Φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统阈值设定算法研究

发布时间：2017-05-27 06:13

  本文关键词：Φ-OTDR的分布式光纤扰动传感系统阈值设定算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：分布式光纤传感系统凭借其灵敏度高、抗电磁干扰、长距离监测、无需外场供电、施工简单、定位精度准确、仅需一根传感光纤等诸多技术优势,在周界安防、油气管道、通信光缆监测等诸多领域得到了广泛的研究和应用。而基于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)的分布式光纤传感系统因其结构简单、易于实现、系统稳定、定位准确以及具有检测多点扰动事件同时发生的能力,已成为目前分布式光纤传感系统中新的关注点。阈值的准确设定是有效降低Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统误报和漏报率的关键。本文针对Φ-OTDR分布式光纤传感系统的扰动报警阈值设定算法展开深入的理论与实验研究工作,所提出的基于选择性平均的阈值设定算法,能够更有效设定阈值,提高信噪比,降低Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统的误报和漏报率。本文的研究工作主要体现在以下几个方面：1.理论研究了Φ-OTDR分布式光纤传感系统的传感原理及传感信号的特点。从光波导理论和弹性力学角度出发,建立了Φ-OTDR分布式光纤扰动传感器多点扰动光路数学模型。进而,对扰动信号进行分析和研究,为后续信号处理和阈值的准确设定,提供理论和方法支持。2.在分析总结Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统阈值设定的研究现状和应用情况的基础上,通过实验验证现有的阈值设定算法。针对目前Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统阈值设定算法中存在的问题,采用阈值模板匹配的方式,首次提出了一种基于选择性平均的阈值设定算法。所提出的选择性平均阈值算法,能够更有效设定阈值,提高信噪比,降低Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统的误报和漏报率。3.搭建Φ-OTDR光纤分布式扰动传感系统的实验系统环境,并对所提出的基于选择性平均的阈值设定算法进行了可行性验证及实际测试。实验结果表明：与累加平均和移动平均阈值设定算法相比,所提出的选择性平均阈值算法将误报率分别降低了5%和3%,漏报率均降低了2%；信噪比分别提升了2.55 dB、1.1 dB;与Φ-OTDR与MZ干涉仪相结合的阈值设定方案相比,漏报率降低了4%。经实验验证,所提出的算法有助于提高Φ-OTDR分布式光纤扰动传感系统在实际应用中的可靠性。
【关键词】：分布式光纤扰动传感系统 Φ-OTDR 选择性平均算法 阈值 模板匹配
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 光纤分布式传感器简介12-15
• 1.3 Φ-OTDR光纤分布式扰动传感系统及阈值设定算法研究进展15-16
• 1.4 研究意义与研究内容16-17
• 1.5 本文组织结构17-19
• 2 OTDR分布式扰动传感系统的理论研究19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 OTDR原理19-21
• 2.3 OTDR光纤分布式扰动传感技术21-25
• 2.3.1 B-OTDR传感技术22-23
• 2.3.2 P-OTDR传感技术23
• 2.3.3 R-OTDR传感技术23-24
• 2.3.4 Φ-OTDR传感技术24-25
• 2.4 Φ-OTDR原理及性能参数分析25-28
• 2.4.1 瑞利散射原理分析25
• 2.4.2 光纤中的后向瑞利散射25-26
• 2.4.3 Φ-OTDR性能参数之动态范围26-27
• 2.4.4 Φ-OTDR性能参数之盲区27-28
• 2.4.5 Φ-OTDR性能参数之空间分辨率28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 Φ-OTDR分布式扰动传感系统定位及阈值算法研究29-51
• 3.1 引言29
• 3.2 Φ-OTDR光纤分布式扰动传感器多点扰动数学模型29-34
• 3.3 Φ-OTDR系统结构设计分析34-40
• 3.3.1 系统结构34-35
• 3.3.2 激光源35-37
• 3.3.3 调制器37-39
• 3.3.4 掺铒光纤放大器39-40
• 3.4 Φ-OTDR光纤分布式扰动传感器阈值算法研究40-50
• 3.4.1 累加平均算法40-44
• 3.4.2 移动平均算法44-45
• 3.4.3 基于Φ-OTDR与MZ干涉仪相结合的阈值设定方法45-50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 基于选择性平均的阈值算法研究51-62
• 4.1 引言51
• 4.2 选择性平均阈值算法理论研究51-53
• 4.3 选择性阈值算法实验研究53-56
• 4.3.1 初级模板实验53-54
• 4.3.2 初级模板验证实验54-56
• 4.4 阈值算法对比实验56-61
• 4.4.1 阈值算法误报、漏报率对比实验57-60
• 4.4.2 阈值算法信噪比对比实验60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 5 全文总结与展望62-64
• 5.1 论文完成的主要工作62-63
• 5.2 下一步研究建议63-64
• 参考文献64-67
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果67-69
• 学位论文数据集69

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