【摘 要】
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分布式光纤传感系统因其对外界信号感知具备高灵敏性、抗电磁干扰能力强、数据传输保密性好、传感防御区域广等优势,目前已在在周界安防、管道泄漏监测、桥梁大坝和居民建筑等诸多领域得到运用。本文基于相位敏感光时域反射（Φ-OTDR）原理搭建了宽频域长距离光纤传感系统。针对延长系统传感距离,采用了光纤放大和低噪声光信号滤波技术;基于小波包分解算法进行扰动信号特征提取和支持向量机（SVM）对扰动信号特征进行训练
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分布式光纤传感系统因其对外界信号感知具备高灵敏性、抗电磁干扰能力强、数据传输保密性好、传感防御区域广等优势,目前已在在周界安防、管道泄漏监测、桥梁大坝和居民建筑等诸多领域得到运用。本文基于相位敏感光时域反射（Φ-OTDR）原理搭建了宽频域长距离光纤传感系统。针对延长系统传感距离,采用了光纤放大和低噪声光信号滤波技术;基于小波包分解算法进行扰动信号特征提取和支持向量机（SVM）对扰动信号特征进行训练,实现了系统多事件、高准确模式识别;针对系统的频率响应范围,提出了一种新的解调方法,即通过数据重新构建的方法并做傅里叶变换,解调出扰动信号的频率信息。最后,利用ANSYS Workbench对管道气体泄漏情况进行了仿真并与实际管道漏气解调结果进行比较,分析了漏气信号与管道压强、泄漏孔径三者间的关系,实现了管道漏气信号检测。具体工作内容如下:（1）对分布式光纤传感器的研究背景和意义、特点与分类进行了介绍,并对基于相位敏感光时域反射（Φ-OTDR）原理的传感技术的研究现状、工作原理和性能指标进行了阐述,并从理论上分析了系统监测距离的延长方法和模式识别方法。（2）基于光纤放大与低损耗光滤波器相结合的方法,实现45 km长距离监测并对扰动信号的SNR变化进行分析,最后讨论了非线性效应对光纤传感系统长距离测试性能的影响。（3）搭建模式识别实验系统,采用小波分解解调出事件信号的原始特征信息,基于支持向量机进行模型训练实现了四种不同事件类型的识别。（4）研究了宽频域长距离光纤传感器的频率解调以及在实际管道泄漏中的应用。提出了一种基于幅度检波的分布式宽频域光纤传感信号解调方法,验证了系统2 Hz-2.5 k Hz的宽频信号响应能力。借助ANSYS Workbench软件对不同条件下管道气体泄漏的情况进行仿真。搭建了管道泄漏模仿实验装置,对管道气体泄漏进行传感实验与测试,实现系统对管道气体泄漏事件的报警。
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