發(fā)布時(shí)間：2020-03-23 04:50

【摘要】：由于光纖傳感技術(shù)具有抗電磁干擾、防腐蝕和長(zhǎng)距離傳輸?shù)戎T多優(yōu)點(diǎn),在國(guó)防、軍事、工業(yè)、交通、醫(yī)藥、教育、家庭等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室基于布里淵散射光時(shí)域反射原理研發(fā)了光纖傳感系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠同時(shí)測(cè)量溫度和應(yīng)變等物理信息,但在將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)控傳輸時(shí),需要相應(yīng)的軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)交互控制。本文以Python(x,y)為主要開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)研發(fā)了一個(gè)分布式光纖傳感器人機(jī)交互軟件平臺(tái)來服務(wù)于實(shí)驗(yàn)室的分布式光纖傳感系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的人機(jī)交互軟件主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖傳感系統(tǒng)采集參數(shù)的設(shè)置及數(shù)據(jù)采集,對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算后獲取光纖上的溫度和應(yīng)變信息,并將采集和處理后得到的結(jié)果(原始數(shù)據(jù)、溫度變化、應(yīng)變變化)通過交互界面進(jìn)行顯示。本文設(shè)計(jì)了功能菜單模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)采集參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)采集的控制,數(shù)據(jù)處理模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的計(jì)算處理,數(shù)據(jù)庫(kù)模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢,圖像處理模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)界面顯示的圖像的保存、放大、縮小、設(shè)置坐標(biāo)軸范圍和三維圖像觀察角度等圖形處理操作,網(wǎng)管模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中的參數(shù)信息的設(shè)置和查詢�；谧园l(fā)布里淵散射的布里淵光時(shí)域反射計(jì)(BOTDR)技術(shù)既可以檢測(cè)溫度也能實(shí)現(xiàn)應(yīng)變傳感,但因?yàn)槭芄饫w固有衰減的影響限制了傳感距離。為克服這一缺點(diǎn),基于受激布里淵散射的布里淵時(shí)域分析技術(shù)(BOTDA)通過引入反向傳輸?shù)倪B續(xù)探測(cè)光,可與正向傳輸?shù)拿}沖進(jìn)行受激布里淵作用,從而可增強(qiáng)布里淵散射效率,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。為了提升傳感距離可以采用提升入射光功率的方法,但是由于光纖的非線性效應(yīng)其功率上限一般不超過5 dBm,采用FSK調(diào)制技術(shù)可以提高探測(cè)光功率,盡可能地提高布里淵閾值,但FSK信號(hào)和閾值的關(guān)系還未有人研究。所以,本文推導(dǎo)出了基于n-FSK調(diào)制的自發(fā)布里淵散射閾值估算模型,并深入研究n-FSK調(diào)制信號(hào)的周期、n值、掃頻范圍和自發(fā)布里淵散射閾值的關(guān)系。根據(jù)閾值估算公式可計(jì)算出不同n-FSK調(diào)制信號(hào)下的布里淵閾值,本文計(jì)算了當(dāng)調(diào)制信號(hào)分別為2-FSK、10-FSK和40-FSK時(shí),自發(fā)布里淵散射閾值可分別達(dá)到10 dBm,17 dBm和20 dBm。最后論文通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了當(dāng)調(diào)制信號(hào)為2-FSK時(shí),實(shí)際閡值與用閡值估算模型計(jì)算出的閾值在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)是一致的,從而驗(yàn)證了閡值估算模型的正確性。這一研究為后續(xù)采用FSK調(diào)制技術(shù)的布里淵光時(shí)域分析系統(tǒng)中確定探測(cè)光功率和設(shè)計(jì)n-FSK調(diào)制信號(hào)的周期、n值和掃頻范圍提供了一種依據(jù)。
【圖文】：

邐北京郵電大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文的光纖傳感技術(shù)可以在同一時(shí)間傳輸信號(hào)和感知信號(hào)，與傳統(tǒng)的點(diǎn)式光纖傳相比，實(shí)現(xiàn)真正意義上的分布式測(cè)量。分布式光纖傳感可以對(duì)光纖上成千上測(cè)量點(diǎn)的溫度和應(yīng)變信息進(jìn)行測(cè)量，這是其它傳感技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。目布式光纖傳感技術(shù)主要分為以下三種：基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)［基于布里淵散射的布里淵時(shí)域分析傳感技術(shù)［４，５］和基于拉曼散射的分布式光感技術(shù)［６］。其中，基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)的傳感點(diǎn)數(shù)己經(jīng)一百萬「１，在長(zhǎng)距離傳感方面更具優(yōu)勢(shì)。逡逑（１）基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)逡逑探測(cè)脈沖逡逑

為拉曼頻移。逡逑基于拉曼散射原理的拉曼光纖傳感技術(shù)（Ｒａｍａｎ邋Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｔｉｍｅ邋Ｄｏｍａｉｎ逡逑Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ，邋ＲＯＴＤＲｆｌ的結(jié)構(gòu)圖如圖１－２所示，根據(jù)反斯托克斯光和斯托克斯逡逑光比值可獲得光纖中各個(gè)位置上的溫度。逡逑探測(cè)脈沖逡逑＿＿，邋ＪＬ邐定向耦合器邐傳感光纖逡逑激光器邋￣邐（＾ｉ）邋＿＿邐邐邐逡逑邐邐邐邐丨丨邋■邋？一逡逑／逡逑ｉ逡逑波分復(fù)用器逡逑斯托克斯光邐＾反斯托克斯光逡逑信號(hào)處理逡逑圖１－２Ｒ０ＴＤＲ結(jié)構(gòu)圖。逡逑（３）基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)逡逑探測(cè)脈沖逡逑＿＿ＪＸ邋定向耦合器邐傳感光纖逡逑激光器邋￣邐（ｒ＾）邐１邐逡逑／逡逑ｉ逡逑濾波器逡逑斯托克斯光／逡逑反斯托克斯光逡逑信號(hào)處理逡逑圖１－３Ｂ０ＴＤＲ結(jié)構(gòu)圖。逡逑布里淵散射是入射到光纖中的光波與光纖中介質(zhì)中的聲波相互作用，，光纖中逡逑的光學(xué)聲子和光學(xué)光子發(fā)生非彈性碰撞而產(chǎn)生的。我們定義發(fā)生布里淵散射時(shí)的逡逑散射光頻率與入射光的頻率差值為布里淵頻移。利用布里淵散射性質(zhì)的布里淵散逡逑射分布式光纖傳感（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｔｉｍｅ邋ｄｏｍａｉｎ邋ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ，ＢＯＴＤＲ）技術(shù)［１０］逡逑的結(jié)構(gòu)圖如圖１－３所示�；诓祭餃Y散射的光纖傳感技術(shù)是在傳統(tǒng)的光時(shí)域反射逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212;TP311.52

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本文編號(hào)：2596213