基于Φ-OTDR马赫泽德分布式光纤振动传感系统研究
发布时间：2021-06-25 15:10
我国大型基础设施（如桥梁、轨道交通、地下传输管道等）的正常运作是我国经济发展的重要保障,所以针对上述基础设施结构的安全监测是至关重要的。目前最先进的监测手段主要为分布式光纤传感技术,其通过检测振动信号来确定事故位置。该技术分为干涉型光纤传感技术和后向散射型传感技术。其中干涉型系统具有宽频检测能力,但是较难实现故障的精确定位;而后向散射型系统能够精准定位振动点,但是只能测量较低的频率。当前基础设施运作环境较为复杂,当有故障发生时,会产生频率不同的振动,频率最高可达兆赫兹。因此,单单采用其中一类传感技术不能够准确地、全面地识别故障信号。为此本文设计了一套基于相位敏感型光时域反射计（Phase-sensitive optical time domain reflectometry,Ф-OTDR）和马赫泽德干涉仪（Mach-Zenhder interferometer,MZI）相融合的系统。使用Ф-OTDR系统定位故障点,使用MZI系统获得故障宽谱频域信息,实现了分布式光纤故障监测系统同时具有精确定位和宽频测量的能力。本文主要工作如下:1、深入研究了Ф-OTDR系统与MZI系统的传感基础理论及...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的长距离基础设施a)港珠澳大桥b)我国输油管道
第2章Ф-OTDR和MZI系统的基础传感理论10第2章Ф-OTDR和MZI系统的基础传感理论为了解决分布式光纤传感监测系统不能同时实现故障定位和宽频响应的问题，本文提出了一种基于Ф-OTDR与MZI复合的分布式传感监测系统，以实现在远距离故障监测中精确定位故障位置和宽频测量。本章将分别介绍Ф-OTDR系统与MZI系统的传感基础理论和信号处理方法，研究系统性能参数及其影响因素，并理论分析两系统融合的设计方案。2.1基于Ф-OTDR的基础传感理论2.1.1光纤中的瑞利散射当光通过不均匀的介质时会向各个方向传播，这种现象就是光的散射。由于生产光纤过程中会产生误差，导致光纤中各部分的折射率不同，这会在光纤的不同区域产生不同的光特性。当一部分光入射到材料上时，就会发生散射现象。在光纤中存在的散射现象主要有瑞利散射、拉曼散射以及布里渊散射[26]。图2.1光纤散射图谱如图2.1所示，后向瑞利散射光的频率与入射光的频率相同都为v0，根据计算微观粒子能量的方法可知，在瑞利散射过程前后，光子的能量不会发生改变，因此瑞利散射被称为弹性散射。拉曼散射和布里渊散射的频率会发生偏移，因此称二者为非弹性散射[27]。在后向散射光中，与拉曼散射光和布里渊散射光相比，瑞利散射光具有最高的能量并且最容易检测。因此，人们最早发现并应用了瑞利散射光，检测光纤距离，传输损耗，连接点损耗和断点等。2.1.2OTDR技术OTDR技术是依靠光在光纤中传输时，所产生的后向瑞利散射光和菲涅尔反射实
振动效果示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]APD探测器模块性能及噪声检测[J]. 李永亮,余健辉,张军. 应用光学. 2019(06)
[2]基于时分复用的长距离R-OTDR分布式光纤测温系统[J]. 白亮,张红娟,高妍,王东,王宇,靳宝全. 仪表技术与传感器. 2019(10)
[3]基于小波变换的OTDR降噪算法研究[J]. 彭怀敏,张超,倪演海,姚飞. 光通信技术. 2019(07)
[4]雷达脉冲编码理论方法及应用[J]. 王岩飞,李和平,韩松. 雷达学报. 2019(01)
[5]基于Φ-OTDR的光纤传感技术原理及其应用现状[J]. 张智娟,郭文翰,徐志钮,赵丽娟. 半导体光电. 2019(01)
[6]分布式多参数光纤传感技术研究进展[J]. 况洋,吴昊庭,张敬栋,周欢,郑华,黄礼刚,白永忠,屈定荣,邱枫,朱涛. 光电工程. 2018(09)
[7]基于脉冲编码调制的BOTDA系统中的编码技术[J]. 王蔚蔚,吴良英. 光通信技术. 2018(04)
[8]分布式光纤监测技术在土木结构健康监测中的应用[J]. 李旭辉,黄奕辉. 科技视界. 2018(06)
[9]基于分布式光纤传感器的管涌监测系统[J]. 崔光磊,衣文索,牛卫丛,张叶浩. 长春理工大学学报(自然科学版). 2018(01)
[10]脉冲编码Φ-OTDR系统性能分析[J]. 梁胡格吉乐,封皓,曾周末. 纳米技术与精密工程. 2017(05)
博士论文
[1]基于φ-OTDR的光纤分布式宽频振动传感技术研究[D]. 何茜.重庆大学 2015
硕士论文
[1]基于FPGA的分布式光纤传感振动信号特征分析[D]. 王浩宇.南昌航空大学 2019
[2]基于FPGA的相位敏感振动传感系统设计[D]. 应启瑞.太原理工大学 2019
[3]Φ-OTDR分布式光纤传感系统信噪比增强与模式识别研究[D]. 杨经国.西南交通大学 2018
[4]马赫—泽德光纤干涉仪构成的光纤传感器的研究[D]. 胡义慧.湖北师范大学 2018
[5]时频分析在MZ干涉与Φ-OTDR分布式光纤传感中的应用研究[D]. 管国光.西南交通大学 2016
[6]基于干涉和φ-OTDR复合的分布式光纤振动传感技术的研究[D]. 肖向辉.重庆大学 2014
[7]基于拉曼放大及脉冲编码组合技术的布里渊光时域分析系统研究及应用[D]. 邓坤.电子科技大学 2012
本文编号：3249432
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的长距离基础设施a)港珠澳大桥b)我国输油管道
第2章Ф-OTDR和MZI系统的基础传感理论10第2章Ф-OTDR和MZI系统的基础传感理论为了解决分布式光纤传感监测系统不能同时实现故障定位和宽频响应的问题，本文提出了一种基于Ф-OTDR与MZI复合的分布式传感监测系统，以实现在远距离故障监测中精确定位故障位置和宽频测量。本章将分别介绍Ф-OTDR系统与MZI系统的传感基础理论和信号处理方法，研究系统性能参数及其影响因素，并理论分析两系统融合的设计方案。2.1基于Ф-OTDR的基础传感理论2.1.1光纤中的瑞利散射当光通过不均匀的介质时会向各个方向传播，这种现象就是光的散射。由于生产光纤过程中会产生误差，导致光纤中各部分的折射率不同，这会在光纤的不同区域产生不同的光特性。当一部分光入射到材料上时，就会发生散射现象。在光纤中存在的散射现象主要有瑞利散射、拉曼散射以及布里渊散射[26]。图2.1光纤散射图谱如图2.1所示，后向瑞利散射光的频率与入射光的频率相同都为v0，根据计算微观粒子能量的方法可知，在瑞利散射过程前后，光子的能量不会发生改变，因此瑞利散射被称为弹性散射。拉曼散射和布里渊散射的频率会发生偏移，因此称二者为非弹性散射[27]。在后向散射光中，与拉曼散射光和布里渊散射光相比，瑞利散射光具有最高的能量并且最容易检测。因此，人们最早发现并应用了瑞利散射光，检测光纤距离，传输损耗，连接点损耗和断点等。2.1.2OTDR技术OTDR技术是依靠光在光纤中传输时，所产生的后向瑞利散射光和菲涅尔反射实
振动效果示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]APD探测器模块性能及噪声检测[J]. 李永亮,余健辉,张军. 应用光学. 2019(06)
[2]基于时分复用的长距离R-OTDR分布式光纤测温系统[J]. 白亮,张红娟,高妍,王东,王宇,靳宝全. 仪表技术与传感器. 2019(10)
[3]基于小波变换的OTDR降噪算法研究[J]. 彭怀敏,张超,倪演海,姚飞. 光通信技术. 2019(07)
[4]雷达脉冲编码理论方法及应用[J]. 王岩飞,李和平,韩松. 雷达学报. 2019(01)
[5]基于Φ-OTDR的光纤传感技术原理及其应用现状[J]. 张智娟,郭文翰,徐志钮,赵丽娟. 半导体光电. 2019(01)
[6]分布式多参数光纤传感技术研究进展[J]. 况洋,吴昊庭,张敬栋,周欢,郑华,黄礼刚,白永忠,屈定荣,邱枫,朱涛. 光电工程. 2018(09)
[7]基于脉冲编码调制的BOTDA系统中的编码技术[J]. 王蔚蔚,吴良英. 光通信技术. 2018(04)
[8]分布式光纤监测技术在土木结构健康监测中的应用[J]. 李旭辉,黄奕辉. 科技视界. 2018(06)
[9]基于分布式光纤传感器的管涌监测系统[J]. 崔光磊,衣文索,牛卫丛,张叶浩. 长春理工大学学报(自然科学版). 2018(01)
[10]脉冲编码Φ-OTDR系统性能分析[J]. 梁胡格吉乐,封皓,曾周末. 纳米技术与精密工程. 2017(05)
博士论文
[1]基于φ-OTDR的光纤分布式宽频振动传感技术研究[D]. 何茜.重庆大学 2015
硕士论文
[1]基于FPGA的分布式光纤传感振动信号特征分析[D]. 王浩宇.南昌航空大学 2019
[2]基于FPGA的相位敏感振动传感系统设计[D]. 应启瑞.太原理工大学 2019
[3]Φ-OTDR分布式光纤传感系统信噪比增强与模式识别研究[D]. 杨经国.西南交通大学 2018
[4]马赫—泽德光纤干涉仪构成的光纤传感器的研究[D]. 胡义慧.湖北师范大学 2018
[5]时频分析在MZ干涉与Φ-OTDR分布式光纤传感中的应用研究[D]. 管国光.西南交通大学 2016
[6]基于干涉和φ-OTDR复合的分布式光纤振动传感技术的研究[D]. 肖向辉.重庆大学 2014
[7]基于拉曼放大及脉冲编码组合技术的布里渊光时域分析系统研究及应用[D]. 邓坤.电子科技大学 2012
本文编号：3249432
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3249432.html
