分布式光纤传感器信号处理关键技术研究

发布时间：2023-09-13 23:56

　　随着光纤通信技术的快速发展,分布式光纤传感器因其灵敏度高、监测范围广等特点被广泛应用于石油工程、天然气管道、通信电缆、高压电网以及生活小区等基础设施建设的周界安防。分布式光纤传感器系统主要由光学系统和信号处理系统两部分组成,光学系统用来拾取外界干扰信号,信号处理系统对信号进行分析和处理。其中信号处理系统地位非常重要,是对外界干扰事件进行实时判断和准确定位的关键,性能优异的信号处理系统在很大程度上能够弥补光学系统中的很多不足。因此,本文对分布式光纤传感器信号处理技术进行研究。首先,本文介绍了光纤传感系统的相位调制与信号干涉原理,并在此基础上提出一种由Mach-Zehnder和Sagnac混合干涉仪组成的干涉型分布式光纤传感结构;基于以上传感结构研究了分布式光纤传感器的相位解调与振动定位技术。通过对3×3耦合器的传输特性分析,提出基于椭圆拟合算法的3×3耦合器解调技术,并以单一频率的正弦信号仿真干扰信号,证明该解调方法的有效性;针对振动位置判断问题,提出采用频谱分析寻找频率陷波点的方法实现定位,利用Welch法谱估计进行频谱分析,用数据“削峰法”完成频率陷波点的寻找。其次,在上述定位算法的...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 分布式光纤传感技术概述
    1.3 干涉型分布式光纤传感技术
        1.3.1 Michelson干涉型光纤传感器
        1.3.2 Mach-Zehnder干涉型光纤传感器
        1.3.3 Sagnac干涉型光纤传感器
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 分布式光纤传感器的发展现状
        1.4.2 分布式光纤传感器信号处理技术的发展现状
    1.5 研究目的和主要内容
第2章 分布式光纤传感系统理论研究
    2.1 光纤传感原理分析
        2.1.1 相位调制原理
        2.1.2 光纤干涉原理
    2.2 分布式光纤传感系统结构原理分析
    2.3 传感系统主要器件选择
        2.3.1 光源
        2.3.2 光纤传感器件
        2.3.3 光电探测器
        2.3.4 数据采集卡
    2.4 本章小结
第3章 分布式光纤传感器相位解调与定位算法研究
    3.1 相位解调技术研究
        3.1.1 3×3耦合器传输特性
        3.1.2 基于椭圆拟合的3×3耦合器解调原理
        3.1.3 椭圆拟合的参数估计
        3.1.4 椭圆拟合解调技术仿真
    3.2 定位算法研究
        3.2.1 定位原理
        3.2.2 频谱分析
        3.2.3 寻找陷波点
    3.3 实际扰动信号的实验结果分析
    3.4 本章小结
第4章 分布式光纤传感系统特性研究
    4.1 系统光路偏振特性研究
        4.1.1 系统结构偏振分析
        4.1.2 光路偏振态保持
        4.1.3 实验结果分析
    4.2 干涉系统噪声特性研究
        4.2.1 系统噪声特性分析
        4.2.2 系统降噪方法
        4.2.3 实验结果分析
    4.3 本章小结
第5章 光纤传感系统信号处理方案设计
    5.1 系统结构搭建
    5.2 系统程序设计
        5.2.1 系统程序总体设计
        5.2.2 数据采集模块
        5.2.3 降噪处理模块
        5.2.4 信号解调模块
        5.2.5 定位计算模块
    5.3 实验结果与误差分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3846149