基于双重同源外差相干检测的Φ-OTDR系统的研究及应用

发布时间：2020-09-08 22:41

　　 相位敏感光时域反射系统(Φ-OTDR)可实现光纤沿线多点扰动的分布式监测,在重要场所的安防以及基础设施破坏情况检测等领域具有广阔的应用前景与深远的社会意义,本文以提高Φ-OTDR系统性能及其对扰动信号识别的准确率为目的,开展了相关研究工作。首先,基于Φ-OTDR系统的工作原理、数学模型及典型结构,提供了模块选型依据及设计参考,为高性能的Φ-OTDR系统功能的实现提供必要条件;为解决由于声光调制器驱动器脉冲斩波信号和频率调制信号时钟不同源问题,所引起的初始相位随机抖动现象,设计了时钟同步控制模块,提高了系统相位解调能力和扰动定位效率;为解决激光器频率漂移以及温度变化情况下声光调制器晶体折射率变化所引起的频率漂移,研制了一种基于双重同源外差相干检测的Φ-OTDR系统,采用外差相干子系统对系统中的频率漂移进行跟随,并产生用于混频的本振参考信号,消除了解调结果中的杂散频率,提高了系统的频率解调准确性和系统信噪比;在原有相位解调基础上,采用时间域二次相位解卷绕,提高系统对扰动信号强度响应的一致性;为实现非平稳随机扰动信号特征的准确与快速提取,提出了基于MEEMD-Hilbert变换的非平稳信号时-频域分析方法,结合BP神经网络特征训练与分类器,对扰动信号的识别正确率达到98.3%;最后,以横琴综合管廊为应用实体,在提供Φ-OTDR系统实用化方法参考的同时,对Φ-OTDR系统的性能进行再次验证,应用结果表明所研制的Φ-OTDR系统具备突出的扰动信号检测与识别能力。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH74
【部分图文】：

图 1.1 典型环形 Sagnac 光纤干涉型振动传感系统结构图基于 Sagnac 结构的干涉仪在实际使用中需要传感光纤的长度，增加了成本，降低了系统的灵活性，特别是在长距离远程图 1.2 所示的系统结构被提出，激光光源输出的光被 50：50

图 1.2 线形 Sagnac 光纤干涉型振动传感系统结构图法克服了原有环形结构在光纤中心点振动检测失效的限制，但检测还是不够敏感。而且上述基于 Sagnac 结构的传感器只能在的作用于传感光纤上的扰动进行定位，一旦多个扰动施加在传

图 1.3 典型 Mach-Zehnder 光纤干涉型振动传感系统结构图ch-Zehnder 干涉仪的基本结构如图 1.3 所示，从激光器发出的光耦合器被分为两路。外部振动施加于传感臂，参考臂屏蔽于外使光纤长度和折射率发生变化，从而引起了传感臂和参考臂之间

本文编号：2814725