基于低相干迈克尔逊干涉仪的位移监测

摘要

滑坡灾害是最为严重的地质灾害，我国由于独特的地貌，是世界上滑坡灾害发生频率最高的国家。滑坡灾害会造成严重的后果，如道路桥梁毁坏使得交通中断、电力水利设备失效和巨额的经济损失，有些大型的滑坡事件还会造成大量人员伤亡。所以，对于滑坡的监测显得尤为重要。边坡监测经过几十年的发展，从大地测量法、测斜仪、GPS图像法的等传统方法步入了光纤传感的领域。目前，已经有许多基于光纤传感器的边坡监测技术，如BOTDR、OTDR、光纤光栅等。
　　本研究主要内容包括：⑴搭建了基于sm125-500型的光纤光栅传感解调仪的低相干迈克尔逊干涉系统。对于输出的干涉信号通过三次样条插值实现其在频率域的等间隔采样，通过汉宁窗滤波去噪，通过Hilbert变换实现归一化，消除了光源光谱的影响。⑵分析了光谱域解调技术，经过对单峰追踪法、双峰追踪法和快速傅里叶变换法原理的探究和比较，选定了快速傅里叶变换法为本系统的解调方法。⑶利用光纤拉伸装置模拟了实际边坡发生滑动时引起的传感臂光纤拉伸，并进行了对位移监测的实验，实验结果表明，本低相干迈克尔逊干涉系统的最大测量值为42mm，系统最高分辨率可达45μm。⑷分析了实验系统的偏振衰落问题和各种消除偏振衰落的方法，选定法拉第旋镜法为本系统的消偏振衰落法，实验的结果表明，低偏振衰落的低相干迈克尔逊干涉系统的最大测量值为45mm，系统最高分辨率可达27μm。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 边坡监测研究现状

1.2.1 边坡监测的发展

1.2.2 边坡监测的主要方法

1.3 光纤位移监测技术的发展和研究现状

1.3.1 光纤传感技术概述

1.3.2 光纤位移监测技术概述

1.3.2 光纤位移监测技术的发展及研究现状

1.3.3 低相干光纤传感技术的发展及研究现状

2 光纤低相干干涉原理

2.1 低相干干涉理论

2.2 低相干光纤迈克尔逊干涉仪

2.3 基于光谱测量的低相干迈克尔逊干涉仪

2.3 光谱域干涉解调技术

2.4.1 单峰追踪法

2.4.2 双峰追踪法

2.4.3 傅里叶变换法

3 低相干迈克尔逊干涉应变监测系统

3.1 系统结构

3.2 关键器件

3.2.1 解调仪

3.2.2 迈克尔逊干涉仪

3.2.3 光纤拉伸器

3.3 解调软件设计

3.3.1 三次样条插值

3.3.2 汉宁窗滤波

3.3.3 Hilbert归一化

3.3.4 解调步骤

3.4 实验及结果分析

3.4.1 实验流程

3.4.2 实验结果分析

4 低偏振衰落的低相干迈克尔逊干涉应变监测系统

4.1 干涉型光纤传感器的偏振衰落问题

4.2 消偏振衰落的主要技术方法

4.2.1 输入偏振态控制法

4.2.2 偏振分集接收法

4.2.3 全光路保偏法

4.2.4 法拉第旋镜法（FRM）

4.3 法拉第旋镜（FRM）消偏振原理

4.4 实验结果分析

结论

参考文献

致谢