基于φ-OTDR的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)具有長(zhǎng)距離、抗干擾、連續(xù)感知外界信息、監(jiān)測(cè)并辨識(shí)入侵等性能,可廣泛應(yīng)用于周界安防、大型設(shè)施健康監(jiān)測(cè)、管道防護(hù)及線纜安全監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。本文在課題組φ-OTDR分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)工作積累的基礎(chǔ)上,根據(jù)工程應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際需求,研制高性能φ-OTDR分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)。首先,本文提出了分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)整體方案和信號(hào)處理子系統(tǒng)架構(gòu),針對(duì)信號(hào)高速采樣、處理和傳輸需求,設(shè)計(jì)了信號(hào)處理子系統(tǒng)硬件升級(jí)方案。針對(duì)光脈沖對(duì)定位精度、分辨率、靈敏度等指標(biāo)的影響,提出了檢索光脈沖寬度分時(shí)控制方法。針對(duì)大動(dòng)態(tài)范圍傳感的需求,提出了拉曼放大與信號(hào)自適應(yīng)增益均衡聯(lián)合調(diào)節(jié)方法。針對(duì)風(fēng)雨等惡劣因素造成的誤報(bào),提出了基于擾動(dòng)信號(hào)特征提取的振動(dòng)點(diǎn)定位算法。接著,設(shè)計(jì)了信號(hào)處理子系統(tǒng)硬件電路,包括光發(fā)送、接收模塊和FPGA信號(hào)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(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)并定制了250MHz主頻的FPGA信號(hào)采集與處理模塊,該模塊分別具有4個(gè)ADC和DAC端口、GPIO接口、PCIe x4 Gen2.... 

【文章來(lái)源】：東南大學(xué)江蘇省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：94 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(dòng)傳感系統(tǒng)原理與研究進(jìn)展
        1.1.1 系統(tǒng)原理與應(yīng)用
        1.1.2 研究進(jìn)展
    1.2 系統(tǒng)性能指標(biāo)與問(wèn)題分析
        1.2.1 系統(tǒng)主要性能指標(biāo)
        1.2.2 問(wèn)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(nèi)容
        1.3.3 論文組織結(jié)構(gòu)與章節(jié)安排
第二章 高性能φ-OTDR分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)技術(shù)方案
    2.1 分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
        2.1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.1.2 信號(hào)處理子系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)
    2.2 檢索光脈沖寬度分時(shí)控制方法
    2.3 拉曼放大與信號(hào)自適應(yīng)增益均衡聯(lián)合調(diào)節(jié)方法
        2.3.1 加入拉曼放大器的改進(jìn)光路
        2.3.2 自適應(yīng)增益均衡調(diào)節(jié)方法
    2.4 基于擾動(dòng)信號(hào)特征提取的振動(dòng)點(diǎn)定位算法
    2.5 本章小結(jié)
第三章 高性能φ-OTDR分布式光纖振動(dòng)傳感信號(hào)處理子系統(tǒng)研制
    3.1 光發(fā)送模塊設(shè)計(jì)
    3.2 光接收模塊設(shè)計(jì)
    3.3 FPGA信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)
        3.3.1 FPGA芯片選型
        3.3.2 外圍電路設(shè)計(jì)
        3.3.3 FPGA程序設(shè)計(jì)
    3.4 版圖設(shè)計(jì)與研制
    3.5 系統(tǒng)端機(jī)設(shè)計(jì)與研制
    3.6 本章小結(jié)
第四章 信號(hào)處理子系統(tǒng)測(cè)試分析
    4.1 各模塊功能驗(yàn)證與性能分析
        4.1.1 光發(fā)送模塊測(cè)試與分析
        4.1.2 光接收模塊測(cè)試與分析
        4.1.3 FPGA信號(hào)處理模塊測(cè)試與分析
    4.2 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析
        4.2.1 系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)搭建
        4.2.2 檢索光脈沖寬度分時(shí)控制方法分析
        4.2.3 拉曼放大與信號(hào)自適應(yīng)增益均衡聯(lián)合調(diào)節(jié)方法分析
        4.2.4 基于擾動(dòng)信號(hào)特征提取的定位算法分析
    4.3 本章小結(jié)
第五章 高性能φ-OTDR分布式光纖振動(dòng)傳感示范系統(tǒng)
    5.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
    5.2 現(xiàn)場(chǎng)光纜與端機(jī)布置
    5.3 系統(tǒng)測(cè)試與分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于分布式光纖傳感器的輸氣管道泄漏檢測(cè)方法[J]. 陳志剛,張來(lái)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(dòng)傳感機(jī)理及高性能工程系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 潘超.東南大學(xué) 2017
[2]分布式光纖傳感與信息處理技術(shù)的研究及應(yīng)用[D]. 孫琪真.華中科技大學(xué) 2008

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



本文編號(hào)：3630720