本文關(guān)鍵詞：光頻域反射儀的平衡混頻式偏振分集光外差相干接收技術(shù)研究

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【摘要】：高精度的分布式光纖測(cè)量技術(shù)因其獨(dú)特的分布參量分析能力和顯著的距離分辨能力,隨著器件生產(chǎn)工藝及相關(guān)測(cè)量技術(shù)的成熟,近年來(lái)引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。作為一種極其重要的測(cè)量和分析手段,它可被廣泛用于光纖鏈路的故障檢測(cè),橋梁、大壩、輸油管道、電力線路等大尺度構(gòu)件的健康狀況監(jiān)測(cè),以及礦井、隧道、樓房等的塌方預(yù)警。光時(shí)域反射(Optical Time Domain Reflectometry,OTDR)和光頻域反射(Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR)是分布式光纖后向散射測(cè)量技術(shù)中最具代表性的也是應(yīng)用廣泛的兩種技術(shù)。本世紀(jì)以來(lái),隨著新型應(yīng)用需求的出現(xiàn),相關(guān)器件的不斷完善和關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展,極大地促進(jìn)了OTDR、OFDR技術(shù)的發(fā)展及其產(chǎn)品化進(jìn)程。相比較OTDR,OFDR具有更高的信噪比(SNR)、空間分辨率和靈敏度,能滿足現(xiàn)代更加苛刻的測(cè)試要求。2006年,美國(guó)Luna Technologies公司推出了全球首款OFDR產(chǎn)品,可支持距離范圍2公里、分辨率3毫米的測(cè)量,但其售價(jià)昂貴,很難廣泛的使用。我國(guó)在OFDR儀器方面仍屬于空白,完全依賴于進(jìn)口。為了適應(yīng)上述的分布式測(cè)量需求,我們需要對(duì)現(xiàn)有的OFDR技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善,提升其性能。本文深入研究、分析了OFDR的理論和關(guān)鍵技術(shù),建立了OFDR系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型。重點(diǎn)針對(duì)OFDR系統(tǒng)接收機(jī)中存在的本振光強(qiáng)度噪聲、交叉調(diào)制、偏振衰落問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)性能的影響,進(jìn)行了深入地理論分析,并闡述了平衡接收、外差檢測(cè)、偏振分集接收等解決方案,為設(shè)計(jì)OFDR系統(tǒng)接收機(jī)做了理論驗(yàn)證。論文進(jìn)一步設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了OFDR系統(tǒng)的平衡混頻式偏振分集光外差接收機(jī),對(duì)平衡接收機(jī)的模擬前端涉及的光電流放大,寬帶濾波,低通濾波,相干解調(diào)進(jìn)行了詳細(xì)分析。最后結(jié)合本文設(shè)計(jì)的接收機(jī)方案,本文實(shí)現(xiàn)了基于DFB激光器的OFDR系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了范圍2公里、分辨率3毫米的測(cè)量。
【關(guān)鍵詞】：光頻域反射儀 偏振分集 平衡接收機(jī) 外差檢測(cè)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 分布式光纖傳感測(cè)量技術(shù)概述9-10
• 1.1.2 光頻域反射儀概述10
• 1.1.3 光頻域反射儀技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.1.4 相干探測(cè)技術(shù)11-12
• 1.2 本文的研究工作12-15
• 第二章 光頻域反射系統(tǒng)分析15-27
• 2.1 OFDR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理15-17
• 2.2 OFDR系統(tǒng)主要性能指標(biāo)17-23
• 2.2.1 相位噪聲18-21
• 2.2.2 掃頻范圍有限21
• 2.2.3 掃頻非線性21-23
• 2.2.4 接收機(jī)噪聲23
• 2.3 OFDR系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論23-26
• 2.3.1 激光器方案討論23-24
• 2.3.2 掃頻非掃頻抑制24-26
• 2.3.3 接收機(jī)方案討論26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 OFDR系統(tǒng)的接收機(jī)分析27-39
• 3.1 光外差相干檢測(cè)27-32
• 3.1.1 非相干與相干檢測(cè)27-29
• 3.1.2 零差檢測(cè)與外差檢測(cè)29-30
• 3.1.3 交叉干涉30-32
• 3.2 偏振衰落與偏振分集接收32-35
• 3.2.1 偏振衰落分析32-33
• 3.2.2 偏振分集接收33-35
• 3.3 平衡接收分析35-38
• 3.3.1 強(qiáng)度噪聲35-36
• 3.3.2 平衡接收機(jī)36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第四章 平衡混頻式偏振分集光外差接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)39-53
• 4.1 光頻域反射儀接收機(jī)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案39-40
• 4.2 接收機(jī)光路部分設(shè)計(jì)40-44
• 4.2.1 45°熔接點(diǎn)40-41
• 4.2.2 聲光調(diào)制器41-42
• 4.2.3 平衡光電探測(cè)器42-44
• 4.3 接收機(jī)電路部分設(shè)計(jì)44-52
• 4.3.1 聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)44-47
• 4.3.2 接收機(jī)模擬前端設(shè)計(jì)47-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 OFDR接收機(jī)系統(tǒng)測(cè)試53-59
• 5.1 電路測(cè)試53-56
• 5.1.1 聲光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)輸出測(cè)試53-54
• 5.1.2 本地解調(diào)信號(hào)輸出測(cè)試54
• 5.1.3 相干解調(diào)電路測(cè)試54-56
• 5.2 光頻域反射儀系統(tǒng)測(cè)試56-58
• 5.3 本章小結(jié)58-59
• 第六章 全文總結(jié)59-61
• 6.1 主要結(jié)論59-60
• 6.2 研究展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 附錄一 符號(hào)與標(biāo)記65-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文66-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目67-68
• 致謝68-70

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