【摘 要】
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分布式光纤振动传感技术在结构健康监测、自然灾害预警和安防报警等领域具有重要的应用前景。在实际应用中,不同的振动频率往往对应不同的损伤类型,因此需要监测系统能够同时对较宽频率范围内的振动进行响应。研究分布式宽频振动传感技术具有重要意义。基于光频域反射技术（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）的分布式振动传感技术由于具有高空间分辨率、大动态范围和高灵
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分布式光纤振动传感技术在结构健康监测、自然灾害预警和安防报警等领域具有重要的应用前景。在实际应用中,不同的振动频率往往对应不同的损伤类型,因此需要监测系统能够同时对较宽频率范围内的振动进行响应。研究分布式宽频振动传感技术具有重要意义。基于光频域反射技术（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）的分布式振动传感技术由于具有高空间分辨率、大动态范围和高灵敏度的特点,成为振动传感领域研究的热门之一。在OFDR振动测量技术中,频率响应范围与空间分辨率、传感距离、信号采集成本之间相互制约,限制了系统的振动传感特性。本文研究基于相位解调的OFDR宽频振动传感技术,通过对光纤尾端施加弱反射点,对弱反射点的拍频信号进行相位解调得到振动引起的传输光相位变化,从而获得宽频振动的频率和振幅信息。主要内容概述如下:（1）提出对测试光纤末端反射点信号进行相位解调的方法,以提高OFDR系统的振动频率响应范围,研究了影响系统频率响应范围和动态范围的主要因素,最后对该方法进行了仿真验证。（2）通过仿真和实验研究了光源非线性扫频相位噪音对宽频振动测量的影响,并通过三次样条插值和去斜滤波算法对非线性扫频噪音进行了补偿,补偿后,距离100 m处反射峰宽度压缩达到206倍,2000 m处压缩达到443倍,说明非线性噪音影响程度大大降低。（3）进行了OFDR宽频振动测量的实验验证。实验结果表明:在2 km的传感距离上,利用该方法可以实现40 Hz～10 kHz频率范围内的振动解调,且在该范围内具有平坦响应。对于40 Hz、1 kHz、5 kHz的振动,能够解调的最大相位变化大于5 rad,在10 kHz时,能够解调最大相位变化约为3.6 rad。同时,利用去斜滤波法对所有位置拍频信号进行噪音补偿,实现了10 cm的空间分辨率。本文研究了基于相位解调的OFDR宽频振动传感技术,对基于分布式宽频振动的结构健康监测提供理论和实验参考。
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