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基于Mach-Zehnder干涉仪分布式扰动传感器的定位方法研究

作　者: 陈京惠
导　师: 娄淑琴
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 分布式光纤传感技术 Mach-Zehnder干涉仪时延李萨如图定位误差
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 26次
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内容摘要

分布式光纤扰动传感器具有灵敏度高,可以实现连续分布式传感检测等优势,在石油化工、生物医学、电力系统等各个领域获得了广泛应用。目前国内外针对分布式扰动传感器有多种方案,其中,以基于Mach-Zehnder干涉仪结构为主流技术方案。Mach-Zehnder干涉仪分布式扰动传感器系统可实现传感光纤上任意一点的连续分布式检测,通过传感信号的时延估计获得扰动发生的位置。时延估计方法对Mach-Zehnder干涉仪光纤分布式扰动传感器系统的定位分辨率和定位误差具有重要影响。本文主要研究了Mach-Zehnder干涉仪光纤传感器中的定位方法,文中首先研究了Mach-Zehnder干涉仪分布式扰动传感器的发展现状,分析了其关键技术的研究进展,重点分析了定位方法的研究情况以及存在的问题。介绍了双Mach-Zehnder干涉仪分布式扰动传感器的结构和各个组成部分,研究了相位调制原理,得到出射光波与扰动之间的关系式；研究了利用了两路传感信号间的时延差来估计扰动位置的原理,并推导了扰动位置与时延差之间的关系式。其次研究了互相关定位方法和倒谱定位方法原理,以及在双Mach-Zehnder干涉仪光纤分布式扰动传感系统中的应用。并针对减小传统互相关定位误差,提出了一种基于李萨如图定位方法对传感系统的扰动进行定位。通过对采集的传感信号的李萨如图进行处理,得到李萨如图形中的拟合椭圆,研究了拟合椭圆参数和时延之间的关系。研究结果表明：椭圆长半轴和短半轴随时延呈现出线性的变化关系,椭圆短半轴对时延的变化更为敏感,通过测量拟合椭圆的短半轴可以对传感系统的扰动进行定位。实验结果表明,本文所提出的李萨如图时延估计方法能够取得比互相关更小的定位误差,可以为光纤分布式扰动传感系统的定位方法提供有益的参考。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-20
  1.1 选题背景及意义  11-12
  1.2 干涉型分布式扰动传感器的研究现状  12-16
  1.3 Mach-Zehnder分布式光纤扰动传感器技术研究现状及关键技术  16-18
  1.4 选题意义及完成的主要工作  18-20
2 Mach-Zehnder分布式扰动传感器结构及传感原理研究  20-27
  2.1 Mach-Zehnder光纤分布式扰动传感器结构  20-22
  2.2 Mach-Zehnder光纤分布式扰动传感器相位调制原理  22-25
  2.3 基于双Mach-Zehnder分布式扰动传感系统的定位原理  25-26
  2.4 本章小结  26-27
3 基于Mach-Zehnder分布式光纤传感器的定位方法研究  27-42
  3.1 主要时延算法分析  27-28
  3.2 互相关时延估计  28-37
    3.2.1 基本互相关时延估计  28-32
    3.2.2 广义互相关时延估计  32-37
  3.3 倒谱时延估计  37-41
  3.4 本章小结  41-42
4 基于李萨如图的分布式光纤传感定位方法研究  42-51
  4.1 基于Mach-Zehnder干涉仪传感器输出信号的李萨如图  42-44
    4.1.1 李萨如图基本概念  42
    4.1.2 基于Mach-Zehnder干涉仪传感信号的李萨如图分析  42-44
  4.2 李萨如图定位算法研究  44-48
  4.3 实验数据仿真研究  48-50
  4.4 本章小结  50-51
5 结束语  51-53
  5.1 本文完成的主要工作  51
  5.2 下一步工作建议  51-53
参考文献  53-57
攻读硕士学位期间取得的研究成果  57-58
作者简历  58-60
学位论文数据集  60

基于Mach-Zehnder干涉仪分布式扰动传感器的定位方法研究

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