论文部分内容阅读
分布式光纤传感技术不仅具有普通光纤传感器抗电磁干扰，灵敏度高，外形可变等优点，而且能够在长距离范围内对待测量进行多点分布式的测量，在大型基础工程的感知和检测方面具有不可替代的优势，现成为国际高科技领域竞争的焦点。
相位敏感的光时域反射计(φ-OTDR)是一种基于后向瑞利散射光的分布式光纤传感器。该技术以极窄线宽和低频率漂移激光器为光源，通过向传感光纤中连续注入光脉冲来探测外界的扰动和温度等动态变化信号，通过散射光到达接收端的时间延迟对事件进行定位。由于光源的高相干性，接收端收到的散射光是脉冲宽度内散射光干涉的结果，干涉光强的变化反映了外界扰动的变化。
本文在总结前人工作的基础上，提出了一种基于数字相干检测的相位敏感光时域反射计，完成了以下各项工作:
1.在分析系统的各项指标的基础上，完成了系统设计，并搭建了实验平台。该系统将数字相干检测的优点和相位敏感OTDR的优点结合起来，实现了对扰动信号的定量探测，弥补了基于直接检测的相位敏感OTDR只能定性探测扰动的缺陷。系统的空间分辨率为5m，传感距离为5Km，探测带宽为10KHz。
2.设计了用于上述系统的硬件控制程序和信号处理算法。程序通过控制数据采集卡，将相干检测得到的瑞利散射光拍频信号转换为数字信号，解调出了瑞利散射光的振幅和相位。通过对不同脉冲得到的瑞利散射光振幅进行时间差分，实现了对外界扰动的定位。通过监测扰动区域内两点间的相位差随时间变化特征，得到了外界扰动的频率和强度。
3.提出了一种用维纳滤波技术降低系统噪声的方案。该方案通过分析系统的噪声功率谱特性，在不增加硬件成本的基础上，给出最小均方误差条件下的相位最佳估计，使相位解调精度提高了一倍。