分布式光纤传感信号处理关键技术研究

论文摘要

综述了分布式光纤传感技术的国内外研究现状,特别对基于布里渊散射的分布式光纤传感技术做了详细的介绍。从理论上分析了布里渊频移和强度与光纤温度和应变的关系。研究了基于Landau-Placzek Ratio的微波外差检测BOTDR传感系统,针对布里渊散射信号的特点,对传感系统的信号处理方案进行了研究,并在LabVIEW软件平台中实现了布里渊强度仿真信号的采集和去噪。针对数字累加平均算法存在的问题,引入小波分析的方法,仿真验证了采用累加平均与小波变换相结合的方法处理布里渊信号在缩短系统测量时间、改善系统性能方面的有效性。详细分析了基于双脉冲BOTDR的温度和应变传感的系统方案和实现原理,对传感系统的性能进行了分析和MATLAB仿真,实现了温度和应变的高分辨率测量;仿真结果表明利用双脉冲BOTDR技术可以达到应变测量精度/空间分辨率为±20ε/20 cm的性能指标。详细分析了基于相干光时域反射计的光纤温度和应变传感的实现原理和测量方法,对传感系统进行了MATLAB仿真,分析了相关峰谱与脉冲宽度之间的关系,结果表明相关峰谱的带宽随着脉冲宽度的增大而增大。仿真验证了基于相干光时域反射计的光纤温度和应变传感系统可以达到温度分辨率/空间分辨率为0.01℃/1 m的性能指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 分布式光纤传感研究现状
• 1.2.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术
• 1.2.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术
• 1.2.3 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 布里渊散射传感原理
• 2.1 布里渊频移的温度和应变特性
• 2.1.1 布里渊频移的温度特性
• 2.1.2 布里渊频移的应变特性
• 2.2 布里渊强度的温度和应变特性
• 2.2.1 布里渊强度的温度特性
• 2.2.2 布里渊强度的应变特性
• 2.3 基于光时域反射的分布式传感原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 BOTDR 温度和应变传感系统
• 3.1 微波外差检测BOTDR 传感系统
• 3.2 传感系统中的信号处理技术
• 3.3 信号采集单元
• 3.3.1 高速数据采集卡
• 3.3.2 高速数据的采集方式
• 3.3.3 采集卡的驱动函数
• 3.4 微弱信号检测的原理和方法
• 3.4.1 累加平均算法
• 3.4.2 小波去噪分析
• 3.5 信号处理仿真
• 3.5.1 布里渊散射强度信号仿真
• 3.5.2 累加平均去噪
• 3.5.3 小波去噪
• 3.6 双峰布里渊频谱拟合
• 3.7 本章小结
• 第4章 DP-BOTDR 温度和应变传感系统
• 4.1 DP-BOTDR 传感原理
• 4.2 DP-BOTDR 传感系统
• 4.3 DP-BOTDR 系统性能分析与仿真
• 4.3.1 性能分析
• 4.3.2 MATLAB 仿真
• 4.4 DP-BOTDR 温度与应变传感仿真
• 4.4.1 温度信息解调
• 4.4.2 应变信息解调
• 4.5 本章小结
• 第5章 COTDR 温度和应变传感系统
• 5.1 COTDR 分布式传感原理
• 5.2 COTDR 分布式传感系统
• 5.3 COTDR 系统的主要性能参数
• 5.3.1 空间分辨率
• 5.3.2 动态范围
• 5.3.3 灵敏度
• 5.4 COTDR 系统温度和应变传感的仿真与分析
• 5.4.1 测量原理
• 5.4.2 测量方法
• 5.4.3 仿真结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况
• 致谢
• 详细摘要