分布式光纤振动传感系统设计 ——Sagnac改进型结构设计研究

论文摘要

分布式光纤传感技术是应用光纤应变特性进行测量的技术，在飞行器、输油管道泄漏监测、军用民用安防等领域具有广泛的应用。本论文主要研究了分布式光纤振动传感器，在基本Sagnac结构传感器进行详细理论分析基础上，提出改进型Sagnac分布式光纤振动传感器设计：双Sagnac环结构的分布式光纤振动传感系统、Mach-Zehnder和Sagnac混合型分布式光纤传感系统、含有光纤延迟环的Sagnac分布式光纤振动传感系统。主要研究内容有：（1）提出了双Sagnac环形结构光纤分布式振动传感系统模型，进行了PGC相位生成载波解调的Matlab-Simulink仿真；研究了PGC解调中低通滤波器截止频率的选取依据（即LPF截止频率与载波频率、探测信号频率的关系）；研究了不同幅度探测信号解调信号，当探测信号过大时，解调出的信号会发生变形；研究了频率不同的探测信号的解调波形图；进行了存在多点振动时系统的定位分析及仿真；搭建传感系统进行了实验验证，实验结果趋向理论值。（2）基于光纤振动应变理论，建立了长距离直线结构Mach-Zehnder和Sagnac混合型分布式光纤振动传感系统模型，分析了系统定位精确度；研究了延迟光纤长度和传感光纤长度对第一个零点频率（The First Null Frequency）的影响；研究了存在多点振动时，系统的定位特性分析；对系统设计进行了实验验证，结果表明，实验结果与理论值一致。（3）建立了含有光纤延迟环的Sagnac分布式振动光纤传感系统模型；对Sagnac环中点两侧的振动信号分别作了分析和仿真，仿真了振动源位于环中点两侧不同位置处系统频率响应（即零点频率分布情况）；对系统设计进行了实验验证，验证结果表明，实验值与理论值完全相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题研究的背景和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本论文的主要工作
• 2 Sagnac 干涉型分布式振动传感技术的理论研究
• 2.1 光纤应力应变效应传感机理
• 2.2 Sagnac 效应光纤陀螺原理
• 2.3 Sagnac 结构分布式光纤振动传感器基本原理
• 2.4 本章小结
• 3 分布式光纤振动传感系统研究与设计
• 3.1 双 Sagnac 结构的分布式光纤振动传感器
• 3.2 Mach-Zehnder 和 Sagnac 混合型分布式传感系统
• 3.3 含有光纤延迟环的 Sagnac 振动传感系统
• 3.4 本章小结
• 4 改进 Sagnac 结构分布式光纤振动传感系统设计验证
• 4.1 基本器件
• 4.2 Mach-Zehnder 和 Sagnac 混合型分布式传感系统实验验证
• 4.3 双 Sagnac 结构的分布式光纤振动传感系统设计实验验证
• 4.4 含有光纤延迟环的 Sagnac 振动传感系统实验设计验证
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目