Φ--OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)穩(wěn)定性與環(huán)境適應(yīng)性研究.pdf

1、Φ-OTDR分布式光纖傳感技術(shù)在長(zhǎng)距離大范圍定位與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面具有無法比擬的優(yōu)勢(shì)，受到了廣泛的研究和應(yīng)用。隨著Φ-OTDR分布式光纖傳感工程系統(tǒng)的不斷推出，工程應(yīng)用過程中在系統(tǒng)穩(wěn)定性及環(huán)境適應(yīng)能力等方面暴露出一系列難以解決的科學(xué)問題。本文面向應(yīng)用需求，對(duì)Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)及其擾動(dòng)應(yīng)變信號(hào)的獲取、系統(tǒng)穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)能力等方面展開理論、實(shí)驗(yàn)與工程應(yīng)用研究。
　　首先建立了Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感系統(tǒng)干涉光路光傳

2、輸矩陣模型，分別推導(dǎo)得出無、有擾動(dòng)時(shí)光路綜合背向散射信號(hào)表達(dá)式以及擾動(dòng)定位表達(dá)式。仿真得出光路背向散射跡線和功率代價(jià)，獲得系統(tǒng)優(yōu)化光路參數(shù);獲得單點(diǎn)擾動(dòng)多周期探測(cè)情況下擾動(dòng)點(diǎn)處小波包;獲得擾動(dòng)頻響曲線，發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)頻率低于50Hz時(shí)，系統(tǒng)無法正常工作。搭建了Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，驗(yàn)證了所建傳感系統(tǒng)干涉光路光傳輸矩陣模型。
　　接著基于香農(nóng)采樣定律，提出了Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)應(yīng)變信號(hào)獲取方案，建立了系統(tǒng)傳輸矩陣模

3、型。研制了光信號(hào)接收處理模塊和延時(shí)光纖6km、傳感光纖10km、工作波長(zhǎng)1310nm的Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)應(yīng)變信號(hào)獲取實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展了系統(tǒng)對(duì)不同位置、不同頻率擾動(dòng)應(yīng)變信號(hào)獲取試驗(yàn)，還原的信號(hào)與原擾動(dòng)應(yīng)變信號(hào)一致，驗(yàn)證了所提擾動(dòng)應(yīng)變信號(hào)獲取方案。
　　然后針對(duì)光纖熔接點(diǎn)損耗、無害入侵誤報(bào)等問題，提出了工程解決方案。開展了大量熔接點(diǎn)對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明保偏光纖熔接機(jī)熔接點(diǎn)損耗低，溫、濕度穩(wěn)定性高。提出基于過閾值率的擾動(dòng)模式識(shí)別與分

4、類方案，建立了延時(shí)光纖6km、傳感光纖4km、光源工作波長(zhǎng)為1310nm的Φ-OTDR分布式光纖擾動(dòng)傳感工程示范系統(tǒng)，結(jié)果表明所提方案濾除了無害入侵事件，事件正確識(shí)別率大于95％。
　　最后深入研究了傳感光纜暴露在大氣環(huán)境中，系統(tǒng)受雨滴碰擊產(chǎn)生誤報(bào)的問題。分析了雨滴與光纖互作用動(dòng)力學(xué)過程，推導(dǎo)得出單、多雨滴引起光纖中背向散射光相位變化表達(dá)式。提出了并行傳感光纖動(dòng)態(tài)雨量補(bǔ)償方案，給出了外界擾動(dòng)判據(jù)式。研制了動(dòng)態(tài)雨量補(bǔ)償式Φ-OTDR