分布式光纖振動(dòng)傳感器及其定位技術(shù)研究.pdf

1、干涉型分布式光纖傳感定位技術(shù)基于相位調(diào)制原理，因其高靈敏度的傳感特性得到廣泛的關(guān)注與重視。本文針對(duì)現(xiàn)有的分布式光纖傳感定位技術(shù)中存在的問題，以實(shí)現(xiàn)高精度、長距離的定位技術(shù)為目標(biāo)，提出了一種基于波分復(fù)用的分布式光纖傳感定位方案，并對(duì)其進(jìn)行了全面研究。具體研究內(nèi)容及成果如下：
　　1、在介紹分布式光纖傳感原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了幾種干涉型分布式光纖傳感定位方法的理論模型，對(duì)其特點(diǎn)和不足進(jìn)行了分析討論，結(jié)果表明這些分布式光纖定位系統(tǒng)的探

2、測(cè)靈敏度較高，但其傳感結(jié)構(gòu)限制了它們適用的傳感范圍。因此，研究長距離、高精度的擾動(dòng)定位系統(tǒng)，必須從傳感結(jié)構(gòu)上進(jìn)行突破。
　　2、針對(duì)現(xiàn)有定位技術(shù)存在的監(jiān)控距離短、激光器光源引起的光纖光路系統(tǒng)穩(wěn)定性差以及擾動(dòng)源激發(fā)頻率范圍受限等問題，提出了基于波分復(fù)用技術(shù)的分布式光纖傳感定位系統(tǒng)方案，通過3×3耦合器構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立的干涉光路，利用比較兩路干涉信號(hào)頻譜特性的方法獲得擾動(dòng)定位信息，詳細(xì)分析和討論了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和定位原理。
　　3、

3、研究了與系統(tǒng)相關(guān)的信號(hào)處理方法。對(duì)端點(diǎn)檢測(cè)、小波去噪、相位還原及功率譜估計(jì)等問題進(jìn)行了分析和討論，提出了適合本系統(tǒng)的各種應(yīng)用方法。特別是提出了一種新的利用3×3耦合器的兩路輸出干涉信號(hào)特征進(jìn)行相位還原的方法，通過對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行直流補(bǔ)償、歸一化過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)相位信號(hào)的準(zhǔn)確解調(diào)。
　　4、對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究和分析。在介紹單模光纖中偏振態(tài)不穩(wěn)定原因的基礎(chǔ)上，分別從理論計(jì)算和仿真分析兩個(gè)方面比較了在傳感系統(tǒng)末端引入反射鏡和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡

4、時(shí)傳感光纖上偏振態(tài)變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；提出并設(shè)計(jì)了一種新的用于穩(wěn)定性分析的實(shí)驗(yàn)方法。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性。
　　5、研究了基于波分復(fù)用的分布式光纖傳感定位系統(tǒng)在具體定位實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的分布式光纖傳感定位系統(tǒng)能夠解決現(xiàn)有的光纖傳感定位系統(tǒng)中存在的定位精度低以及傳統(tǒng)的陷波點(diǎn)定位的局限性問題。
　　主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：
　　1、提出了一種全新的基于頻譜比值的定位算法。這種方法不僅可消除

5、擾動(dòng)信號(hào)幅度、頻率成分變化對(duì)定位的影響，還可利用多個(gè)頻率點(diǎn)曲線擬合的方法獲得位置值，相對(duì)于傳統(tǒng)的利用單點(diǎn)定位的陷波點(diǎn)方法顯著減小了信號(hào)處理中誤差的影響，大大提高了定位精度，此外，因其擾動(dòng)位置的獲取不依賴于擾動(dòng)源激發(fā)某個(gè)特殊頻率點(diǎn)，適用性更強(qiáng)，應(yīng)用范圍更廣。
　　2、提出了一種全新的基于波分復(fù)用的分布式光纖傳感定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用波分復(fù)用技術(shù)使得同一擾動(dòng)獲得兩種不同的干涉信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位。系統(tǒng)采用的是寬帶光源，大大降低了激光光纖干涉系統(tǒng)中

6、由于激光的強(qiáng)時(shí)間相干性帶來的系統(tǒng)不穩(wěn)定，光路不易受溫度、偏振的影響，穩(wěn)定性高。利用3×3耦合器的結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)工作在較靈敏的區(qū)域內(nèi)，避免了使用相位偏置結(jié)構(gòu)的問題。系統(tǒng)中使用的直線式結(jié)構(gòu)解決了以往的環(huán)形結(jié)構(gòu)中光纖屏蔽等問題。
　　3、提出了一種新的利用3×3耦合器的兩路輸出干涉信號(hào)特征進(jìn)行相位還原的方法，理論分析和實(shí)驗(yàn)表明該方法只需要輸出兩路具有一定初始相位差的干涉信號(hào)，且結(jié)構(gòu)簡單，沒有微積分等復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，利于實(shí)現(xiàn)。