分布式光纤传感系统的信号处理技术研究

发布时间：2019-08-11 17:16

【摘要】：分布式光纤传感系统由于其体积小、重量轻、无需供电、抗电磁干扰等特点,在安防、军事、管道运输等诸多领域获得了广泛应用。基于不同的光纤环路结构所构建的光纤传感系统在检测范围、信噪比、灵敏度等方面有很大的不同。其中,基于相位敏感瑞利散射的光时域反射技术(Φ-OTDR)因其结构简单、灵敏度高、可同时对多点振动进行检测和定位等特点,成为了目前分布式光纤传感研究领域的热点。本文在深入研究和比较了 φ-OTDR结构光纤振动传感器原理的基础上,提出了一系列的对振动信号进行定位、降噪及分类的信号处理方法。主要研究内容如下:1.介绍Φ-OTDR的基本原理,构建了基于Φ-OTDR的分布式光纤传感系统。设计实验验证了该系统中振动信号的幅度频率与振动源的幅度频率之间的线性关系。提出了基于3×3解调技术和基于高双折射Sagnac干涉环的系统改进方案,并通过分析振动信号的信噪比及其幅度与振动源强度的线性度,对比了两种改进系统与原始系统的检测效果。2.对振动信号的时域特征、频域特征、尺度域特征进行深入研究,针对Φ-OTDR系统实时数据量大、易受环境干扰的特点,提出了基于短时能量、短时过双电平率、频带方差、小波系数能量方差的复合特征动态阈值振动检测方法。该方法能对发生在传感光纤上的振动事件进行精确的实时检测。3.针对长距离监测环境中振动信号信噪比低,单一特征难以对振动事件进行准确识别的问题,提出了 一种基于谱减法降噪-复合特征提取-支持向量机的振动事件识别方法。该方法可以有效识别多种振动信号,进一步完善了 φ-OTDR系统功能。4.搭建了 φ-OTDR型分布式光纤传感系统的信号处理平台。详细分析了系统整体框架和工作流程,介绍了信号采集系统和上位机监控软件平台的工作流程,最后说明了信号处理平台主要指标的测试方法和结果。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212

【参考文献】

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本文编号：2525427