相位敏感光時域反射系統(tǒng)(Φ-OTDR)可實現(xiàn)光纖沿線多點擾動的分布式監(jiān)測,在重要場所的安防以及基礎設施破壞情況檢測等領域具有廣闊的應用前景與深遠的社會意義,本文以提高Φ-OTDR系統(tǒng)性能及其對擾動信號識別的準確率為目的,開展了相關研究工作。首先,基于Φ-OTDR系統(tǒng)的工作原理、數(shù)學模型及典型結構,提供了模塊選型依據(jù)及設計參考,為高性能的Φ-OTDR系統(tǒng)功能的實現(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)制信號時鐘不同源問題,所引起的初始相位隨機抖動現(xiàn)象,設計了時鐘同步控制模塊,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)結果中的雜散頻率,提高了系統(tǒng)的頻率解調(diào)準確性和系統(tǒng)信噪比;在原有相位解調(diào)基礎上,采用時間域二次相位解卷繞,提高系統(tǒng)對擾動信號強度響應的一致性;為實現(xiàn)非平穩(wěn)隨機擾動信號特征的準確與快速提取,提出了基于MEEMD-Hilbert變換的非平穩(wěn)信號時-頻域分析方法,結合BP神經(jīng)網(wǎng)絡特征訓練與分類器,對擾動信號的識別正確率達到98.3%;最后,以橫琴綜合管廊為應用實體,在提供Φ-OTDR系統(tǒng)實用化方法參考的同時,對Φ-OTDR系統(tǒng)的性能進行再次驗證,應用結果表明所研制的Φ-OTDR系統(tǒng)具備突出的擾動信號檢測與識別能力。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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)結構圖基于 Sagnac 結構的干涉儀在實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，特別是在長距離遠程圖 1.2 所示的系統(tǒng)結構被提出，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)結構圖法克服了原有環(huán)形結構在光纖中心點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 結構的傳感器只能在的作用于傳感光纖上的擾動進行定位，一旦多個擾動施加在傳

圖 1.3 典型 Mach-Zehnder 光纖干涉型振動傳感系統(tǒng)結構圖ch-Zehnder 干涉儀的基本結構如圖 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