【摘要】：相位敏感型光時域反射儀(Φ-OTDR)利用光脈沖在光纖中產(chǎn)生的瑞利散射效應(yīng)可實時感知光纖鏈路上每一點的微小擾動,是一種實現(xiàn)對外界信號傳感測量的光纖傳感技術(shù)。該技術(shù)在周界安防、地震波檢測、管道安全監(jiān)測等應(yīng)用領(lǐng)域具有非常突出的優(yōu)勢�；诠饫w傳感技術(shù)的聲音探測技術(shù)在水聲探測和環(huán)境聲音探測等方面具有重要應(yīng)用前景。分布式光纖傳感技術(shù)相對于點式傳感技術(shù)具有大容量的優(yōu)勢,目前應(yīng)用于聲音采集的分布式聲音探測技術(shù)由于信噪比和靈敏度達不到要求。因此,本文主要研究兩個方面,一是如何實現(xiàn)對聲音信號高靈敏度感知的特殊結(jié)構(gòu),使得分布式光纖聲音傳感系統(tǒng)能獲得好的聲音采集質(zhì)量;二是對分布式聲音傳感系統(tǒng)探測到的包含噪聲的聲音信號進行去噪處理,提高信號質(zhì)量。本文為分布式聲音傳感的實用化奠定了基礎(chǔ),主要工作如下:首先,為了實現(xiàn)多點分布式高靈敏度的聲音探測,首先需要研究一個可以實現(xiàn)高靈敏度探測聲音的特殊結(jié)構(gòu),因此本文設(shè)計了三種結(jié)構(gòu)的分布式聲音采集裝置。在ANSYS有限元平臺下對不同結(jié)構(gòu)的聲音采集裝置進行建模,通過在原點聲源處添加激勵大小為0.01 kg/N·m~3的聲源進行仿真,得到不同結(jié)構(gòu)下的聲壓分布圖和聲場分布云圖,根據(jù)三種結(jié)構(gòu)聲壓值得到聲壓分布曲線,分析聲壓分布曲線可知點聲源和圓柱結(jié)構(gòu)是最優(yōu)的仿真實驗裝置,后續(xù)實驗采用此仿真結(jié)構(gòu)裝置作為實驗裝置。其次,在LabVIEW平臺下完成了分布式聲音存儲程序以及多路聲音信號存儲程序的編寫,將聲音信號存儲成為離線wav文件,得到的離線文件可以進行聲音播放。然后介紹了聲音信號實時回放程序模塊設(shè)計流程,完成了聲音信號的實時回放程序設(shè)計。最后,基于仿真設(shè)計研究,搭建了分布式光纖聲音采集系統(tǒng)。以仿真結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),通過光纖聲音信號對比實驗進行選材,選擇亞克力材料作為實驗材料,緊套管光纖作為實驗光纖類型�；诖藢嶒炑b置下,將音響作為聲源,利用分布式聲音采集系統(tǒng)進行了單頻信號和歌曲信號的聲音信號采集實驗研究。然后通過Matlab平臺與LabVIEW平臺配合使用,使用Matlab讀取LabVIEW生成的聲音信號wav文件,然后使用小波去噪處理聲音歌曲片段,經(jīng)過處理后信噪比提高了26.83 dB,回放了清晰的聲音信號,驗證了聲音采集裝置和去噪方法的有效性。
【圖文】：

在上一章緒論部分對分布式光纖聲波傳感技術(shù)做了簡單的概述，進一步對于Φ-OTDR 的研究背景與現(xiàn)狀做了重點介紹，本章將詳細(xì)介紹分布式聲波傳感技術(shù)的基礎(chǔ)理論及 Φ-OTDR 系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)，隨后介紹了分布式光纖傳感系統(tǒng)中的噪聲。2.1 分布式聲音采集系統(tǒng)理論基礎(chǔ)2.1.1 光纖中的瑞利散射機制當(dāng)光纖處于熔融狀態(tài)時，在纖維拉伸階段中將二氧化硅從熔融狀態(tài)冷卻到固態(tài)，材料冷卻的密度可能發(fā)生不均勻分布，會導(dǎo)致光在光纖中傳播時發(fā)生散射，這種散射被叫做為瑞利散射[27]，瑞利散射已成為單模光纖的主要損耗機制。圖 2-1 所示表示光纖中的瑞利散射，瑞利散射光在光纖中是一種彈性散射，分布于各個方向，散射頻率也沒有因為散射發(fā)生變化[28]，和入射光傳輸方向相反的散射光被稱為反向瑞利散射。瑞利散射光強與入射光波長和散射角相關(guān)。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文[29]，基于反向瑞利散射進行傳感，入射光先經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)制成為脈沖光[30]，，脈沖光在光纖中傳播期間，反向散射的瑞利散射光通過環(huán)形器進行傳播[31]，然后把調(diào)制后的脈沖光經(jīng)過光放大器 EDFA 進行放大[32]，放大之后的脈沖光經(jīng)過耦合器的耦合進入傳感光纖[33]。如果傳感光纖中存在振動或者其他干擾時，可以根據(jù)振動或者干擾引發(fā)的光信號變化[34]得到發(fā)生振動的位置和頻率[35]。如圖 2-2 所示是 Φ-OTDR 系統(tǒng)構(gòu)成的分布式光纖聲音采集系統(tǒng)，考慮單空間點信號由于測量范圍有限，解調(diào)的單點聲音信號信噪比達不到回放要求，分布式光纖傳感技術(shù)相對于點式傳感技術(shù)具有大容量的優(yōu)勢，該分布式聲音采集系統(tǒng)可以進行多點分布式測量聲音信號，分布式光纖聲波傳感可以對單空間點信號進行信號積分，使信號增強。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN912.3;TN253

【參考文獻】

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本文編號：2709085