白光干涉型分布式光纤振动传感关键技术研究及实现

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分布式光纤振动传感技术充分利用光纤既能传光又能传感的特性,使得光纤链路中每一点都能监测附近的应力和振动变化,因此分布式光纤振动传感技术能实现超远距离的无漏点振动监测,特别适用于区域安防、油气管道泄露监测、建筑物结构健康监测及通信链路安全防御等领域。本论文主要以直线型Sagnac干涉仪为研究对象,探究白光干涉型分布式光纤振动传感技术的传感原理和定位方法。首先分析了白光干涉型分布式光纤振动传感技术的基本理论,包括光纤的应力应变效应、多种干涉型分布式光纤振动传感结构及其特点,并对基于Sagnac干涉仪的分布式光纤振动传感原理和变形结构进行重点分析。研究了直线型Sagnac分布式光纤振动传感方案及其关键技术。分别分析了在单频率振动源和多频率振动源作用下,直线型Sagnac干涉仪的相位调制方式和定位方法;分析了3×3耦合器耦合强度和延迟线圈长度对系统的影响及微分积分相位解调算法。提出了白光干涉型分布式光纤振动传感系统的定位优化算法。分析了传统直接寻找陷波频率定位方法的缺陷,阐述了2-FFT(二次快速傅里叶变换)定位优化算法的基本原理和实现步骤,并理论探究了2-FFT定位算法的多点同时定位功能。最后,实验研究了基于2-FFT定位算法的白光干涉型分布式光纤振动传感系统的定位效果。通过直接寻找陷波频率定位方法和2-FFT定位算法同时对多组单点振动实验进行定位,对比结果表明2-FFT定位算法能显著提高系统稳定度和可靠性,在41km距离上全程实现定位精度小于100m。同时,实验还验证了2-FFT定位算法能对多个同时发生的振动源进行有效定位。本论文研究的基于2-FFT定位算法的白光干涉型分布式光纤振动传感系统,具有远距离、高定位精度和能实现多点同时定位的优点,能广泛应用在周界安防、管道破坏行为预警和通讯干线监测等领域,具有重大的研究价值和社会效益。
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