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分布式干涉型全光纤应力传感系统可以实现连续高精度定位传感,在诸多领域均有广泛的应用前景。本文研究了基于双向马赫一贞德干涉仪的全光纤应力传感系统,用以实现埋设光缆的安全检测。检测系统基于双向马赫-贞德干涉仪,构成长程分布式全光纤传感系统,通过拾取外界的应力信号,加以解调从而实现对于外界入侵事件的检测。文章首先分析了马赫-贞德干涉仪的光学原理和结构,通过矩阵光学的方式推导了影响干涉仪干涉条纹的各类因素,讨论了基于双向马赫一贞德干涉仪的应力信号定位方法;进一步讨论了基于3×3耦合器的对称解调的算法和其局限性,分析了现有的非对称条件下的解调方案,提出了适用于普遍情况下基于自适应算法的系统实时参数跟踪的非对称解调方案。
本文的核心内容即讨论长程干涉系统中由于受到3×3耦合器的非理想性和环境等因素的时变特征所引起的干涉系统输出结果主要状态参数的时变性,以及这一时变性对于解调结果的影响;对于长程干涉系统,环境等因素的时变特征的影响体现得尤为明显,因此在一般情况下的非对称解调算法所采用的预先测量或计算系统干涉结果主要状态参数的方式就无法保证解调结果的正确性。为了有效地消除以上两个因素的影响,文中对于非对称解调算法进行了进一步的改良,通过理论推导,获得了系统输出主要状态参数的计算方法,提出了基于RLS算法的实时计算系统干涉结果主要状态参数的解调预处理算法,从而保证了解调算法中相关参数与系统状态的实时有效同步,进而获得正确的解调结果。文中分别通过仿真实验和验证实验有效的检验了改良后解调算法的正确性,实现了对于外界应力信号的有效检测,验证了干涉系统的工作能力。