【摘 要】
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光频域反射技术（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）在现代军事、大型建筑、精密仪器制造等领域有重大的价值,是近年来研究的热门。本文首先建立了OFDR系统理论模型,在该理论模型基础上,搭建了分布式光纤声频振动实验系统。通过软件算法去除光源扫频非线性所带来的相位噪声,系统空间分辨率大大提高。利用互相关算法实现振动事件定位,进一步通过相位解调法恢复振动
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光频域反射技术（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）在现代军事、大型建筑、精密仪器制造等领域有重大的价值,是近年来研究的热门。本文首先建立了OFDR系统理论模型,在该理论模型基础上,搭建了分布式光纤声频振动实验系统。通过软件算法去除光源扫频非线性所带来的相位噪声,系统空间分辨率大大提高。利用互相关算法实现振动事件定位,进一步通过相位解调法恢复振动信号。论文的主要内容如下:1、通过光纤光栅和光纤瑞利散射的物理机制引出OFDR技术原理,并对其理论模型进行分析。分析光源扫频非线性效应和相位噪声。利用软件仿真不同激光器线宽以及不同测量距离情况下噪声对拍频信号的影响。2、搭建了基于OFDR的分布式声频振动传感系统。基于OFDR系统声频振动传感理论模型,对OFDR声频振动传感系统特性进行了分析,重点讨论了空间分辨率、测量距离和频率响应范围与系统光源的扫描时间Ts、扫频范围△F、扫频速率γ以及采集卡采样率fs的关系。最后对OFDR系统进行了设计以及搭建,通过示波器观察辅助干涉仪拍频信号,验证理论正确性。3、开展了OFDR声频振动传感系统解调算法研究。对NUFFT法、三次样条插值法和去斜滤波法的非线性效应补偿作用进行了理论分析和仿真。针对OFDR振动传感系统提出了互相关算法和相位解调法两种解调方案。互相关法能对振动事件进行定位,相位解调法在不同的振动频率以及振动幅度时都能恢复出振动信号。简单介绍了高斯滤波法和小波去噪法对信号噪声进行去除。4、开展了OFDR分布式声频振动传感实验研究。在100m处,经过三次样条插值系统空间分辨率达0.85mm左右,在440m处经过去斜滤波法补偿后系统空间分辨率达到9cm。利用高斯滤波法和小波去噪法提升信号质量。通过互相关法实现了对振动事件的定位,在120m处振动空间分辨率达到0.4m。通过相位解调法成功恢复了振动信号,振动频率测量范围为100Hz-2k Hz。
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