分布式光纖振動傳感器及其定位技術研究.pdf

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

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

3、研究了與系統(tǒng)相關的信號處理方法。對端點檢測、小波去噪、相位還原及功率譜估計等問題進行了分析和討論，提出了適合本系統(tǒng)的各種應用方法。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特征進行相位還原的方法，通過對輸出信號進行直流補償、歸一化過程，實現(xiàn)對相位信號的準確解調。
　　4、對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了研究和分析。在介紹單模光纖中偏振態(tài)不穩(wěn)定原因的基礎上，分別從理論計算和仿真分析兩個方面比較了在傳感系統(tǒng)末端引入反射鏡和法拉第旋轉鏡

4、時傳感光纖上偏振態(tài)變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；提出并設計了一種新的用于穩(wěn)定性分析的實驗方法。理論分析和實驗結果表明系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性。
　　5、研究了基于波分復用的分布式光纖傳感定位系統(tǒng)在具體定位實驗中的應用。實驗結果表明，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)的陷波點定位的局限性問題。
　　主要創(chuàng)新點：
　　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、擾動信號幅度、頻率成分變化對定位的影響，還可利用多個頻率點曲線擬合的方法獲得位置值，相對于傳統(tǒng)的利用單點定位的陷波點方法顯著減小了信號處理中誤差的影響，大大提高了定位精度，此外，因其擾動位置的獲取不依賴于擾動源激發(fā)某個特殊頻率點，適用性更強，應用范圍更廣。
　　2、提出了一種全新的基于波分復用的分布式光纖傳感定位系統(tǒng)結構，利用波分復用技術使得同一擾動獲得兩種不同的干涉信號實現(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、由于激光的強時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耦合器的結構可以使系統(tǒng)工作在較靈敏的區(qū)域內，避免了使用相位偏置結構的問題。系統(tǒng)中使用的直線式結構解決了以往的環(huán)形結構中光纖屏蔽等問題。
　　3、提出了一種新的利用3×3耦合器的兩路輸出干涉信號特征進行相位還原的方法，理論分析和實驗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，且結構簡單，沒有微積分等復雜的數(shù)學運算，利于實現(xiàn)。