Mach-Zehnder和Φ-OTDR联合光纤周界系统设计及扰动识别
发布时间：2022-01-10 08:51
光纤周界系统具有抗电磁干扰能力强、传感距离长、灵敏度高和全分布式等优点,在民航机场周界安防中具有重要的应用前景。该系统工作环境复杂,扰动入侵类型多变,传统的光纤周界系统还存在误报率高和无法同时具备优秀的识别、定位性能等问题,不能较好的满足机场对周界系统的性能要求。针对这一问题,本文设计了Mach-Zehnder和Φ-OTDR联合光纤周界系统,使光纤周界系统同时具备优秀的识别和定位性能,并进一步研究联合光纤周界系统的信号处理方法,提高联合光纤周界系统的应用性能。论文主要做了以下几个方面的研究工作:1.在分析传统光纤周界系统优缺点的基础之上,提出Mach-Zehnder和Φ-OTDR联合光纤周界系统的总体设计方案并构建联合光纤周界系统的理论模型。根据机场周界对光纤周界系统的性能要求,完成联合光纤周界系统关键器件的选型及联合光纤周界系统的搭建。2.针对联合光纤周界系统中Φ-OTDR子系统信噪比过低的问题,研究了一种基于改进变分模态分解的去噪方法。采用联合光纤周界系统的实测信号进行实验验证,结果表明该方法能够有效去除噪声,与传统的经验模态分解-独立成分分析和模拟退火-变分模态分解方法相比,信噪...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光器实物图
中国民航大学硕士学位论文27表3.2激光器主要性能参数表（续）参数最小值最大值偏振消光比/dB22调制带宽/kHzDC100相对强度噪声dB/Hz-1403．光隔离器联合系统光源发出的探测光在光纤中传输时会产生后向散射光，若不对产生的后向散射光进行处理，使其进入到激光器中，会导致激光器输出不稳定，进一步影响联合系统的探测性能。因此本系统将保偏光隔离器安装在光源和探测光路之间，在保证激光器稳定输出的同时阻止产生的后向散射光对激光器性能的影响。光隔离器实物如图3-3所示，其具体参数如表3.3所示。图3-3光隔离器实物图表3.3光隔离器性能参数表参数指标中心波长/nm1550最小隔离度/dB45最大输入光功率/mW300最大偏振相关损耗/dB0.02最大插入损耗/dB0.53最大偏振色散模/ps≤0.054．光纤耦合器光纤耦合器在联合系统中主要作为光合束器和光分束器，以实现光纤中的光按照比例定向传输、相干干涉以及波分复用。由联合系统的理论模型可知，本系统选用1*N和
中国民航大学硕士学位论文29的影响[56]。光调制器的另一个性能参数脉冲宽度是系统探测空间分辨率的决定因素之一，系统空间分辨率1Z与注入光脉冲脉宽1T的关系表示为：1112ecZTn(3.3)其中，1c为真空中的光速；en为光纤折射率。若想联合系统达到5m的探测空间分辨率，需要50ns脉宽的脉冲光。综上所述，选用GOOCH&Housego公司T-M080-0.4C2J-3-F2S型的声光调制器作为本系统的光调制器，其实物图如图3-5所示，其性能参数如表3.5所示。图3-5声光调制器实物图表3.5声光调制器性能参数表参数最小值最大值中心波长/nm15301565输入功率/W1消光比/dB50调制脉宽/ns10峰值功率/kW1隔离度/dB2频移/MHz80偏振相关损耗/dB0.26．光纤放大器-OTDR子系统的探测光在经过光调制器、各个光纤连接器件和在光纤中进行传输时都会产生损耗，不仅会缩短联合系统的探测距离，还会导致后向瑞利散射探测光的光功率和信噪比过低。若通过增大光源的输出功率来达到增大探测光功率的目的，会导致
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进变分模态分解和SVM的断路器机械故障振动分析[J]. 田书,康智慧. 振动与冲击. 2019(23)
[2]基于FastICA的低信噪比雷达信号分选算法[J]. 王彬,高冰,谷沛尚,辛凤鸣. 东北大学学报(自然科学版). 2019(11)
[3]一种光时域反射仪实时信号去噪处理的新方法[J]. 周立,苗鹏. 工业控制计算机. 2019(09)
[4]基于LCD-MCKD的滚动轴承故障特征提取方法[J]. 宿磊,黄海润,李可,苏文胜. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(09)
[5]基于特征量优选与ICA-SVM的变压器故障诊断模型[J]. 田凤兰,张恩泽,潘思蓉,杭颖,任广为,范贤浩,张恒. 电力系统保护与控制. 2019(17)
[6]VMD参数优化及其在轴承故障特征提取中的应用[J]. 张栋良,李帅位,黄昕宇,陈璞. 北京理工大学学报. 2019(08)
[7]基于分布式光纤传感器的管道受弯变形监测试验研究[J]. 许滨华,何宁,何斌,李登华,吴帅. 仪器仪表学报. 2019(08)
[8]基于多种新技术的机场全区域安保集成应用系统[J]. 陈唯实,曹伟,李敬,黄亮,刘佳,余正宁. 民航学报. 2019(03)
[9]基于TSVD-SCN的光纤入侵信号识别算法研究[J]. 盛智勇,孙成斌,张远. 光电子·激光. 2019(05)
[10]ABC-VMD和包络谱分析在齿轮故障诊断中的应用[J]. 周旺平,王蓉,许沈榕. 机械传动. 2019(04)
博士论文
[1]双马赫—曾德型分布式光纤振动传感若干关键技术研究[D]. 陈沁楠.天津大学 2015
硕士论文
[1]基于EEMD-MWD的Φ-OTDR传感系统的定位方法研究[D]. 刘东扬.北京交通大学 2018
[2]布里渊—拉曼融合传感信号解耦技术研究[D]. 刘泽国.中国计量大学 2018
[3]FBG阵列与Φ-OTDR相结合的光纤振动传感器的关键技术研究[D]. 魏豪.电子科技大学 2017
[4]基于相位敏感型光时域反射计的分布式光纤声音传感研究[D]. 吴郁清.华南理工大学 2016
[5]Φ-OTDR偏振相关噪声及多点高频探测研究[D]. 徐业勉.南京大学 2016
[6]基于φ-OTDR与MZI复合的超长周界光纤预警系统研究[D]. 盛逐风.北京交通大学 2016
[7]双M-Z周界防护系统定位算法与模式识别技术研究[D]. 廖俊.西南交通大学 2015
[8]光纤周界安防入侵振动信号识别与定位方法研究[D]. 左冬森.合肥工业大学 2015
[9]在纤式Michelson干涉传感技术研究[D]. 孙晓康.重庆大学 2014
[10]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
本文编号：3580418
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光器实物图
中国民航大学硕士学位论文27表3.2激光器主要性能参数表（续）参数最小值最大值偏振消光比/dB22调制带宽/kHzDC100相对强度噪声dB/Hz-1403．光隔离器联合系统光源发出的探测光在光纤中传输时会产生后向散射光，若不对产生的后向散射光进行处理，使其进入到激光器中，会导致激光器输出不稳定，进一步影响联合系统的探测性能。因此本系统将保偏光隔离器安装在光源和探测光路之间，在保证激光器稳定输出的同时阻止产生的后向散射光对激光器性能的影响。光隔离器实物如图3-3所示，其具体参数如表3.3所示。图3-3光隔离器实物图表3.3光隔离器性能参数表参数指标中心波长/nm1550最小隔离度/dB45最大输入光功率/mW300最大偏振相关损耗/dB0.02最大插入损耗/dB0.53最大偏振色散模/ps≤0.054．光纤耦合器光纤耦合器在联合系统中主要作为光合束器和光分束器，以实现光纤中的光按照比例定向传输、相干干涉以及波分复用。由联合系统的理论模型可知，本系统选用1*N和
中国民航大学硕士学位论文29的影响[56]。光调制器的另一个性能参数脉冲宽度是系统探测空间分辨率的决定因素之一，系统空间分辨率1Z与注入光脉冲脉宽1T的关系表示为：1112ecZTn(3.3)其中，1c为真空中的光速；en为光纤折射率。若想联合系统达到5m的探测空间分辨率，需要50ns脉宽的脉冲光。综上所述，选用GOOCH&Housego公司T-M080-0.4C2J-3-F2S型的声光调制器作为本系统的光调制器，其实物图如图3-5所示，其性能参数如表3.5所示。图3-5声光调制器实物图表3.5声光调制器性能参数表参数最小值最大值中心波长/nm15301565输入功率/W1消光比/dB50调制脉宽/ns10峰值功率/kW1隔离度/dB2频移/MHz80偏振相关损耗/dB0.26．光纤放大器-OTDR子系统的探测光在经过光调制器、各个光纤连接器件和在光纤中进行传输时都会产生损耗，不仅会缩短联合系统的探测距离，还会导致后向瑞利散射探测光的光功率和信噪比过低。若通过增大光源的输出功率来达到增大探测光功率的目的，会导致
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进变分模态分解和SVM的断路器机械故障振动分析[J]. 田书,康智慧. 振动与冲击. 2019(23)
[2]基于FastICA的低信噪比雷达信号分选算法[J]. 王彬,高冰,谷沛尚,辛凤鸣. 东北大学学报(自然科学版). 2019(11)
[3]一种光时域反射仪实时信号去噪处理的新方法[J]. 周立,苗鹏. 工业控制计算机. 2019(09)
[4]基于LCD-MCKD的滚动轴承故障特征提取方法[J]. 宿磊,黄海润,李可,苏文胜. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(09)
[5]基于特征量优选与ICA-SVM的变压器故障诊断模型[J]. 田凤兰,张恩泽,潘思蓉,杭颖,任广为,范贤浩,张恒. 电力系统保护与控制. 2019(17)
[6]VMD参数优化及其在轴承故障特征提取中的应用[J]. 张栋良,李帅位,黄昕宇,陈璞. 北京理工大学学报. 2019(08)
[7]基于分布式光纤传感器的管道受弯变形监测试验研究[J]. 许滨华,何宁,何斌,李登华,吴帅. 仪器仪表学报. 2019(08)
[8]基于多种新技术的机场全区域安保集成应用系统[J]. 陈唯实,曹伟,李敬,黄亮,刘佳,余正宁. 民航学报. 2019(03)
[9]基于TSVD-SCN的光纤入侵信号识别算法研究[J]. 盛智勇,孙成斌,张远. 光电子·激光. 2019(05)
[10]ABC-VMD和包络谱分析在齿轮故障诊断中的应用[J]. 周旺平,王蓉,许沈榕. 机械传动. 2019(04)
博士论文
[1]双马赫—曾德型分布式光纤振动传感若干关键技术研究[D]. 陈沁楠.天津大学 2015
硕士论文
[1]基于EEMD-MWD的Φ-OTDR传感系统的定位方法研究[D]. 刘东扬.北京交通大学 2018
[2]布里渊—拉曼融合传感信号解耦技术研究[D]. 刘泽国.中国计量大学 2018
[3]FBG阵列与Φ-OTDR相结合的光纤振动传感器的关键技术研究[D]. 魏豪.电子科技大学 2017
[4]基于相位敏感型光时域反射计的分布式光纤声音传感研究[D]. 吴郁清.华南理工大学 2016
[5]Φ-OTDR偏振相关噪声及多点高频探测研究[D]. 徐业勉.南京大学 2016
[6]基于φ-OTDR与MZI复合的超长周界光纤预警系统研究[D]. 盛逐风.北京交通大学 2016
[7]双M-Z周界防护系统定位算法与模式识别技术研究[D]. 廖俊.西南交通大学 2015
[8]光纤周界安防入侵振动信号识别与定位方法研究[D]. 左冬森.合肥工业大学 2015
[9]在纤式Michelson干涉传感技术研究[D]. 孙晓康.重庆大学 2014
[10]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
本文编号：3580418
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