發(fā)布時(shí)間：2020-11-06 19:47

　　 光纖傳感是傳感領(lǐng)域中安全性高、可靠性強(qiáng)、可規(guī)�；瘧�(yīng)用的新型安全監(jiān)測(cè)技術(shù)。其中雙M-Z長(zhǎng)距離分布式光纖定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用在油氣管道、智能安防等領(lǐng)域。但隨著光纖傳感在實(shí)際系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,光纖定位精度及響應(yīng)速度等性能指標(biāo)與日益嚴(yán)苛的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及實(shí)際需求的矛盾愈發(fā)突出,主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:其一,定位算法的實(shí)時(shí)性與復(fù)雜運(yùn)算量對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性具有嚴(yán)重挑戰(zhàn);其二,基于雙M-Z的光纖傳感系統(tǒng)的隨機(jī)偏振衰弱問(wèn)題會(huì)造成信號(hào)相關(guān)性變?nèi)?進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)定位不準(zhǔn)確。針對(duì)上述問(wèn)題本論文的研究工作將從以下三個(gè)方面展開研究:(1)提出了一種基于多均值周期的分布式光纖傳感定位方法�？紤]到實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互與處理特性,本論文提出的基于多均值周期的分布式光纖傳感定位方法能顯著降低涉及入侵定位的互相關(guān)算法的運(yùn)算次數(shù),相較于傳統(tǒng)的定位算法的運(yùn)算量得到了明顯的降低,提高了系統(tǒng)的定位算法的快速性。(2)提出了偏振態(tài)實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。首先針對(duì)雙M-Z光纖傳感系統(tǒng)中的偏振衰弱問(wèn)題,定時(shí)調(diào)制光源模擬產(chǎn)生擾動(dòng),同時(shí)將雙路光強(qiáng)信號(hào)作為偏振反饋輸入量,并基于偏振控制尋優(yōu)算法,利用電動(dòng)偏振控制器產(chǎn)生四路壓電陶瓷輸出信號(hào)來(lái)擠壓光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)光纖偏振態(tài)的定時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié);其次,針對(duì)偏振控制快速尋優(yōu)算法問(wèn)題,利用基于模擬退火的粒子群優(yōu)化的偏振態(tài)搜索算法,實(shí)現(xiàn)了快速尋優(yōu)與偏振態(tài)恢復(fù)控制;最后,進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試,相關(guān)測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。(3)設(shè)計(jì)了基于PCI-Express接口的高速采集卡。考慮到雙路信號(hào)快速實(shí)時(shí)采集問(wèn)題,提高系統(tǒng)定位精度以及解決偏振控制器的延時(shí)問(wèn)題,利用FPGA開發(fā)技術(shù)設(shè)計(jì)了基于PCI-Express接口的高速采集卡,將前級(jí)數(shù)字信號(hào)處理以及對(duì)于實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)苛的數(shù)據(jù)運(yùn)算定制化到自制的板卡中,相關(guān)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了板卡數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性和可靠性。本論文的工作有利于提高基于雙M-Z的光纖傳感長(zhǎng)距離定位系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中的定位精度與可靠性,對(duì)于現(xiàn)有以及未來(lái)的長(zhǎng)距離定位系統(tǒng)具有一定的技術(shù)參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP212
【部分圖文】：

離分布式光纖傳感定位系統(tǒng)的研究方面，早期主要是應(yīng)用光時(shí)域反射??Ｒ），這種技術(shù)并不能夠感測(cè)到光相位的變化，在此基礎(chǔ)上，又提出了??時(shí)域反射技術(shù)［３］。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高以及相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)的發(fā)??現(xiàn)ＯＴＤＲ在應(yīng)用過(guò)程中不適合長(zhǎng)距離分布式光纖傳感。隨后又提出了??涉原理的分布式光纖傳感系統(tǒng)，這種方案在應(yīng)用過(guò)程中具有很高的靈??精度可以達(dá)到很高，在入侵?jǐn)_動(dòng)方面的實(shí)時(shí)性較好，可以進(jìn)行快速的??些干涉型光纖傳感技術(shù)中雙Ｍ－Ｚ千涉儀在其中取得了廣泛的應(yīng)用。光??作為一種新型的傳感技術(shù)，近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)的專家與研??投入了大量的精力去研宄，其中光纖本身的制造工藝在發(fā)展過(guò)程中逐??整個(gè)行業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。??光纖傳感器的傳感原理是通過(guò)外界的擾動(dòng)對(duì)光纖中光波的相位產(chǎn)生影??測(cè)光的相位變化來(lái)獲得兩路光的光程差［２］，計(jì)算擾動(dòng)位置。常用的長(zhǎng)距??位技術(shù)的光路結(jié)構(gòu)主要分為以下幾種：??Ｓａｇｎａｃ干涉儀??

?Ｄ２??圖１－２雙Ｓａｇｎａｃ干涉儀傳感器結(jié)構(gòu)圖??Ｆｉｇ．?１?－２?Ｄｕａｌ?ｓａｇｎａｃ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ?ｓｅｎｓｏｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??如圖１－２所示，雙Ｓａｇｎａｃ干涉儀采用了兩個(gè)激光源Ｍｌ、Ｍ２，其中Ｎｌ、Ｎ２、??Ｎ３、Ｎ４是復(fù)用器，共同構(gòu)成了兩個(gè)互相獨(dú)立的不同波長(zhǎng)的干涉儀。??實(shí)現(xiàn)定位的方法在于計(jì)算兩個(gè)輸出之間的信號(hào)比值，這種定位方法比較簡(jiǎn)單，??但是缺點(diǎn)在于其中的傳感光纖的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于另一段延遲光纖。所以在實(shí)際的系統(tǒng)??中受到了限制，而且其需要屏蔽光纖，在技術(shù)上需要的條件過(guò)于復(fù)雜。??（３?）雙?Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ?干涉儀??傳統(tǒng)的單Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉儀結(jié)構(gòu)是兩個(gè)串聯(lián)的光纖稱合器，激光源從源頭??輸入經(jīng)過(guò)１：１光耦合器分成了兩束光，兩束光的光強(qiáng)相等，其分別經(jīng)過(guò)傳感光纜和??參考光纜之后在光路的另一端進(jìn)行干涉，將光的相位信息轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)信息。光探??測(cè)器經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)

圖１－２雙Ｓａｇｎａｃ干涉儀傳感器結(jié)構(gòu)圖??Ｆｉｇ．?１?－２?Ｄｕａｌ?ｓａｇｎａｃ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ?ｓｅｎｓｏｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??如圖１－２所示，雙Ｓａｇｎａｃ干涉儀采用了兩個(gè)激光源Ｍｌ、Ｍ２，其中Ｎｌ、Ｎ２、??Ｎ３、Ｎ４是復(fù)用器，共同構(gòu)成了兩個(gè)互相獨(dú)立的不同波長(zhǎng)的干涉儀。??實(shí)現(xiàn)定位的方法在于計(jì)算兩個(gè)輸出之間的信號(hào)比值，這種定位方法比較簡(jiǎn)單，??但是缺點(diǎn)在于其中的傳感光纖的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于另一段延遲光纖。所以在實(shí)際的系統(tǒng)??中受到了限制，而且其需要屏蔽光纖，在技術(shù)上需要的條件過(guò)于復(fù)雜。??（３?）雙?Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ?干涉儀??傳統(tǒng)的單Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉儀結(jié)構(gòu)是兩個(gè)串聯(lián)的光纖稱合器，激光源從源頭??輸入經(jīng)過(guò)１：１光耦合器分成了兩束光，兩束光的光強(qiáng)相等，其分別經(jīng)過(guò)傳感光纜和??參考光纜之后在光路的另一端進(jìn)行干涉，將光的相位信息轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)信息。光探??測(cè)器經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，之后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理得到入侵信息，??然后進(jìn)行預(yù)警。這種結(jié)構(gòu)其對(duì)入侵信號(hào)敏感
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2873585