Φ-OTDR偏振相关噪声及多点高频探测研究

发布时间：2017-05-24 10:03

  本文关键词：Φ-OTDR偏振相关噪声及多点高频探测研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)是一种利用光纤中后向瑞利散射光的分布式光纤传感技术。瑞利散射光与布里渊散射光、拉曼散射光相比,其信号功率高,探测时所需平均次数较少,因此Φ-OTDR具有响应速度快的优点。Φ-OTDR通过光纤中瑞利相干衰落效应进行传感,而影响瑞利相干衰落的是光纤中光的相对相位,只要外界扰动事件引起光纤长度在波长级别的变化就能被Φ-OTDR捕捉,所以Φ-OTDR也具有灵敏度高的优点。Φ-OTDR是探测动态扰动事件的重要手段,它可以获取动态扰动事件的位置与频率等信息。但是随着Φ-OTDR在工程应用中地不断深入,Φ-OTDR的两个缺陷也显现出来。Φ-OTDR一般被认为是只对相位敏感,但是实际中的Φ-OTDR还对偏振态敏感。传统的Φ-OTDR一维脉冲响应模型假设探测光脉冲内部的偏振态是一致的。但是实际中光纤的双折射特性使得光脉冲内部的偏振态并不能保持一致,所以这种假设是不准确的。如果外界扰动事件通过挤压、扭转或弯曲等作用于传感光纤,这会引起光纤本身双折射特性的变化。当探测光脉冲通过该扰动事件时,光脉冲的偏振态便会受到调制,且该扰动事件之后的光脉冲偏振演化规律也就被扰乱,如此将会产生偏振相关噪声。偏振相关噪声会叠加在该扰动事件之后的所有瑞利散射信号中,最终恶化Φ-OTDR的分布式传感功能。本文将探测光脉冲内部偏振态相异因素引入Φ-OTDR理论模型,解释Φ-OTDR偏振相关噪声的产生机理,在一定程度上完善了Φ-OTDR的理论模型。为了抑制偏振相关噪声,提出基于正交脉冲(OSPP) Φ-OTDR探测方法,建立了基于OSPP的Φ-OTDR的理论模型,设计并搭建了OSPP的Φ-OTDR实验系统。理论分析与实验结果均验证了OSPP方法抑制Φ-OTDR偏振相关噪声的可行性。实验中,在1.5km传感光纤上设置了频率为3Hz的光纤微弯扰动和5Hz的光纤拉伸扰动。微弯扰动改变了光纤的双折射特性,产生的偏振相关噪声覆盖在微弯扰动之后的所有瑞利散射信号中,最终导致无法判别拉伸扰动的信息。实验结果显示OSPP方法的偏振相关噪声抑制比达到9.2 dB,同时能够清晰判别拉伸扰动的信息。Φ-OTDR探测扰动事件频率的上限受到传感光纤长度限制,目前Φ-OTDR很难实现多点高频探测。为了突破光纤长度对Φ-OTDR可探测频率上限的限制,且同时能够实现多点高频扰动事件的探测,提出基于长短时分复用(TDM)脉冲Φ-OTDR的探测方法。为了详细阐述该方法,建立长脉冲Φ-OTDR理论模型,其中包含了偏振、脉冲内损耗和频漂等影响因素。该模型揭示了不同时刻实际参与瑞利散射信号叠加的散射点数是不同的,并分析了瑞利散射信号受到多点扰动事件相位调制的过程和结果,这在一定程度上也是对传统Φ-OTDR理论模型的完善。为了验证多点高频探测方案的可行性,设计并搭建了基于长短TDM脉冲Φ-OTDR系统。实验中传感光纤为7.5km,其中在500m与5.5km处分别添加了频率为100 kHz与65 kHz的高频扰动事件。实验结果显示,该方案成功解调出了100 kHz与65 kHz高频扰动事件的频率及它们各自对应的位置。本文针对Φ-OTDR两个应用缺陷,分别研究了Φ-OTDR偏振相关噪声产生机理和多点高频探测原理,相应提出OSPP方法抑制Φ-OTDR偏振相关噪声与长短TDM脉冲实现Φ-OTDR多点高频探测的两种方案,并且理论分析与实验结果均验证了这两种方案的可行性。这两种方案不仅拓展了Φ-OTDR应用范围,且其建立的方案理论均在一定程度上完善了传统的Φ-OTDR理论模型。
【关键词】：分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射计 瑞利散射光 偏振相关性 多点高频探测
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 光纤传感技术概况11-13
• 1.2 基于Rayleigh的分布式光纤传感技术简介13-16
• 1.3 Φ-OTDR研究现状16-19
• 1.4 本论文的研究背景及主要工作19-23
• 1.4.1 本论文的研究背景19-21
• 1.4.2 本论文的主要工作21-23
• 第二章 相位敏感光时域反射计的基本原理23-35
• 2.1 Φ-OTDR理论模型23-27
• 2.2 Φ-OTDR系统主要结构27-28
• 2.3 Φ-OTDR系统主要性能及噪声28-34
• 2.3.1 Φ-OTDR主要性能参数28-33
• 2.3.2 Φ-OTDR系统主要噪声33-34
• 2.4 本章小节34-35
• 第三章 Φ-OTDR偏振相关噪声及其抑制方法35-49
• 3.1 Φ-OTDR偏振相关噪声产生机理35-39
• 3.1.1 Φ-OTDR偏振相关噪声机理分析35-37
• 3.1.2 Φ-OTDR偏振相关噪声产生机理的验证37-39
• 3.2 基于OSPP方案抑制Φ-OTDR偏振相关噪声39-45
• 3.2.1 OSPP方案机理分析39-41
• 3.2.2 基于OSPP方案可行性验证41-45
• 3.3 OSPP方案讨论45-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 基于长短TDM脉冲Φ-OTDR多点高频探测49-67
• 4.1 长脉冲Φ-OTDR信号与OTDR信号49-52
• 4.2 长脉冲Φ-OTDR探测原理52-55
• 4.2.1 长脉冲Φ-OTDR单点扰动模型52-53
• 4.2.2 长脉冲Φ-OTDR多点扰动模型53-55
• 4.3 长短TDM脉冲Φ-OTDR多点高频探测分析55-58
• 4.3.1 长短TDM脉冲设计方案55-57
• 4.3.2 长短TDM脉冲Φ-OTDR频率探测性能分析57-58
• 4.4 长短TDM脉冲Φ-OTDR多点高频探测结果58-64
• 4.4.1 单点高频扰动探测60-62
• 4.4.2 多点高频扰动探测62-64
• 4.5 本章小节64-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-69
• 致谢69-71
• 攻读硕士学位期间取得的成果71-73
• 参考文献73-78

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5 汪杰华;;实例分析OTDR技术参数及指标[J];广播与电视技术;2012年03期

6 ;HP E6000A Mini OTDR[J];电子产品世界;1996年09期

7 盛薇;HPE6000A Mini OTDR[J];现代科学仪器;1996年03期

8 成晓林;利用OTDR进行精确的测试[J];四川通信技术;2001年01期

9 郭建平;OTDR的测试原理及注意事项[J];中国有线电视;2004年15期

10 刘洋,刘利,刘波,吴伟,曾秋礼;OTDR在工程中的应用[J];有线电视技术;2004年21期

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1 武建辉;李桂枝;;OTDR测试与误差分析[A];中国管理科学文献[C];2008年

2 成晓林;;利用OTDR进行精确的测试[A];四川省通信学会2000年学术年会论文集[C];2000年

3 程涛;;使用OTDR测试光通信传输系统[A];2007中国科协年会——通信与信息发展高层论坛论文集[C];2007年

4 ;关于OTDR使用中应当注意的几个问题[A];四川省通信学会一九九五年学术年会论文集[C];1995年

5 吴少波;宁鼎;朱守正;刘笑东;;利用光时域反射计(OTDR)检测保偏光纤纤芯缺陷技术[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年

6 李致颖;;利用OTDR查找光缆线路故障[A];中国通信学会信息通信网络技术委员会2011年年会论文集（下册）[C];2011年

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1 本报记者 陈宝亮;为OTDR增加“光眼”[N];通信产业报;2012年

2 山东 王卫国;浅析OTDR工作原理及测试应用[N];电子报;2010年

3 本报记者 曾艳涛;采用模块化结构连接OTDR[N];计算机世界;2002年

4 安恒公司 高巍;OTDR一步跨入局域网[N];计算机世界;2003年

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6 高巍;局域网光缆测试引入OTDR[N];中国计算机报;2002年

7 迪文;安捷伦推出[N];通信产业报;2002年

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1 彭飞;相位敏感型光时域反射仪及其应用研究[D];电子科技大学;2015年

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