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基于低相干干涉技术的分布式传感系统的研究

作　者: 赵舒悦
导　师: 吴许强；俞本立
学　校: 安徽大学
专　业: 光学
关键词: 光纤传感分布式传感器低相干干涉仪降噪布拉格光纤光栅
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着社会生产水平的发展,在智能材料、通讯干线、电力传输线、油气管道、桥梁大坝等重要生产生活设施的实时监测领域,分布式光纤传感系统因其传感无盲点、便于成网、抗电磁干扰等优点,被重点研究,投入使用并发挥了重要作用。基于低相干干涉技术的分布式传感系统可实现保障电力传输线、通信主干网络等民用设施的使用安全,对人为或自然的破坏进行实时监测,对各处的损坏位置进行准确的预警及定位等功能,也因其结构简单,造价低廉等优点成为了该传感领域研究的一个热点。本论文对低相干分布式传感定位系统进行了深入分析和实验研究,并对定位过程中存在的远距离传输待测信号,外界振动及温度变化引入的噪声难消除等问题改进了传统低相干混合干涉仪结构,实现外界噪声的滤除。本文第一章首先介绍了光纤传感系统起源、理论依据,由此引出分布式光纤传感系统的概念；其次将分布式光纤传感系统分为准分布式及分布式两类做了简单的介绍,并按照传感原理的不同进一步将分布式传感系统进行分类,并介绍了分布式光纤传感系统的国内外发展现况；最后介绍了全文各章内容安排,提出本文的创新之处。本文的第二章主要介绍低相干分布式光纤传感系统,这一章首先针对不同的干涉结构对干涉型分布式光纤传感系统进行分类,其次介绍低相干干涉技术理论,并以此为基础引出第三章的低相干分布式定位传感系统。第三章是关于低相干分布式传感系统定位外界扰动信号的实验研究,本章通过采用一个2×2耦合器、一个3×3耦合器及宽带光源搭建了一个低相干马赫—曾德、赛格纳克混合干涉仪结构,对该结构的定位原理进行理论推导,并通过实验验证该结构定位的可行性,实验数据显示该结构的定位误差粗略计算为0.27%,一千米处系统的灵敏度为50Hz/m,待测位置处的分辨率大小为15.63m。第四章在前三章的基础上,针对全光纤低相干干涉分布式传感系统在信号远距离传输过程中引入的噪声难以消除这一问题,提出了一种基于低相干马赫曾德赛格纳克混合干涉仪的全新降噪结构,通过对该结构的理论分析和数值模拟,可以得出,在典型值条件下,剩余噪声的比例可以降到1%以下。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-23
  1.1 引言  9
  1.2 分布式光纤传感系统的概述  9-12
    1.2.1 分布式光纤传感器简介  10
    1.2.2 准分布式光纤传感器  10-11
    1.2.3 分布式光纤传感器  11-12
  1.3 分布式光纤传感器的分类及原理  12-17
    1.3.1 基于光纤后向散射的分布式传感技术  12-14
    1.3.2 基于光纤中非线性效应的分布式传感技术  14-15
    1.3.3 基于模式耦合理论的分布式传感技术  15-16
    1.3.4 基于光干涉现象的分布式传感技术  16-17
  1.4 国内外研究现状  17-18
  1.5 本文主要研究内容及创新之处  18-20
  本章引用参考文献  20-23
第二章低相干分布式传感器的传感原理  23-33
  2.1 光的干涉原理  23-25
    2.1.1 波的迭加与干涉  23
    2.1.2 相干条件  23-24
    2.1.3 干涉条纹的反衬度  24-25
  2.2 干涉型分布式光纤传感器的介绍  25-27
    2.2.1 迈克尔逊干涉仪型分布式光纤传感器  25-26
    2.2.2 马赫-曾德干涉仪型分布式光纤传感器  26
    2.2.3 赛格纳克干涉仪型分布式光纤传感器  26-27
  2.3 低相干干涉原理  27-29
    2.3.1 低相干干涉  27-28
    2.3.2 低相干马赫-曾德、赛格纳克混合干涉仪  28-29
  2.4 低相干干涉技术的优点  29-30
  2.5 本章小结  30-31
  本章引用参考文献  31-33
第三章低相干分布式传感器的定位方法  33-44
  3.1 引言  33
  3.2 基于马赫-曾德赛格纳克混合干涉仪的定位结构  33-36
    3.2.1 马赫曾德赛格纳克混合干涉仪结构的理论推导  33-34
    3.2.2 双路平衡检测方法  34-35
    3.2.3 实验采用的解调结构  35-36
    3.2.4 定位原理分析  36
  3.3 分布式传感器的定位实验  36-40
    3.3.1 实验介绍  36-37
    3.3.2 系统输出结果  37-40
  3.4 实验结果分析  40-41
    3.4.1 扰动位置计算  40
    3.4.2 系统灵敏度及分辨率大小  40-41
  3.5 本章小结  41-42
  本章引用参考文献  42-44
第四章低相干远距离传感系统的降噪方法  44-56
  4.1 引言  44
  4.2 降噪结构及原理推导  44-49
    4.2.1 光纤布拉格光栅的简单介绍  44-45
    4.2.2 马赫曾德-赛格纳克混合降噪结构  45-46
    4.2.3 降噪原理分析  46-49
  4.3 检测光路及解调方法  49-50
  4.4 理论分析及模拟计算  50-53
    4.4.1 相减前噪声分析  50-51
    4.4.2 相减后噪声分析  51-52
    4.4.3 降噪效果分析  52-53
  4.5 本章小结  53-54
  本章引用参考文献  54-56
总结  56-57
在读期间参加的科研项目  57
在读期间发表的论文  57-58
致谢  58

基于低相干干涉技术的分布式传感系统的研究

内容摘要

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