基于φ-OTDR的分布式光纤振动传感系统研究

来源 :华北电力大学(保定) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jees_giggle
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分布式光纤传感系统是以光纤作为传感介质,利用光纤中的传输光特性的变化来实现对外界物理量的监测,由于其具有长距离传感、全尺度连续性、抗干扰能力强等特点,目前已经广泛应用于土木、电力、通信等行业。本文主要基于相位敏感光时域反射技术(Phase-sensitiveOpticalTimeDomainReflectometer,φ-OTDR)对光纤振动监测和干式空心电抗器的振动监测开展了实验与仿真研究。
  本文简述了分布式光纤传感技术基本原理,综述了φ-OTDR系统的研究现状,从光的瑞利散射出发,从理论上分析了φ-OTDR技术的传感机理,对系统的关键性能指标及其影响因素和提高方法进行了系统分析,为后续章节中的实验与建模仿真奠定了理论基础。
  本文搭建了基于φ-OTDR的分布式振动监测系统,介绍了实验中的器件以及参数。所搭建的实验系统在多种光纤和定制的敷设光纤的干式空心电抗器上成功监测到振动。开展了光纤类型、压电陶瓷所施加电信号的频率和幅度等因素对振动测量结果影响的研究,结果表明,没有发现振动位置的检测光强随着所施加正弦波信号的电压和频率变化成明显的规律性变化,单模光纤更适用于φ-OTDR系统。另外,本文提出一种将φ-OTDR技术与拉曼放大技术相结合的方法,搭建了一种结构更简化的长距离分布式振动监测系统,成功的在长度为45km的光纤上监测到振动。最后,由于实验条件的限制,采用建模方式对φ-OTDR的相关问题进一步进行了研究。基于瑞利散射光功率与相位关系对φ-OTDR进行了建模,仿真研究了振动信号的还原与相位模糊问题。将相干光时域反射(Coherent Optical Time Domain Reflectometry,COTDR)技术的解调方法应用到φ-OTDR中,验证了归一化互相关计算和峰值检测法作为φ-OTDR系统新型解调方法的有效性。本文工作对长距离分布式光纤振动传感系统的性能优化具有一定的参考价值。
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