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基于偏振态变化时延估计的分布式光纤振动传感技术研究

作　者: 高超
导　师: 于晋龙
学　校: 天津大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 光通信分布式光纤传感偏振检测 FFT互相关算法
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

石油、天然气等资源已经广泛采用管道运输系统运输。管道运输系统是一种既安全又经济的运输方式,然而近年来各种运输石油管道系统被打孔盗油案件屡见不鲜,对国家经济造成了巨大的损失,这样石油天然气运输管道的自动监测技术就显得日益重要。本文针对油气管线早期预警的要求,提出一种基于偏振态变化时延差估计的分布式光纤传感系统,以光纤中的光信号的偏振态作为传感量的检测灵敏度,定位精度高,定位实时性好的分布式光纤传感系统。本文所提出的基于偏振态变化时延估计的分布式光纤振动传感技术采用两个直流光信号在传感光纤中双向注入,外界振动会对正向和逆向传输的光造成偏振态变化,在各自的尾端利用起偏器检测偏振态变化转换为光强信息并利用光电二极管及放大电路转化为电信号。文中对传感系统的偏振传感原理进行了详细的分析与研究,提出了相应的系统方案,介绍了系统组成、光源及驱动电路、接收系统中的光电二极管及其前置放大电路,并对光电二极管接收电路的线性范围进行测试。根据本系统的分布式传感原理及系统结构,提出了相应的分布式传感检测定位方法,利用两路偏振态变化信号之间的时延差判断管道沿线侵入事件的位置信息。对时延差形成的原因进行了理论分析,并阐明利用互相关算法计算该时延差并进行分布式传感、定位的原理。利用FFT互功率谱相关法及基于希尔伯特变换的时延估计方法,有效地减少了直接相关法的计算量,大幅提高了定位系统的定位实时性。实验结果证明了该定位原理的正确性,将所得两路电信号利用FFT互相关算法,对偏振扰动点进行定位,取得到较好的结果,可以实现定位距离45千米的振动信号传感,定位绝对误差在百米量级,实验结果中绝对误差最大为三百米,定位精度可达0.8%。本系统结构简单,定位迅速,定位精度高,且系统采用器件为成熟商用器件,性能稳定,在长距离管道泄漏人为破坏检测方面有着极佳的应用前景。

基于偏振态变化时延估计的分布式光纤振动传感技术研究

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