發(fā)布時(shí)間：2021-07-27 23:36

　　光纖傳感器具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗電磁干擾能力強(qiáng)和適應(yīng)大范圍監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn),在民航機(jī)場(chǎng)周界安防中有著重要應(yīng)用前景。但在數(shù)據(jù)采集和信號(hào)識(shí)別過(guò)程中,存在系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜,入侵行為多變,信號(hào)采集無(wú)法同步和信號(hào)分類識(shí)別準(zhǔn)確率不高的問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題,本文采用基于Mach-Zehnder和Φ-OTDR的聯(lián)合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)入侵信號(hào)的識(shí)別與定位工作。利用Labview軟件解決信號(hào)循環(huán)保存和同步采集的問(wèn)題。采用奇異值分解（Singular Value Decomposition,SVD）方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪,提高信號(hào)信噪比。利用改進(jìn)粒子群優(yōu)化支持向量機(jī)（Modified Particle Swarm Optimization-Support Vector Machine,MPSO-SVM）實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分類和識(shí)別。在天津空港某區(qū)域采集數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并驗(yàn)證本文方法有效性。論文主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)1、利用labview軟件編寫信號(hào)聯(lián)合采集程序。根據(jù)Mach-Zehnder和Φ-OTDR聯(lián)合系統(tǒng)原理圖布置好實(shí)驗(yàn)儀器,采用掛網(wǎng)式和埋地式光纖傳感器進(jìn)行入侵信號(hào)探測(cè),利用labview實(shí)現(xiàn)聯(lián)合系統(tǒng)信號(hào)連續(xù)采集,同步采集,... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)民航大學(xué)天津市

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光纖受到徑向力示意圖

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文11換信息。假設(shè)激光器發(fā)出光源在光纖中傳輸，經(jīng)光電探測(cè)器接收到距離光源為L(zhǎng)處產(chǎn)生的后向瑞利散射光時(shí)間為t，有t時(shí)刻該信號(hào)傳輸位置與入射光的距離可表示為2ctLn(2.11)式中：c為真空中光速；n為光纖折射率。此時(shí)脈沖光信號(hào)峰值功率為0PPexpL(2.12)式中：0P為激光器輸出脈沖光信號(hào)功率；為光路中的光纖衰減系數(shù)。在距激光器距離為L(zhǎng)時(shí)，后向瑞利散射光功率為01exp2RRPcPSWLn(2.13)式中：R為瑞利散射系數(shù)，一般取0.12~0.15dB/km；S為后向散射光功率捕獲因子；W為脈沖光信號(hào)脈沖寬度。有光電探測(cè)器最終接收到的后向瑞利散射光功率為0011exp2exp22RRRctPPSWcLPSWcnnn(2.14)根據(jù)后向瑞利散射光功率公式知，光時(shí)域反射儀接收到的信號(hào)功率表現(xiàn)形式為一條從左到右滿足指數(shù)衰減的曲線。側(cè)面反映了脈沖光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)男畔�。�?dāng)傳感光纖受到外界徑向力作用時(shí)，脈沖光信號(hào)功率曲線會(huì)有一個(gè)凸起，然后慢慢減少，功率趨向于平穩(wěn)，此時(shí)可通過(guò)計(jì)算時(shí)延確定振動(dòng)信號(hào)發(fā)生位置[42]。圖2-3Ф-OTDR系統(tǒng)原理圖圖2-3為相干探測(cè)Ф-OTDR系統(tǒng)原理圖，激光器發(fā)出連續(xù)光信號(hào)經(jīng)隔離器傳輸至耦合器，隔離器確保信號(hào)未受干擾源影響，耦合器采用分光比的方式將連續(xù)光分成兩路，

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文132.2基于Mach-Zehnder和Φ-OTDR聯(lián)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由上節(jié)利用Ф-OTDR系統(tǒng)進(jìn)行直接探測(cè)可知，后向瑞利散射光信號(hào)極其微弱，經(jīng)雙平衡探測(cè)器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)不足以支撐信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離探測(cè)，因?yàn)樾盘?hào)光功率低，探測(cè)距離越大光功率衰減越快，后向瑞利散射信號(hào)微弱，信噪比較低，傳感距離短，限制了其工程應(yīng)用，故在實(shí)際應(yīng)用探測(cè)中，要求光功率信號(hào)強(qiáng)，探測(cè)距離遠(yuǎn)。而針對(duì)相干探測(cè)Ф-OTDR系統(tǒng)，本振光與脈沖光混頻使得有用信號(hào)增強(qiáng)，信號(hào)信噪比提升，基于光纖傳感器靈敏度高的特性，受到徑向力的傳感光纖引起信號(hào)后向瑞利散射光功率和相位發(fā)生變化，使得系統(tǒng)定位效果良好。但是，在處理相干探測(cè)的Ф-OTDR信號(hào)時(shí)，存在信號(hào)解調(diào)復(fù)雜的問(wèn)題，不易對(duì)入侵振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分類識(shí)別上的工作。對(duì)于Mach-Zehnder系統(tǒng)，它能夠很好地從信號(hào)的相位形式上區(qū)分振動(dòng)信號(hào)，達(dá)到分類識(shí)別的效果，但是其在信號(hào)多點(diǎn)定位上的缺陷使得系統(tǒng)不能廣泛應(yīng)用�；谝陨蠁�(wèn)題，設(shè)計(jì)Mach-Zehnder與Ф-OTDR聯(lián)合預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光纖傳感器的定位和識(shí)別。圖2-4聯(lián)合光纖周界系統(tǒng)理論模型Mach-Zehnder與Ф-OTDR聯(lián)合預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。激光器發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)隔離器傳輸至耦合器，其目的是保證信號(hào)不被干擾，通過(guò)13耦合器將光源分為三路，分光比為0.1:90:9.9，其中9.9%的連續(xù)光作為單Mach-Zehnder系統(tǒng)光源，90%與0.1%的光分別作為相干探測(cè)Ф-OTDR的脈沖光和本振光，Mach-Zehnder子系統(tǒng)和Ф-OTDR子系統(tǒng)相互獨(dú)立工作，二者的傳感光纖位于同一個(gè)光纜內(nèi)。其中Mach-Zehnder子系統(tǒng)工作流程如下。9.9%的連續(xù)光光源經(jīng)50%：50%耦合器均分連續(xù)光信號(hào)，分別在參考臂和傳感臂上進(jìn)行信號(hào)傳輸，在耦合器4處發(fā)生相干干涉，然后信號(hào)經(jīng)雙平衡探測(cè)器轉(zhuǎn)換


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