【摘 要】
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光频域反射技术（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）相较于其它分布式光纤传感技术而言,因其大动态范围、高信噪比等方面的独特优势,在振动测量中得到了广泛的应用,是一种新型的光纤传感技术。但是OFDR技术应用于长距离光纤振动测量时仍然存在着不足,还面临着测试时间过长、测量振动信号灵敏度较差以及如何对振动信号进行精确定位等问题。本文从这些方面入手,对O
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光频域反射技术（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）相较于其它分布式光纤传感技术而言,因其大动态范围、高信噪比等方面的独特优势,在振动测量中得到了广泛的应用,是一种新型的光纤传感技术。但是OFDR技术应用于长距离光纤振动测量时仍然存在着不足,还面临着测试时间过长、测量振动信号灵敏度较差以及如何对振动信号进行精确定位等问题。本文从这些方面入手,对OFDR系统进行了研究与分析。论文主要内容如下:1、介绍了瑞利散射原理和光外差探测技术的基本原理,研究了 OFDR系统的理论模型和信号模型,并对拍频信号光强表达式进行了详细的公式推导。对可调谐光源的一些重要参数进行了研究,介绍了光源非线性调谐效应和偏振衰落效应的产生及影响。深入分析了抑制偏振衰落的有效方案,其中主要对偏振分级接收技术进行了研究和必要的公式推导。2、对OFDR系统的相关器件进行了分析和选择,并对该系统的光路进行了合理的设计,完成了测试系统的搭建。系统搭建成功后对其进行了相应的振动实验测试:用PZT模拟外界振动源进行实验测试,从实验结果中观察到与振动相关的频谱展宽现象。说明OFDR系统中采用的器件可以满足本文的实验要求,证明该系统可以对外界振动进行检测。3、本文提出了一种基于OFDR的振动信号自动检测的改进算法。在该算法中相应地定义了一个判定阈值,当互相关系数小于阈值时,可以对振动进行检测和定位。为了显示实验效果,将所得的拍频信号分别用该算法与频谱差分法进行处理分析。通过搭建实验平台进行实验验证,成功定位到26.96 km处的PZT振动,验证了该算法的有效性。4、为了实现更远的测量距离,本文还对OFDR系统进行了改进。在基于改进系统的基础上,本文采用远泵光纤放大器技术,设计了一种能够单向检测200km、双向检测可达400km的无中继光缆振动检测系统。首先在实验平台上测试了 112km内的光纤振动情况,然后再探测从112km至223km之间的光纤振动情况。在实验测试中定位到了 110.9km以及220.9km处的PZT振动,验证了 400km探测距离光缆振动检测系统的可行性。
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