基于OFDR的分布式光纖振動(dòng)傳感器研究.pdf

1、分布式光纖傳感技術(shù)是光學(xué)工程領(lǐng)域目前研究較多的一個(gè)學(xué)科分支，由于其電絕緣，強(qiáng)適應(yīng)性，體積小，靈敏度高等一系列突出優(yōu)點(diǎn)，在光通訊監(jiān)控，航空航天，醫(yī)學(xué)診斷，安防系統(tǒng)等諸多民生和國防領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其中基于光頻域反射計(jì)的分布式光纖傳感系統(tǒng)是近年來研究較為熱門的。本文致力于基于OFDR的振動(dòng)信號的提取和解調(diào)的研究，論文對OFDR系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵問題（非線性相位噪聲，偏振衰落效應(yīng)等）做了研究，并詳細(xì)給出了振動(dòng)信號解調(diào)的方案。
　　本研究

2、主要內(nèi)容包括：⑴闡述了OFDR系統(tǒng)的基本原理，建立了OFDR系統(tǒng)的物理模型，詳細(xì)分析了光源各項(xiàng)參數(shù)對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響，建立了光源非線性相位噪聲的數(shù)學(xué)模型，仿真分析了三次樣條插值算法對相位誤差的校正效果，證實(shí)樣條插值算法對相位誤差補(bǔ)償?shù)恼_性。討論了在實(shí)驗(yàn)中抑制偏振衰落現(xiàn)象的方法，采用偏振分集技術(shù)可以達(dá)到預(yù)期效果。⑵從物理機(jī)制出發(fā)，分析了振動(dòng)信號對光波相位的調(diào)制作用，在數(shù)學(xué)上分析了相位調(diào)制引起的頻譜展寬，仿真了振動(dòng)信號對OFDR信號頻譜

3、的影響，闡述了鑒相器法，希爾伯特變換法和利用3?3耦合器的相位解調(diào)流程。⑶開展了基于OFDR的分布式振動(dòng)傳感系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺，完成了數(shù)據(jù)采集與處理，實(shí)現(xiàn)了對振動(dòng)信號的高精度定位，空間分辨率可達(dá)0.04m。通過互相關(guān)算法，成功測量了振動(dòng)的頻率信息，測量范圍為100Hz-1000Hz。另一方面，從相位解調(diào)算法角度考慮，實(shí)現(xiàn)了對振動(dòng)信號的時(shí)域提取。通過對時(shí)域數(shù)據(jù)的分割，實(shí)現(xiàn)了對小頻率振動(dòng)信號的恢復(fù)（大約10Hz以下）。對無規(guī)律振