FBG阵列与Ф-OTDR相结合的光纤振动传感器的关键技术研究

摘要

分布式光纤传感系统是一种利用光纤作为敏感元件的系统。在光纤的铺设范围，通过光的散射，反映任意位置的振动、温度等信息的变化情况，从而实现大范围区域信息的检测，比如航天设备的老化检测，边境报警系统等。相比于普通Ф-OTDR光纤振动传感系统，超弱FBG阵列与Ф-OTDR相结合的光纤振动传感器具有高灵敏度、高信噪比、大动态范围等特点。本论文主要致力于 FBG阵列与Ф-OTDR相结合的光纤振动传感器的关键技术研究。
　　论文的主要内容如下：
　　1.研究了FBG阵列与Ф-OTDR相结合的光纤振动传感系统的工作原理，比较分析了本系统相比于普通Ф-OTDR的优势，侧重于研究超弱 FBG阵列与Ф-OTDR相结合的光纤传感系统的各种重要性能参数指标。最后提出了一种实现高灵敏度光纤传感系统的理论模型。
　　2.研究基于Ф-OTDR的光纤振动传感系统的各种信号解调方法，基于滑动平均法提出了一种“阈值”滑动平均法，可大幅度提升系统信噪比。基于傅里叶变换等方法设计一种新型的信号提取方法，可实现对振动信号位置、振幅和频率信息的同时提取，并将多种信号提取方法有机结合进一步提升系统的信噪比。
　　3.搭建了一个FBG阵列与Ф-OTDR结合的分布式光纤传感实验系统，对振动信号进行了定位与测量。分别对实验系统的光源模块、脉冲调制模块、传感光路等模块进行研究，利用多种信号解调方法处理实验结果，完成了系统信噪比的提升和振动信息的提取。对振动模式识别进行了初步研究，建立了基本的振动模式判别标准。提出了基于超弱FBG阵列的温度检测方法，通过实验对超弱FBG作了温度-反射率标定。
　　4.提出了一种低反射倾斜光栅与Ф-OTDR相结合的光纤振动传感系统，研究其结合机理，并实验验证了本光纤振动传感系统的温度不敏感性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1分布式光纤传感技术

1.2 分布式光纤传感技术国内外研究现状

1.3Ф-OTDR的光纤振动传感器的研究现状

1.4 本论文的主要内容及结构安排

第二章 FBG阵列与Ф-OTDR结合的光纤振动传感器的理论分析

2.1 瑞利后向散射原理

2.2 OTDR的基本原理

2.3Ф-OTDR的基本原理

2.4 FBG传感原理

2.5 FBG阵列与Ф-OTDR相结合的系统的基本原理

2.6 FBG阵列与Ф-OTDR相结合的系统中的重要参数分析

2.7 本章小结

第三章 FBG阵列与

3.1 振幅差分法

3.2 滑动平均法

3.3 基于小波分析提高系统信噪比的方法

3.4 基于傅里叶变换的振动位置、频率和振幅同时提取的方法

3.5 几种信号提取方法的总结

3.6 本章小结

第四章 FBG阵列与Ф-OTDR相结合的系统的实验研究

4.1 FBG阵列与Ф-OTDR相结合的光纤振动传感系统的搭建

4.2 FBG阵列与Ф-OTDR

4.3 基于多种信号提取方法的实验结果分析

4.4 振动信号模式识别的研究

4.5 FBG阵列对于温度的检测

4.6 本章小结

第五章 倾斜光栅与Ф-OTDR相结合的光纤振动传感系统

5.1 倾斜光栅基本原理

5.2 倾斜光栅阵列与Ф-OTDR相结合的系统的基本原理

5.3 系统的搭建和实验结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果