分布式光纖傳感具有本征安全、抗電磁干擾、耐腐蝕、可大范圍連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)勢,近年來得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。振動(dòng)傳感作為分布式光纖傳感領(lǐng)域中主要的研究方向之一,在民用設(shè)施周界安防、油氣管道安全監(jiān)測、橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、軍事基地入侵預(yù)警等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。干涉型光纖振動(dòng)傳感技術(shù)包括前向傳輸光干涉型和后向散射光干涉型兩類。基于前向傳輸光干涉型光纖振動(dòng)傳感器,如薩格納克（Sagnac）干涉儀和馬赫澤德（Mach-Zehnder）干涉儀,是將被測的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光纖中前向傳輸光的相位變化,再通過干涉將相位變化轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)變化。它結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、響應(yīng)速度快,但振動(dòng)定位精度較低。而后向散射光干涉型光纖振動(dòng)傳感器,如相位敏感光時(shí)域反射儀（phase-sensitive optical time domain reflectometer,Φ-OTDR）,是利用高相干光脈沖在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生的后向瑞利散射光的干涉效應(yīng),通過建立后向散射光信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系獲得振動(dòng)位置信息,其定位精度高,但存在振動(dòng)信號(hào)解調(diào)復(fù)雜以及實(shí)時(shí)性不高等問題。本文圍繞干涉型光纖振動(dòng)傳感器的定位精度及解調(diào)算法開展研究,主要內(nèi)容包括:（1）研究了... 

【文章來源】：太原理工大學(xué)山西省211工程院校

【文章頁數(shù)】：156 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 光纖振動(dòng)傳感技術(shù)概述
        1.2.1 點(diǎn)式光纖振動(dòng)傳感器
        1.2.2 準(zhǔn)分布式光纖振動(dòng)傳感器
        1.2.3 分布式光纖振動(dòng)傳感器
    1.3 干涉型光纖振動(dòng)傳感器
        1.3.1 光纖振動(dòng)傳感器分類
        1.3.2 國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)
    1.4 本課題的研究意義及主要研究內(nèi)容
        1.4.1 研究意義
        1.4.2 主要研究內(nèi)容
第二章 干涉型光纖振動(dòng)傳感技術(shù)機(jī)理分析
    2.1 光纖振動(dòng)傳感機(jī)理分析
        2.1.1 振動(dòng)引起的光相位調(diào)制
        2.1.2 光的干涉原理
        2.1.3 信號(hào)傳輸模型
    2.2 基于前向傳輸光干涉型振動(dòng)傳感機(jī)理分析
        2.2.1 白光干涉機(jī)理
        2.2.2 Sagnac分布式振動(dòng)傳感機(jī)理
        2.2.3 Mach-Zehnder分布式振動(dòng)傳感機(jī)理
    2.3 基于后向散射光干涉型振動(dòng)傳感機(jī)理分析
        2.3.1 光纖中的后向散射
        2.3.2 光時(shí)域反射機(jī)理
        2.3.3 Φ-OTDR分布式振動(dòng)傳感機(jī)理
    2.4 本章小結(jié)
第三章 基于混沌光源的Sagnac振動(dòng)定位精度優(yōu)化研究
    3.1 基于混沌光源的Sagnac傳感系統(tǒng)的工作原理
        3.1.1 混沌光產(chǎn)生方式
        3.1.2 振動(dòng)定位原理分析
    3.2 振動(dòng)定位性能影響因素分析
        3.2.1 相位偏置對(duì)振動(dòng)定位性能的影響
        3.2.2 零頻點(diǎn)階數(shù)對(duì)振動(dòng)定位性能的影響
    3.3 基于混沌光源的Sagnac振動(dòng)傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        3.3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建
        3.3.2 混沌光源特性
    3.4 振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論
        3.4.1 單頻振動(dòng)信號(hào)檢測
        3.4.2 復(fù)雜振動(dòng)信號(hào)檢測
        3.4.3 振動(dòng)信號(hào)頻譜分析
        3.4.4 振動(dòng)定位精度測試
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于計(jì)數(shù)脈沖法的Mach-Zehnder振動(dòng)定位精度優(yōu)化研究
    4.1 基于計(jì)數(shù)脈沖法的Mach-Zehnder傳感系統(tǒng)的工作原理
        4.1.1 計(jì)數(shù)脈沖法方案設(shè)計(jì)
        4.1.2 計(jì)數(shù)脈沖法定位原理
    4.2 振動(dòng)定位性能影響因素分析
        4.2.1 計(jì)數(shù)脈沖寬度對(duì)振動(dòng)定位性能的影響
        4.2.2 計(jì)數(shù)脈沖光功率分配對(duì)振動(dòng)定位性能的影響
        4.2.3 計(jì)數(shù)脈沖驅(qū)動(dòng)光源線寬對(duì)振動(dòng)定位性能的影響
    4.3 Mach-Zehnder振動(dòng)傳感系統(tǒng)搭建與參數(shù)設(shè)置
        4.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置
        4.3.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置
    4.4 振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論
        4.4.1 無外界振動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)特征
        4.4.2 加振動(dòng)信號(hào)時(shí)的系統(tǒng)特性
        4.4.3 干涉脈沖序列包絡(luò)特征分析
        4.4.4 信號(hào)特征點(diǎn)時(shí)間的測量
        4.4.5 振動(dòng)定位精度分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 基于包絡(luò)正交解調(diào)算法的Φ-OTDR振動(dòng)相對(duì)幅度表征研究
    5.1 Φ-OTDR系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)調(diào)制與解調(diào)理論
        5.1.1 Φ-OTDR系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)相位調(diào)制仿真分析
        5.1.2 Φ-OTDR系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)包絡(luò)正交解調(diào)理論分析
    5.2 Φ-OTDR系統(tǒng)組成與選型
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建
        5.2.2 關(guān)鍵器件選型
    5.3 Φ-OTDR振動(dòng)定位算法
        5.3.1 連續(xù)平均差分算法
        5.3.2 圖像邊緣檢測算法
    5.4 振動(dòng)解調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論
        5.4.1 后向散射信號(hào)強(qiáng)度-時(shí)間特征分析
        5.4.2 正交解調(diào)信號(hào)相位-時(shí)間特性分析
        5.4.3 外界振動(dòng)信號(hào)相對(duì)幅度表征特性分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 基于散射信號(hào)數(shù)據(jù)矩陣匹配解調(diào)算法的Φ-OTDR實(shí)時(shí)性優(yōu)化研究
    6.1 Φ-OTDR系統(tǒng)數(shù)據(jù)矩陣匹配解調(diào)算法
        6.1.1 后向散射數(shù)據(jù)矩陣的構(gòu)建
        6.1.2 有效傳感信息的提取
    6.2 Φ-OTDR系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)
        6.2.1 信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)
        6.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)
        6.2.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)
    6.3 Φ-OTDR系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)
        6.3.1 上位機(jī)開發(fā)環(huán)境介紹
        6.3.2 系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)
    6.4 振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論
        6.4.1 振動(dòng)傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建
        6.4.2 振動(dòng)實(shí)時(shí)定位性能分析
        6.4.3 振動(dòng)信號(hào)三維監(jiān)測分析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
圖表索引
致謝
攻讀博士學(xué)位期間取得的科研成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于相位調(diào)制的干涉型光纖傳感器研究[D]. 孫浩.西北大學(xué) 2016

碩士論文
[1]分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)相位解調(diào)方法的研究與改進(jìn)[D]. 王旭.吉林大學(xué) 2018
[2]白光干涉型光纖麥克風(fēng)系統(tǒng)的研究[D]. 張成梅.安徽大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3636038