相干瑞利散射型分布式光纤预警技术的研究

摘要

国民生产安全相较国民经济发展更应得到重视。通常一旦爆发安全事故,轻则会造成财产损失,重则会威胁到人类的生命健康与安全。传感技术的快速发展为财产及生命安全的保障提供了有效的途径。分布式光纤的预警技术凭借其得天独厚的技术优势,已逐步取代传统技术,在安防、工业、航天、军事等许多个领域占据着越来越重要的地位。本课题研究针对传统分布式光纤预警技术的种种技术瓶颈和不足,提出了一种同时具备高灵敏度和高定位精度的解决方案。课题组对相干瑞利散射技术在分布式光纤预警系统中的应用进行了深入的研究。实践证明,该系统具有检测灵敏度高,信号处理方法有效易行,系统实时反应速度快,定位精度高,探测距离较长等优点。
　　课题的主要研究内容如下:
　　(1)对分布式光纤传感技术发展对于经济社会的重要意义进行了论述,简述了各分布式光纤传感技术方法和原理,在此基础上分析分布式光纤传感技术在安全预警方面的主要应用。
　　(2)利用相干瑞利散射技术构建了预警系统,并对各功能单元的作用进行了浅析。该预警系统同时具备高灵敏度和高定位精度的特性。在此基础上,通过深入分析技术原理建立了系统的等效模型
　　(3)从系统所得信号特征入手,在空域和时域两个方面对系统所的信号特征进行了探讨,在此基础上,针对全光纤扰动情况评价、甄定的问题,提出了基于时变小波信息熵的处理算法,该算法能有效克服传统算法的种种弊病,最后还对算法中的关键参数的选取做以了讨论和分析。
　　(4)对相干瑞利散射型分布式光纤传感预警技术的系统实现进行了详细论述,在分析系统功能及应用需求的基础上,提出了系统的硬件架构及实现方法,并针对各关键硬件模块的技术要点做以了分析,对相应的设计思想加以了阐述。
　　(5)研制了基于相干瑞利散射的分布式光纤传感技术的预警系统。现场长期运行结果表明,应用本课题所提出技术,系统能够保证长期、稳定、有效的运行。
　　(6)对本课题未来更进一步研究进行了展望。

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第一章 绪论

1.1干涉型光纤传感技术

1.2光纤光栅型光纤传感技术

1.3光时域反射型光纤传感技术

1.4相干瑞利散射型光纤传感技术

1.5课题的意义及其主要研究内容

第二章 全光纤扰动信号检测

2.1扰动信号检测系统结构

2.2扰动信号检测建模

2.3扰动检测系统关键参数

2.4本章小结

第三章 全光纤扰动信号评价

3.1预警系统信号特征

3.2扰动信号评价

3.3扰动信号评价关键参数

3.4本章小结

第四章 扰动检测系统实现

4.1系统的硬件架构

4.2光脉冲调制单元

4.3光电探测单元

4.4采集单元

4.5系统性能分析

4.6本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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