本文關(guān)鍵詞：Φ-OTDR的分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)閾值設(shè)定算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：分布式光纖傳感系統(tǒng)憑借其靈敏度高、抗電磁干擾、長距離監(jiān)測、無需外場供電、施工簡單、定位精度準確、僅需一根傳感光纖等諸多技術(shù)優(yōu)勢,在周界安防、油氣管道、通信光纜監(jiān)測等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。而基于相位敏感光時域反射儀(Φ-OTDR)的分布式光纖傳感系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、系統(tǒng)穩(wěn)定、定位準確以及具有檢測多點擾動事件同時發(fā)生的能力,已成為目前分布式光纖傳感系統(tǒng)中新的關(guān)注點。閾值的準確設(shè)定是有效降低Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)誤報和漏報率的關(guān)鍵。本文針對Φ-OTDR分布式光纖傳感系統(tǒng)的擾動報警閾值設(shè)定算法展開深入的理論與實驗研究工作,所提出的基于選擇性平均的閾值設(shè)定算法,能夠更有效設(shè)定閾值,提高信噪比,降低Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)的誤報和漏報率。本文的研究工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1.理論研究了Φ-OTDR分布式光纖傳感系統(tǒng)的傳感原理及傳感信號的特點。從光波導理論和彈性力學角度出發(fā),建立了Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感器多點擾動光路數(shù)學模型。進而,對擾動信號進行分析和研究,為后續(xù)信號處理和閾值的準確設(shè)定,提供理論和方法支持。2.在分析總結(jié)Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)閾值設(shè)定的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上,通過實驗驗證現(xiàn)有的閾值設(shè)定算法。針對目前Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)閾值設(shè)定算法中存在的問題,采用閾值模板匹配的方式,首次提出了一種基于選擇性平均的閾值設(shè)定算法。所提出的選擇性平均閾值算法,能夠更有效設(shè)定閾值,提高信噪比,降低Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)的誤報和漏報率。3.搭建Φ-OTDR光纖分布式擾動傳感系統(tǒng)的實驗系統(tǒng)環(huán)境,并對所提出的基于選擇性平均的閾值設(shè)定算法進行了可行性驗證及實際測試。實驗結(jié)果表明：與累加平均和移動平均閾值設(shè)定算法相比,所提出的選擇性平均閾值算法將誤報率分別降低了5%和3%,漏報率均降低了2%；信噪比分別提升了2.55 dB、1.1 dB;與Φ-OTDR與MZ干涉儀相結(jié)合的閾值設(shè)定方案相比,漏報率降低了4%。經(jīng)實驗驗證,所提出的算法有助于提高Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：分布式光纖擾動傳感系統(tǒng) Φ-OTDR 選擇性平均算法 閾值 模板匹配
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 光纖分布式傳感器簡介12-15
• 1.3 Φ-OTDR光纖分布式擾動傳感系統(tǒng)及閾值設(shè)定算法研究進展15-16
• 1.4 研究意義與研究內(nèi)容16-17
• 1.5 本文組織結(jié)構(gòu)17-19
• 2 OTDR分布式擾動傳感系統(tǒng)的理論研究19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 OTDR原理19-21
• 2.3 OTDR光纖分布式擾動傳感技術(shù)21-25
• 2.3.1 B-OTDR傳感技術(shù)22-23
• 2.3.2 P-OTDR傳感技術(shù)23
• 2.3.3 R-OTDR傳感技術(shù)23-24
• 2.3.4 Φ-OTDR傳感技術(shù)24-25
• 2.4 Φ-OTDR原理及性能參數(shù)分析25-28
• 2.4.1 瑞利散射原理分析25
• 2.4.2 光纖中的后向瑞利散射25-26
• 2.4.3 Φ-OTDR性能參數(shù)之動態(tài)范圍26-27
• 2.4.4 Φ-OTDR性能參數(shù)之盲區(qū)27-28
• 2.4.5 Φ-OTDR性能參數(shù)之空間分辨率28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 3 Φ-OTDR分布式擾動傳感系統(tǒng)定位及閾值算法研究29-51
• 3.1 引言29
• 3.2 Φ-OTDR光纖分布式擾動傳感器多點擾動數(shù)學模型29-34
• 3.3 Φ-OTDR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析34-40
• 3.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)34-35
• 3.3.2 激光源35-37
• 3.3.3 調(diào)制器37-39
• 3.3.4 摻鉺光纖放大器39-40
• 3.4 Φ-OTDR光纖分布式擾動傳感器閾值算法研究40-50
• 3.4.1 累加平均算法40-44
• 3.4.2 移動平均算法44-45
• 3.4.3 基于Φ-OTDR與MZ干涉儀相結(jié)合的閾值設(shè)定方法45-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 4 基于選擇性平均的閾值算法研究51-62
• 4.1 引言51
• 4.2 選擇性平均閾值算法理論研究51-53
• 4.3 選擇性閾值算法實驗研究53-56
• 4.3.1 初級模板實驗53-54
• 4.3.2 初級模板驗證實驗54-56
• 4.4 閾值算法對比實驗56-61
• 4.4.1 閾值算法誤報、漏報率對比實驗57-60
• 4.4.2 閾值算法信噪比對比實驗60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 5 全文總結(jié)與展望62-64
• 5.1 論文完成的主要工作62-63
• 5.2 下一步研究建議63-64
• 參考文獻64-67
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果67-69
• 學位論文數(shù)據(jù)集69

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本文編號：399067