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高性能φ-OTDR分布式光纤振动传感系统的研制

基于φ-OTDR的分布式光纤振动传感系统具有长距离、抗干扰、连续感知外界信息、监测并辨识入侵等性能,可广泛应用于周界安防、大型设施健康监测、管道防护及线缆安全监测等领域。本文在课题组φ-OTDR分布式光纤振动传感系统工作积累的基础上,根据工程应用系统的实际需求,研制高性能φ-OTDR分布式光纤振动传感系统。首先,本文提出了分布式光纤振动传感系统整体方案和信号处理子系统架构,针对信号高速采样、处理和传输需求,设计了信号处理子系统硬件升级方案。针对光脉冲对定位精度、分辨率、灵敏度等指标的影响,提出了检索光脉冲宽度分时控制方法。针对大动态范围传感的需求,提出了拉曼放大与信号自适应增益均衡联合调节方法。针对风雨等恶劣因素造成的误报,提出了基于扰动信号特征提取的振动点定位算法。接着,设计了信号处理子系统硬件电路,包括光发送、接收模块和FPGA信号处理模块,分析并确定了各功能模块的芯片选型和原理图设计。研制了高稳定性、高灵敏度的光收发模块,  (本文共94页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

基于多频Φ-OTDR的分布式光纤传感技术研究

相位敏感光时域反射技术(Φ-OTDR)由于其灵敏度高、系统结构简单稳定、可实现分布式测量等优点,成为了光纤传感领域的一项重要技术。Φ-OTDR系统主要的研究重点在于相位解调技术的研究,现阶段Φ-OTDR相位解调主要通过扫频、脉冲啁啾化、相干探测结合算法等方式实现,而这些方式面临着测量响应范围小、空间分辨率较差或增加系统复杂化等缺点。为了满足科研及生产生活中的传感需求,研究一种简化的、可靠的用于高分辨率的动态分布式测量Φ-OTDR系统是十分有意义的。本文提出一种多频Φ-OTDR技术,该技术基于频率补偿原理,利用多个频率的探测脉冲光进行探测,通过选取适当的频率对,实现对温度变化速率进行测量。该方法具有动态测量范围大、不受衰落噪声干扰、所需器件带宽低等优点。本文的主要研究工作如下:(1)建立了多频Φ-OTDR方案的仿真模型,以此进行了仿真研究。首先仿真分析了温度变化速率与双频脉冲散射波形间延迟的关系,进而研究了帧差(反映时间延迟)与测...  (本文共65页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

POTDR系统中的脉冲编码技术研究

偏振光时域反射技术(POTDR)自诞生之初便伴随着信噪比低下的问题以及信噪比与空间分辨率之间的矛盾,而脉冲编码理论作为这些问题的一种优异的解决方案,已经在OTDR系统、基于拉曼散射的光纤传感系统和基于布里渊散射的光纤传感系统中得到了研究和应用,但在偏振敏感OTDR系统(POTDR)中的研究却几乎是一片空白。本论文着眼于此,针对基于单模光纤的POTDR系统,详细研究了脉冲编码对系统性能的提升。文章的主要研究内容有:(1)研究了POTDR系统中的脉冲响应理论和编码响应理论,证明了直接探测脉冲编码应用于POTDR系统的可行性。通过分析POTDR系统中的时域消偏振效应,指出偏振度(DOP)也是影响POTDR系统动态范围的一个重要指标。进一步,提出了编码POTDR系统中,对于编码性能的三个性能指标,即编码增益,平均DOP和编码能量利用效率。(2)针对线性编码和相关编码两种编码类型,分别以Simplex码和Golay码为例,从理论上分析了两...  (本文共64页) 本文目录 | 阅读全文>>

华北电力大学(北京)
华北电力大学(北京)

基于φ-OTDR技术和光干涉技术的GIL故障定位系统研究

气体绝缘输电线路(Gas insulated transmission line,GIL)具有传输损耗低,占地面积小,可靠性高等优点。然而,由于GIL线路全长可逾lkm,一旦在GIL运行过程中出现由于绝缘缺陷导致的闪络故障,现有GIL故障检测及故障定位技术实施难度大,定位成本高。为了解决这一问题,本文基于相位敏感型光纤时域反射技术(Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometry,φ-OTDR)与光干涉技术,提出一种新型分布式光纤传感技术,能够简易可靠地实现GIL放电故障所引起振动信号的检测及定位。首先,分析了 GIL放电故障引发振动信号的频带特征,并研究了 φ-OTDR技术及光干涉技术的工作原理,对比并掌握了二种技术的优缺点。以此为基础,结合波分复用技术,提出了适用于GIL放电故障定位的φ-OTDR技术和光干涉技术综合光路拓扑,满足了不同波长的连续光和脉冲光在同一传感光纤中的传...  (本文共52页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

OTDR事件监测与光纤扰动定位算法设计与实现

随着科技的不断发展与人类生活水平的提高,通信产业作为信息交流的重要支撑性产业也得到了的迅猛发展。光纤通信作为多种通信方式中最高效快捷的方式在各行各业都得到了广泛的应用。光纤传输主要通过光缆完成,光缆处于地下海底等户外区域,有可能会发生光缆的弯折损伤情况影响通信信号的传输,所以为了保证通信网络的稳定工作状态,在光缆发生故障的时候,必须及时且准确的定位故障位置与故障类型,保证整个光通信网络系统的高效稳定运行。为了解决传统人工光纤故障排查耗时长、精度低等问题,本课题对光纤故障检测定位分析方法进行了研究,设计了一套自动化精确光纤故障判断与定位系统——OTDR事件检测与光纤扰动算法系统。本文首先对光纤信号分析的多种手段进行比较,依据信号实际情况在多种信号分析理论中选择小波分析作为处理数据的手段,接下来介绍了构造小波的方法Mallat算法与小波去噪的原理,为后文的信号处理奠定基础。接下来论文对光纤在线检测系统做出了简要的介绍,随后分析了OT...  (本文共61页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
天津大学

基于下变频和IQ解调的外差φ-OTDR模式识别方法

本文介绍了一种基于相位式光时域反射计(φ-OTDR)的分布式光纤识别预警系统,具有信噪比高、实时性能好和事件分类准确的优点,能够用于长距离管道泄漏预警等领域。在深入研究φ-OTDR国内外发展现状的基础上,本文设计了一种基于外差探测和全嵌入式架构的φ-OTDR识别预警系统,通过结合模拟下变频技术,数字IQ解调算法,图像处理和BP神经网络来实现实时监测。外差探测中AOM引入了200M载频,采用下变频电路可以消除载频,降低对采样率的要求。传统结构采用信号发生器和GHZ采集卡产生调制脉冲并实现高速同步采样,本设计改进为FPGA及其外围电路,降低了成本和体积。在信号处理方面,采用FPGA和DSP的双核全嵌入式处理架构,提升了实时性能。在FPGA端,通过数字IQ解调算法得到信号的幅度;在DSP端,通过移动差分实现振动定位,并采用图像处理,形态学特征提取和BP神经网络识别振动类型。相较于在一维信号上进行模式识别的传统方法,此方法具有更低的误报...  (本文共83页) 本文目录 | 阅读全文>>