相位敏感光時(shí)域反射儀（phase sensitive optical time domain reflectometry,Φ-OTDR）根據(jù)傳感原理可分為直接探測型與相位提取型。直接探測型Φ-OTDR以瑞利信號強(qiáng)度為探測對象,由于瑞利信號強(qiáng)度變化與振動(dòng)信號幅度變化存在非線性關(guān)系,導(dǎo)致系統(tǒng)無法真實(shí)還原振動(dòng)信號信息。相位提取型Φ-OTDR通過探測瑞利信號相位變化實(shí)現(xiàn)振動(dòng)探測,瑞利信號相位變化幅度與振動(dòng)信號幅度變化成正比,故相位提取型Φ-OTDR更受到人們的青睞。相位提取型Φ-OTDR采用窄線寬光源,在具備極高振動(dòng)探測靈敏度的同時(shí)也引入相干衰落噪聲。相干衰落噪聲不僅惡化系統(tǒng)振動(dòng)探測信噪比,還可能導(dǎo)致探測故障。本論文針對相干衰落噪聲對分布式振動(dòng)探測的影響,開展相干衰落噪聲抑制技術(shù)研究。論文主要研究內(nèi)容包括:首先,搭建相位提取型Φ-OTDR,實(shí)現(xiàn)分布式振動(dòng)測量;其次,改進(jìn)用于描述瑞利信號強(qiáng)度的一維脈沖模型,并基于模型對瑞利信號強(qiáng)度的波長相關(guān)性開展研究,提出基于多波長光脈沖與基于光源強(qiáng)度調(diào)制的相位提取型Φ-OTDR兩套相干衰落噪聲抑制技術(shù);最后,利用瑞利信號強(qiáng)度的偏振相關(guān)性,提出基于正交偏振光脈沖... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.2分布式振動(dòng)測量系統(tǒng)原理圖[5]

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第13頁第二章相位提取型-OTDR分布式振動(dòng)測量技術(shù)研究-OTDR按照信號處理方式可分為直接探測型與相位提取型。直接探測型-OTDR以瑞利信號強(qiáng)度為探測對象，瑞利信號強(qiáng)度變化幅度與外界振動(dòng)信號變化幅度存在非線性關(guān)系[13]，且直接探測型-OTDR對微弱振動(dòng)信號探測靈敏度較低。相位提取型-OTDR結(jié)合信號調(diào)制解調(diào)技術(shù)克服了直接探測型-OTDR的上述缺點(diǎn)，成為時(shí)下傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本章基于一維脈沖干涉模型對相位提取型-OTDR的傳感機(jī)理展開理論分析，同時(shí)對本課題采用的PGC算法進(jìn)行扼要介紹。在分析影響相位提取型-OTDR實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的多個(gè)因素的基礎(chǔ)上，搭建基于PGC算法的相位提取型-OTDR，進(jìn)行分布式振動(dòng)探測實(shí)驗(yàn)，以檢測該系統(tǒng)分布式振動(dòng)探測性能。討論相干衰落噪聲對相位提取型-OTDR振動(dòng)探測信噪比的影響，為進(jìn)一步研究相位提取型-OTDR相干衰落噪聲抑制技術(shù)奠定理論與實(shí)驗(yàn)基矗2.1相位提取型-OTDR基本工作原理相位提取型-OTDR采用kHz量級的窄線寬激光器作為探測光源，所產(chǎn)生的后向瑞利散射光相干長度長達(dá)數(shù)十千米[33-35]。由于瑞利散射光具有高相干度，在探測脈沖覆蓋光纖區(qū)域內(nèi)數(shù)量龐大的瑞利散射點(diǎn)產(chǎn)生的瑞利散射光發(fā)生多光束干涉，其干涉信號即作為相位提取型-OTDR振動(dòng)信號傳播載體的瑞利信號[36-42]。以下基于一維脈沖模型對相位提取型-OTDR傳感機(jī)理進(jìn)行介紹。圖2.1-OTDR傳感模型示意圖如圖2.1所示，脈沖寬度為W、峰值功率相等、距離相差2L的探測脈沖10E與20E經(jīng)環(huán)形器(Circulator,CIR)注入傳感光纖。探測脈沖的電場形式分別為002100jtzEAe(2.1)

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第15頁2.2PGC相位解調(diào)原理為從瑞利信號中提取振動(dòng)相位信息，本論文采用PGC算法。PGC算法具有動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，在光纖干涉型探測系統(tǒng)中，PGC算法的運(yùn)用還可以解決初始相位漂移帶來的噪聲[45][46]。以下基于一維脈沖干涉模型，對基于PGC算法的-OTDR工作原理進(jìn)行介紹。圖2.2基于PGC算法的-OTDR原理示意圖如圖2.2所示，探測脈沖經(jīng)50:50耦合器(Opticalcoupler,OC)注入臂長差為L的邁克遜干涉儀(Michelsoninterferometer,MI)，進(jìn)入長臂一側(cè)的探測脈沖由壓電陶瓷環(huán)(Piezoelectrictransducer,PZT)施加頻率為f0的正弦相位調(diào)制。干涉儀輸出為一對峰值功率、脈寬相等，距離相距2L的錯(cuò)位探測脈沖。探測脈沖經(jīng)CIR注入傳感光纖(FUT)，探測脈沖在光纖傳播產(chǎn)生的瑞利散射光到達(dá)PD并發(fā)生干涉。由式2.5與式2.6可知，散射光干涉形成的瑞利信號的強(qiáng)度表達(dá)式為0Iz,tABcosCcos2ftt(2.7)式中A為瑞利信號直流項(xiàng)，B為瑞利信號交流項(xiàng)幅度值，C為PGC調(diào)制深度，f為PGC調(diào)制頻率；0tt，t為加載于兩探測脈沖光纖區(qū)域間的振動(dòng)信號對瑞利信號施加的相位調(diào)制，0為瑞利信號的初始相位。圖2.3DCM算法流程圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]相位敏感型光時(shí)域反射傳感系統(tǒng)光學(xué)背景噪聲的產(chǎn)生機(jī)理及其抑制方法[J]. 張旭蘋,張益昕,王峰,單媛媛,孫振鉷,胡燕祝.  物理學(xué)報(bào). 2017(07)
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博士論文
[1]基于φ-OTDR的光纖分布式寬頻振動(dòng)傳感技術(shù)研究[D]. 何茜.重慶大學(xué) 2015
[2]遠(yuǎn)程干涉型光纖傳感系統(tǒng)非線性效應(yīng)影響及其抑制技術(shù)研究[D]. 陳偉.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2013
[3]光纖水聽器系統(tǒng)噪聲分析及抑制技術(shù)研究[D]. 梁迅.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于（？）-OTDR的分布式振動(dòng)傳感技術(shù)偏振特性研究[D]. 余志杰.國防科技大學(xué) 2017
[2]大規(guī)模光纖水聽器陣列光學(xué)外差及時(shí)分復(fù)用技術(shù)研究[D]. 張楠.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007



本文編號：3413488