φ-OTDR型光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)綜合信號(hào)處理技術(shù)研究.pdf

1、ψ-OTDR型光纖振動(dòng)傳感技術(shù)具有靈敏度高、空間動(dòng)態(tài)范圍大和定位精度高等特點(diǎn)，可在大型設(shè)施健康監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)過程檢測(cè)、周界安防、管道防護(hù)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文以課題組自主研發(fā)的ψ-OTDR型光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)為依托，開展面向工程應(yīng)用的綜合信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù)的研究。
　　第二章分析并指出ψ-OTDR型光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)在工程應(yīng)用中存在的問題，提出綜合信號(hào)處理方案。以Xilinx公司Spartan-6系列FPGA為核心，結(jié)合ADC、DAC、U

2、SB2.0等功能模塊，提出基于FPGA的信號(hào)處理子系統(tǒng)架構(gòu)，規(guī)定了高速數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸以及系統(tǒng)參數(shù)控制等功能。針對(duì)系統(tǒng)工程應(yīng)用中的具體問題，提出數(shù)字化自動(dòng)調(diào)節(jié)數(shù)字化自動(dòng)調(diào)節(jié)、背向散射跡線動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、傳感數(shù)據(jù)壓縮與成幀傳輸和傳感光纖故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與定位等技術(shù)方案。
　　第三章詳細(xì)分析FPGA電路及ADC、DAC、USB2.0、數(shù)字控制接口和電源管理等功能模塊，討論各類芯片選型。充分考慮了電磁兼容性和信號(hào)完整性，設(shè)計(jì)并研制出綜合信號(hào)處

3、理子系統(tǒng)硬件電路，給出了數(shù)字化自動(dòng)調(diào)節(jié)數(shù)字化自動(dòng)調(diào)節(jié)、背向散射跡線動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、傳感數(shù)據(jù)壓縮與成幀傳輸和傳感光纖故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與定位等算法的FPGA程序設(shè)計(jì)。
　　第四章搭建了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)綜合信號(hào)處理子系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試與分析。結(jié)果表明，綜合信號(hào)處理子系統(tǒng)各功能模塊工作正常，滿足傳感系統(tǒng)的需求。綜合信號(hào)處理算法大大提高了傳感系統(tǒng)信噪比，消除傳感盲區(qū);提升數(shù)據(jù)傳輸效率，縮短系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間;實(shí)現(xiàn)參數(shù)數(shù)字化自動(dòng)調(diào)節(jié)，增強(qiáng)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性;實(shí)現(xiàn)了傳

4、感光纖故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與定位，提升了系統(tǒng)性能，滿足工程應(yīng)用的需求。
　　第五章構(gòu)建了基于綜合信號(hào)處理技術(shù)的ψ-OTDR型光纖振動(dòng)傳感演示系統(tǒng)。演示系統(tǒng)以沙盤模型為依托，結(jié)合了機(jī)場(chǎng)、油庫(kù)、石油管道、軍事基地等多種應(yīng)用場(chǎng)景，采用圍欄、圍墻、埋地以及管道等多種布纜方式。結(jié)果表明，演示系統(tǒng)各區(qū)域工作正常，對(duì)外界擾動(dòng)具有很高的信噪比和定位精度。系統(tǒng)集成了語音警報(bào)和視頻聯(lián)動(dòng)等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳感光纜任意處外界振動(dòng)事件的檢測(cè)與定位，滿足各種應(yīng)用場(chǎng)