的误报,提出了基于扰动信号特征提取的振动点定位算法。接着,设计了信号处理子系统硬件电路,包括光发送、接收模块和FPGA信号处理模块,分析并确定了各功能模块的芯片选型和原理图设计。研制了高稳定性、高灵敏度的光收发模块,灵敏度约为-50dBm。设计并定制了250MHz主频的FPGA信号采集与处理模块,该模块分别具有4个ADC和DAC端口、GPIO接口、PCIe x4 Gen2.... 

【文章来源】：东南大学江苏省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 基于φ-OTDR的分布式光纤振动传感系统原理与研究进展
        1.1.1 系统原理与应用
        1.1.2 研究进展
    1.2 系统性能指标与问题分析
        1.2.1 系统主要性能指标
        1.2.2 问题与分析
    1.3 论文主要工作及章节安排
        1.3.1 论文研究意义
        1.3.2 论文主要工作内容
        1.3.3 论文组织结构与章节安排
第二章 高性能φ-OTDR分布式光纤振动传感系统技术方案
    2.1 分布式光纤振动传感系统总体设计方案
        2.1.1 系统整体架构设计
        2.1.2 信号处理子系统框架设计
    2.2 检索光脉冲宽度分时控制方法
    2.3 拉曼放大与信号自适应增益均衡联合调节方法
        2.3.1 加入拉曼放大器的改进光路
        2.3.2 自适应增益均衡调节方法
    2.4 基于扰动信号特征提取的振动点定位算法
    2.5 本章小结
第三章 高性能φ-OTDR分布式光纤振动传感信号处理子系统研制
    3.1 光发送模块设计
    3.2 光接收模块设计
    3.3 FPGA信号处理模块设计
        3.3.1 FPGA芯片选型
        3.3.2 外围电路设计
        3.3.3 FPGA程序设计
    3.4 版图设计与研制
    3.5 系统端机设计与研制
    3.6 本章小结
第四章 信号处理子系统测试分析
    4.1 各模块功能验证与性能分析
        4.1.1 光发送模块测试与分析
        4.1.2 光接收模块测试与分析
        4.1.3 FPGA信号处理模块测试与分析
    4.2 系统测试与结果分析
        4.2.1 系统测试平台搭建
        4.2.2 检索光脉冲宽度分时控制方法分析
        4.2.3 拉曼放大与信号自适应增益均衡联合调节方法分析
        4.2.4 基于扰动信号特征提取的定位算法分析
    4.3 本章小结
第五章 高性能φ-OTDR分布式光纤振动传感示范系统
    5.1 系统方案设计
    5.2 现场光缆与端机布置
    5.3 系统测试与分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分布式光纤传感器的输气管道泄漏检测方法[J]. 陈志刚,张来斌,王朝晖,梁伟.  传感器与微系统. 2007(07)

博士论文
[1]全光纤振动传感机理及高性能工程系统关键技术研究[D]. 潘超.东南大学 2017
[2]分布式光纤传感与信息处理技术的研究及应用[D]. 孙琪真.华中科技大学 2008

硕士论文
[1]φ-OTDR型光纤振动传感系统综合信号处理技术研究[D]. 叶红亮.东南大学 2015



本文编号：3630720