相位敏感光時(shí)域反射系統(tǒng)(Φ-OTDR)可實(shí)現(xiàn)光纖沿線多點(diǎn)擾動的分布式監(jiān)測,在重要場所的安防以及基礎(chǔ)設(shè)施破壞情況檢測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景與深遠(yuǎn)的社會意義,本文以提高Φ-OTDR系統(tǒng)性能及其對擾動信號識別的準(zhǔn)確率為目的,開展了相關(guān)研究工作。首先,基于Φ-OTDR系統(tǒng)的工作原理、數(shù)學(xué)模型及典型結(jié)構(gòu),提供了模塊選型依據(jù)及設(shè)計(jì)參考,為高性能的Φ-OTDR系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)提供必要條件;為解決由于聲光調(diào)制器驅(qū)動器脈沖斬波信號和頻率調(diào)制信號時(shí)鐘不同源問題,所引起的初始相位隨機(jī)抖動現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了時(shí)鐘同步控制模塊,提高了系統(tǒng)相位解調(diào)能力和擾動定位效率;為解決激光器頻率漂移以及溫度變化情況下聲光調(diào)制器晶體折射率變化所引起的頻率漂移,研制了一種基于雙重同源外差相干檢測的Φ-OTDR系統(tǒng),采用外差相干子系統(tǒng)對系統(tǒng)中的頻率漂移進(jìn)行跟隨,并產(chǎn)生用于混頻的本振參考信號,消除了解調(diào)結(jié)果中的雜散頻率,提高了系統(tǒng)的頻率解調(diào)準(zhǔn)確性和系統(tǒng)信噪比;在原有相位解調(diào)基礎(chǔ)上,采用時(shí)間域二次相位解卷繞,提高系統(tǒng)對擾動信號強(qiáng)度響應(yīng)的一致性;為實(shí)現(xiàn)非平穩(wěn)隨機(jī)擾動信號特征的準(zhǔn)確與快速提取,提出了基于MEEMD-Hilbert變換的非平穩(wěn)信號時(shí)-頻域分析方法,結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征訓(xùn)練與分類器,對擾動信號的識別正確率達(dá)到98.3%;最后,以橫琴綜合管廊為應(yīng)用實(shí)體,在提供Φ-OTDR系統(tǒng)實(shí)用化方法參考的同時(shí),對Φ-OTDR系統(tǒng)的性能進(jìn)行再次驗(yàn)證,應(yīng)用結(jié)果表明所研制的Φ-OTDR系統(tǒng)具備突出的擾動信號檢測與識別能力。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

圖 1.1 典型環(huán)形 Sagnac 光纖干涉型振動傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖基于 Sagnac 結(jié)構(gòu)的干涉儀在實(shí)際使用中需要傳感光纖的長度，增加了成本，降低了系統(tǒng)的靈活性，特別是在長距離遠(yuǎn)程圖 1.2 所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被提出，激光光源輸出的光被 50：50

圖 1.2 線形 Sagnac 光纖干涉型振動傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖法克服了原有環(huán)形結(jié)構(gòu)在光纖中心點(diǎn)振動檢測失效的限制，但檢測還是不夠敏感。而且上述基于 Sagnac 結(jié)構(gòu)的傳感器只能在的作用于傳感光纖上的擾動進(jìn)行定位，一旦多個(gè)擾動施加在傳

圖 1.3 典型 Mach-Zehnder 光纖干涉型振動傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖ch-Zehnder 干涉儀的基本結(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示，從激光器發(fā)出的光耦合器被分為兩路。外部振動施加于傳感臂，參考臂屏蔽于外使光纖長度和折射率發(fā)生變化，從而引起了傳感臂和參考臂之間

本文編號：2814725