基于模擬外差解調(diào)的光纖分布式振動傳感系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、基于相位敏感型光時域反射(φ-OTDR)原理的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)利用光纖中背向瑞利散射光受振動信號調(diào)制的原理對光纖沿線的振動信號進行探測。由于光纖本身既是傳輸介質(zhì)也是φ-OTDR系統(tǒng)的傳感介質(zhì)，因此它可以實現(xiàn)長距離分布式的振動傳感，這在長距離軌道安全監(jiān)測、長距離管道安全監(jiān)測方面具有無可比擬的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。目前φ-OTDR系統(tǒng)的研究方向主要集中于對背向瑞利散射光的數(shù)字信號采集和相位信息解調(diào)與處理的算法研究，但實時數(shù)字信號的采集

2、和處理需要高性能的采集板卡和計算設(shè)備。因此本文提出了一種基于模擬外差鑒相電路對φ-OTDR系統(tǒng)的背向瑞利散射光的相位信息進行解調(diào)的方法，其主要的工作內(nèi)容和創(chuàng)新點集中在以下幾點：
　　首先，根據(jù)φ-OTDR理論結(jié)構(gòu)搭建了模擬外差解調(diào)型φ-OTDR系統(tǒng)。在搭建過程中，主要對數(shù)據(jù)采集、光脈沖調(diào)制、耦合器分光比等一些系統(tǒng)參數(shù)進行了設(shè)計，使其達到各項探測性能的要求。隨后對φ-OTDR系統(tǒng)中光功率和光源線寬對系統(tǒng)性能的影響進行了分析和驗證，經(jīng)

3、過功率優(yōu)化找到最佳的脈沖探測光功率，優(yōu)化了系統(tǒng)的信噪比。
　　在模擬外差鑒相部分，在AD8302模擬鑒相芯片的基礎(chǔ)鑒相功能之上設(shè)計了雙路AD8302參考鑒相電路，并進行了PCB板的設(shè)計與制作。經(jīng)過實測，將鑒相范圍由0°到180°擴展到了0°到360°，并且通過鑒相解調(diào)程序?qū)﹁b相特征曲線的非線性區(qū)域進行修正，大大的降低了AD8302的鑒相誤差，鑒相特征曲線的鑒相最大誤差由7°左右下降至1.1795°。
　　隨后，將鑒相電路模塊

4、加入了φ-OTDR系統(tǒng)進行了外差解調(diào)實驗，并成功實現(xiàn)了對5.09km處的振源進行定位。通過模擬外差解調(diào)與數(shù)字外差解調(diào)方案的比較，模擬外差解調(diào)的解調(diào)精度低于數(shù)字外差解調(diào)的精度，這主要是因為外差型φ-OTDR系統(tǒng)的混頻信號具有一定的邊頻帶，且信號幅值受偏振衰落和相位衰落等因素的影響，其解調(diào)幅值存在一定的波動，這兩種因素導(dǎo)致了AD8302模擬鑒相電路出現(xiàn)較大的誤差。但是應(yīng)當(dāng)看到的是，通過模擬鑒相實現(xiàn)了對混頻信號的模擬下變頻處理，使得數(shù)據(jù)采樣率