基于φ-OTDR的分布式光纤传感系统

论文摘要

分布式光纤传感系统是利用光纤作为传感介质的一种传感系统,能对沿光纤线路范围内的对象进行远程和实时的安全监测。本文中的分布式光纤传感系统利用φ-OTDR（phase-sensitive optical time-domain reflectometer,相位敏感光时域反射计）的干涉机理,从光纤中不同部分反射回来的瑞利散射光同时到达光探测器而发生干涉,实验证明这种系统与常规的OTDR系统相比,可以探测更微弱的扰动。基于φ?OTDR技术的分布式光纤传感系统作为一种新型的安防监测系统,不仅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高等特点,而且具有隐蔽性好、报警定位精确、数据处理相对简单等优点,适合于对大范围、长距离进行实时监测,在安防领域有着重要的应用前景。本课题具有很强的挑战性和创新性,φ?OTDR技术是近年来新出现的技术,而且,国内目前对该项技术的研究尚无先例。针对该课题作者在φ?OTDR分布式光纤传感系统理论研究和实验研究上都做了大量的开拓性工作,主要完成了下面的具体工作:（1）本文总结了分布式光纤传感系统的研究现状和应用情况,在分析它们的优缺点的基础上,进一步总结出基于φ-OTDR技术的分布式光纤传感系统具有很好的经济价值和社会价值;（2）由OTDR理论出发,对φ-OTDR分布式光纤传感系统进行了理论分析;（3）提出并构造了一个基于大功率超窄线宽单模光纤激光器,并采用自行设计的掺铒光纤放大器的φ-OTDR分布式光纤传感系统;（4）在系统中使用电光调制器进行了室内模拟实验,实现了一个定位精度为50m（为目前φ?OTDR系统在国际上报道的最高定位精度）,定位范围为14km的分布式光纤传感系统,并进行了室外现场实验验证;（5）在系统中使用声光调制器进行了室内模拟实验,实现了一个定位精度为50m,定位范围为25km（为目前φ?OTDR系统在国际上报道的最长定位距离）的分布式光纤传感系统;（6）讨论了受激布里渊效应对系统的影响;（7）初步研究了基于副载波调制技术的OTDR分布式光纤传感系统;（8）基于LabView设计和实现数据处理和报警功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词表
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤传感器与分布式光纤传感技术
• 1.2 分布式光纤传感技术的分类
• 1.2.1 基于OTDR 结构的分布式传感技术
• 1.2.2 基于干涉仪原理的分布式传感技术
• 1.3 分布式光纤传感系统国内外研究现状
• 1.3.1 基于拉曼散射的分布式光纤传感器发展概况
• 1.3.2 基于瑞利散射和布里渊散射的分布式光纤传感器发展概况
• 1.3.3 φ-OTDR 分布式光纤传感器发展概况
• 1.3.4 干涉型分布式光纤传感器发展概况
• 1.4 本课题的意义及其主要研究内容
• 1.4.1 本课题的意义
• 1.4.2 本课题主要研究内容
• 第二章 基本原理
• 2.1 瑞利散射
• 2.1.1 瑞利散射（微粒的散射）
• 2.1.2 光纤中的瑞利后向散射
• 2.2 OTDR 的基本原理
• 2.3 φ-OTDR 的基本原理
• 2.4 φ-OTDR 系统中的主要性能参数
• 2.4.1 动态范围
• 2.4.2 距离分辨率（空间分辨率）
• 2.4.3 灵敏度
• 2.5 本章小结
• 第三章 长距离φ-OTDR 分布式光纤传感系统
• 3.1 原理概述
• 3.2 系统设计
• 3.2.1 系统结构
• 3.2.2 系统中主要仪器、器件的选用及设计
• 3.3 信号处理
• 3.3.1 数字平均处理技术
• 3.3.2 滤波技术
• 3.4 实验结果
• 3.4.1 使用电光调制器的室内模拟实验
• 3.4.2 使用电光调制器的室外现场实验
• 3.4.3 使用声光调制器的室内模拟实验
• 3.4.4 受激布里渊散射对系统的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于副载波技术的OTDR 传感系统
• 4.1 系统设计
• 4.2 原理分析
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于 LabVIEW 的报警软件
• 5.1 LabVIEW 编程技术
• 5.1.1 LabVIEW 介绍
• 5.1.2 LabVIEW 特点
• 5.2 报警软件流程设计
• 5.2.1 流程框图设计
• 5.2.2 报警界面设计
• 5.2.3 数据处理模块
• 5.2.4 报警判断模块
• 5.3 实验结果
• 5.4 结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 主要创新点
• 6.3 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果