雙Mach-Zehnder型光纖油氣管道安全系統(tǒng)中的偏振控制.pdf

1、油氣長輸管道是油氣資源重要的輸送手段，其總里程數(shù)隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展而迅速增長，人們對管道安全問題的重視也與日俱增。本課題組研發(fā)的基于雙Mach-Zehnder光纖干涉儀的分布式光纖油氣管道安全檢測及預(yù)警系統(tǒng)，能夠?qū)ν{管道安全的入侵行為進(jìn)行預(yù)警并準(zhǔn)確定位，避免油氣泄漏所造成的環(huán)境污染和經(jīng)濟損失，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。
　　 本系統(tǒng)在定位時采用了互相關(guān)函數(shù)估計時延的方法，該方法要求兩路檢測信號具備較強的相關(guān)性。但在實際

2、應(yīng)用中，該系統(tǒng)常常出現(xiàn)信號相關(guān)性不穩(wěn)定的問題，造成定位時出現(xiàn)粗大誤差，甚至無法定位。本文對系統(tǒng)檢測信號相關(guān)性下降的原因和抗偏振衰落方法進(jìn)行了深入研究，主要的研究內(nèi)容包括：⑴分析了光纖振動傳感系統(tǒng)從外部激振信號向光電流信號轉(zhuǎn)換的全過程，闡明了分布式光纖油氣管道安全預(yù)警系統(tǒng)的定位原理。⑵利用系統(tǒng)光路的瓊斯矩陣偏振模型分析了單Mach-Zehnder光纖干涉儀的信號傳輸過程和雙Mach-Zehnder光纖干涉儀的信號相關(guān)性，找到了信號幅度衰落

3、和相位偏移的影響因素，指出傳感光纖偏振特性的不一致性使系統(tǒng)檢測信號對輸入偏振態(tài)敏感是造成信號相關(guān)性惡化的根本原因這一結(jié)論。通過分析發(fā)現(xiàn)對輸入偏振態(tài)進(jìn)行控制，搜索系統(tǒng)偏振態(tài)工作點是更為可行的抗偏振衰落方法，并明確了偏振控制算法必須具備的兩種能力。⑶設(shè)計實驗獲取了偏振控制器件的控制特性，選擇模擬退火算法作為偏振控制算法，通過實驗確定了算法中初始溫度、最大搜索步長和溫度更新常數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)的最優(yōu)值。經(jīng)現(xiàn)場實驗驗證，該算法可有效消除相位畸變對定位