【摘 要】
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传统的设施监测手段主要基于压电检测技术,但此技术难以对基础设施的安全进行实时监测。而分布式光纤传感技术以光纤作为传感媒介,可以实现对振动信号的实时解调,具备探测距离长、精度高、本质安全、耐腐蚀等优点,被广泛应用于交通运输、石油化工、周界安防等基础设施领域。相位敏感光时域反射仪（Phase Sensitive Optical Time Domain Reflectometer,Φ-OTDR）,作为一
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传统的设施监测手段主要基于压电检测技术,但此技术难以对基础设施的安全进行实时监测。而分布式光纤传感技术以光纤作为传感媒介,可以实现对振动信号的实时解调,具备探测距离长、精度高、本质安全、耐腐蚀等优点,被广泛应用于交通运输、石油化工、周界安防等基础设施领域。相位敏感光时域反射仪（Phase Sensitive Optical Time Domain Reflectometer,Φ-OTDR）,作为一种典型的分布式光纤传感技术,对外部振动信号具有较高的灵敏度,通过单次测量就可获取整个光纤上的振动信息,具有辨析振动事件特征的能力,因此在振动检测方面突显出独特的优势。相干光时域反射仪（Coherent Optical Time Domain Reflectometer,COTDR）在Φ-OTDR基础上引入相干探测技术,主要是对本征信号与后向瑞利散射信号的拍频信号进行处理,能够感知外界振动信号的位置和相位信息,具有更高的灵敏度和信噪比。本文针对COTDR系统的信号解调方法展开了研究,其中包括正交解调技术、滤波器设计以及激光器频漂抑制等内容,然后基于COTDR系统开发了上位机软件,搭建了工程样机,并利用该样机实时监测了振动信号的幅值和相位信息。本文具体的研究工作如下:（1）从瑞利散射理论出发,分析了光时域反射机理,阐述了振动信息解调的相关原理,详细介绍了所选用光学仪器的参数,依此设计和搭建了COTDR系统光路,同时对系统的关键性能参数进行分析。（2）深入分析了COTDR系统的正交解调法,详细研究了相位解调,阐述了滤波器对COTDR的影响,最后设计了多组振动信号特征解调的实验,并对实验结果进行了详细的分析。（3）提出了基于COTDR的差分拟合方法,讨论了考虑两侧相位噪声的相位差区域的定量选择问题,通过实验表明采用差分拟合方法可以有效地抑制激光频率漂移的影响。最后将COTDR系统的低频信号感知能力下探到0.02Hz。（4）设计并开发了相干光时域反射仪。介绍了MFC开发优势与COTDR上位机软件的整体框架,详细分析了软件中主要模块的开发流程和实现方案,并对上位机进行了图形化界面设计,最后搭建了工程样机。
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