基于φ-OTDR的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)具有長距離、抗干擾、連續(xù)感知外界信息、監(jiān)測并辨識入侵等性能,可廣泛應用于周界安防、大型設施健康監(jiān)測、管道防護及線纜安全監(jiān)測等領域。本文在課題組φ-OTDR分布式光纖振動傳感系統(tǒng)工作積累的基礎上,根據工程應用系統(tǒng)的實際需求,研制高性能φ-OTDR分布式光纖振動傳感系統(tǒng)。首先,本文提出了分布式光纖振動傳感系統(tǒng)整體方案和信號處理子系統(tǒng)架構,針對信號高速采樣、處理和傳輸需求,設計了信號處理子系統(tǒng)硬件升級方案。針對光脈沖對定位精度、分辨率、靈敏度等指標的影響,提出了檢索光脈沖寬度分時控制方法。針對大動態(tài)范圍傳感的需求,提出了拉曼放大與信號自適應增益均衡聯合調節(jié)方法。針對風雨等惡劣因素造成的誤報,提出了基于擾動信號特征提取的振動點定位算法。接著,設計了信號處理子系統(tǒng)硬件電路,包括光發(fā)送、接收模塊和FPGA信號處理模塊,分析并確定了各功能模塊的芯片選型和原理圖設計。研制了高穩(wěn)定性、高靈敏度的光收發(fā)模塊,靈敏度約為-50dBm。設計并定制了250MHz主頻的FPGA信號采集與處理模塊,該模塊分別具有4個ADC和DAC端口、GPIO接口、PCIe x4 Gen2.... 

【文章來源】：東南大學江蘇省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數】：94 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 基于φ-OTDR的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)原理與研究進展
        1.1.1 系統(tǒng)原理與應用
        1.1.2 研究進展
    1.2 系統(tǒng)性能指標與問題分析
        1.2.1 系統(tǒng)主要性能指標
        1.2.2 問題與分析
    1.3 論文主要工作及章節(jié)安排
        1.3.1 論文研究意義
        1.3.2 論文主要工作內容
        1.3.3 論文組織結構與章節(jié)安排
第二章 高性能φ-OTDR分布式光纖振動傳感系統(tǒng)技術方案
    2.1 分布式光纖振動傳感系統(tǒng)總體設計方案
        2.1.1 系統(tǒng)整體架構設計
        2.1.2 信號處理子系統(tǒng)框架設計
    2.2 檢索光脈沖寬度分時控制方法
    2.3 拉曼放大與信號自適應增益均衡聯合調節(jié)方法
        2.3.1 加入拉曼放大器的改進光路
        2.3.2 自適應增益均衡調節(jié)方法
    2.4 基于擾動信號特征提取的振動點定位算法
    2.5 本章小結
第三章 高性能φ-OTDR分布式光纖振動傳感信號處理子系統(tǒng)研制
    3.1 光發(fā)送模塊設計
    3.2 光接收模塊設計
    3.3 FPGA信號處理模塊設計
        3.3.1 FPGA芯片選型
        3.3.2 外圍電路設計
        3.3.3 FPGA程序設計
    3.4 版圖設計與研制
    3.5 系統(tǒng)端機設計與研制
    3.6 本章小結
第四章 信號處理子系統(tǒng)測試分析
    4.1 各模塊功能驗證與性能分析
        4.1.1 光發(fā)送模塊測試與分析
        4.1.2 光接收模塊測試與分析
        4.1.3 FPGA信號處理模塊測試與分析
    4.2 系統(tǒng)測試與結果分析
        4.2.1 系統(tǒng)測試平臺搭建
        4.2.2 檢索光脈沖寬度分時控制方法分析
        4.2.3 拉曼放大與信號自適應增益均衡聯合調節(jié)方法分析
        4.2.4 基于擾動信號特征提取的定位算法分析
    4.3 本章小結
第五章 高性能φ-OTDR分布式光纖振動傳感示范系統(tǒng)
    5.1 系統(tǒng)方案設計
    5.2 現場光纜與端機布置
    5.3 系統(tǒng)測試與分析
    5.4 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于分布式光纖傳感器的輸氣管道泄漏檢測方法[J]. 陳志剛,張來斌,王朝暉,梁偉.  傳感器與微系統(tǒng). 2007(07)

博士論文
[1]全光纖振動傳感機理及高性能工程系統(tǒng)關鍵技術研究[D]. 潘超.東南大學 2017
[2]分布式光纖傳感與信息處理技術的研究及應用[D]. 孫琪真.華中科技大學 2008

碩士論文
[1]φ-OTDR型光纖振動傳感系統(tǒng)綜合信號處理技術研究[D]. 葉紅亮.東南大學 2015



本文編號：3630720