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《复旦大学》 2011年
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分布式光纤振动传感器及其定位技术研究

许海燕  
【摘要】:干涉型分布式光纤传感定位技术基于相位调制原理,因其高灵敏度的传感特性得到广泛的关注与重视。本文针对现有的分布式光纤传感定位技术中存在的问题,以实现高精度、长距离的定位技术为目标,提出了一种基于波分复用的分布式光纤传感定位方案,并对其进行了全面研究。具体研究内容及成果如下: 1、在介绍分布式光纤传感原理的基础上,重点研究了几种干涉型分布式光纤传感定位方法的理论模型,对其特点和不足进行了分析讨论,结果表明这些分布式光纤定位系统的探测灵敏度较高,但其传感结构限制了它们适用的传感范围。因此,研究长距离、高精度的扰动定位系统,必须从传感结构上进行突破。 2、针对现有定位技术存在的监控距离短、激光器光源引起的光纤光路系统稳定性差以及扰动源激发频率范围受限等问题,提出了基于波分复用技术的分布式光纤传感定位系统方案,通过3×3耦合器构成两个独立的干涉光路,利用比较两路干涉信号频谱特性的方法获得扰动定位信息,详细分析和讨论了系统的基本结构和定位原理。 3、研究了与系统相关的信号处理方法。对端点检测、小波去噪、相位还原及功率谱估计等问题进行了分析和讨论,提出了适合本系统的各种应用方法。特别是提出了一种新的利用3×3耦合器的两路输出干涉信号特征进行相位还原的方法,通过对输出信号进行直流补偿、归一化过程,实现对相位信号的准确解调。 4、对系统的稳定性进行了研究和分析。在介绍单模光纤中偏振态不稳定原因的基础上,分别从理论计算和仿真分析两个方面比较了在传感系统末端引入反射镜和法拉第旋转镜时传感光纤上偏振态变化对系统稳定性的影响;提出并设计了一种新的用于稳定性分析的实验方法。理论分析和实验结果表明系统具有较高的稳定性。 5、研究了基于波分复用的分布式光纤传感定位系统在具体定位实验中的应用。实验结果表明,本文提出的分布式光纤传感定位系统能够解决现有的光纤传感定位系统中存在的定位精度低以及传统的陷波点定位的局限性问题。 主要创新点: 1、提出了一种全新的基于频谱比值的定位算法。这种方法不仅可消除扰动信号幅度、频率成分变化对定位的影响,还可利用多个频率点曲线拟合的方法获得位置值,相对于传统的利用单点定位的陷波点方法显著减小了信号处理中误差的影响,大大提高了定位精度,此外,因其扰动位置的获取不依赖于扰动源激发某个特殊频率点,适用性更强,应用范围更广 2、提出了一种全新的基于波分复用的分布式光纤传感定位系统结构,利用波分复用技术使得同一扰动获得两种不同的干涉信号实现定位。系统采用的是宽带光源,大大降低了激光光纤干涉系统中由于激光的强时间相干性带来的系统不稳定,光路不易受温度、偏振的影响,稳定性高。利用3×3耦合器的结构可以使系统工作在较灵敏的区域内,避免了使用相位偏置结构的问题。系统中使用的直线式结构解决了以往的环形结构中光纤屏蔽等问题。 3、提出了一种新的利用3×3耦合器的两路输出干涉信号特征进行相位还原的方法,理论分析和实验表明该方法只需要输出两路具有一定初始相位差的干涉信号,且结构简单,没有微积分等复杂的数学运算,利于实现。 研究的基于波分复用的分布式光纤振动传感器及其定位技术,将在干线监测、管道破坏行为预警及周界安防等领域得到广泛应用,具有重大的科学价值和潜在的社会经济效益。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP212.14

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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2 刘利;;光纤光栅周界入侵报警系统在石油罐区周界安防中的应用[J];石油化工安全环保技术;2012年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张翠;基于光纤布喇格光栅智能周界安防方法及关键技术研究[D];武汉理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 武因峰;杨进华;于昕平;;基于红外偏振的入射角确定[J];长春理工大学学报(自然科学版);2010年01期
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3 韩文念;汪曣;刘琨;贾大功;刘铁根;;基于虚拟仪器技术的腔内吸收光谱波长调制与解调[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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5 陈伟力;王霞;金伟其;;基于偏振双向分布反射函数的红外偏振特性分析[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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7 孙萍;尤秉信;;光学双稳与混沌实验[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年
8 钟小江;仝卫国;李宝树;;小波分析在光纤光栅传感信号处理中的应用[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
9 谢园园;陈伟民;章鹏;林蕾;;单光纤长途管线破坏定位的信号解调研究[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅱ)[C];2008年
10 张熹彦;倪江生;;基于DSP的FGB波峰检测算法的研究[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅲ)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张勇;布里渊光纤陀螺有源腔关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 陈世同;高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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5 马丽珍;自由空间量子通信中偏振光子传输和操控的理论与模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
6 黄翀;航空场景模拟器的设计与研究[D];华中科技大学;2011年
7 程旭升;聚合物Bragg光纤光栅的制作及其传感特性的研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 吴建荣;空间量子密钥分配中的偏振劣化及系统改进设计[D];中国科学技术大学;2011年
9 王洪建;激光等离子体极化光谱诊断研究[D];重庆大学;2010年
10 邢键;基于光后向散射法的烟尘浓度测量技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
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1 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
2 贾林涛;折射率调制光纤气体传感系统设计与研究[D];郑州大学;2010年
3 郭东歌;基于LPFGs氢敏探测器的研究[D];郑州大学;2010年
4 韩书新;光纤陀螺用保偏光纤及光纤环测试方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 史鹏;偏振光子的大气传输及光子与腔—量子点的相互作用[D];中国海洋大学;2010年
8 颜菲;应用于偏振模色散补偿系统中的前向纠错技术的研究[D];北京邮电大学;2011年
9 莫磊;基于DSP的FBG传感器信号解调系统在电缆测温中的应用[D];哈尔滨理工大学;2010年
10 张帆;基于ARM的FBG和光纤F-P传感器通用解调系统的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 陈文涛;龚善初;;单质点弦振子振动分析[J];湖南文理学院学报(自然科学版);2007年04期
3 钱静洁;张建秋;贾波;;Sagnac干涉定位系统的实时信号处理方法[J];传感技术学报;2006年04期
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8 陈德胜;郜洪云;肖灵;傅汝廉;孙德兴;;基于Sagnac干涉仪的新型声源定位光纤传感器[J];光电子·激光;2006年04期
9 谢尚然;邹琪琳;屠亦军;张秀峰;王利威;张敏;廖延彪;;长距离双M-Z干涉型振动传感器实时定位算法研究[J];光电子.激光;2009年08期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王立;基于分布式光纤传感的智能环境感知技术研究[D];南开大学;2008年
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1 张溪默;双Mach-Zehnder型光纤油气管道安全系统中的偏振控制[D];天津大学;2012年
2 贾艳丽;振动/温度光纤光栅传感器技术研究[D];西安理工大学;2008年
【二级引证文献】
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3 司辉;李香文;董晓琪;渠忠强;王伟;;振动光纤技术在天然气站场周界安防中的应用[J];天然气工业;2013年10期
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1 杨洁;基于光纤振动安全预警系统的定位算法研究[D];北方工业大学;2014年
【二级参考文献】
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1 胡志新,张桂莲,何巨,张陵,周进雄;利用分布式光纤传感技术检测天然气管道泄漏[J];传感器技术;2003年10期
2 周琰,靳世久,张昀超,孙立瑛;管道泄漏检测分布式光纤传感技术研究[J];光电子·激光;2005年08期
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7 江毅,陈淑芬;用3×3耦合器的干涉仪直接解调光纤光栅传感器的信号[J];光学学报;2004年11期
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9 宋牟平,赵斌,章献民;基于微波电光调制的布里渊光时域分析传感器[J];光学学报;2005年08期
10 陈伟民;吴俊;谭靖;胡庆;朱永;章鹏;;双马赫-曾德尔分布式光纤传感系统定位技术[J];光学学报;2007年12期
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2 蒋奇;分布式光纤温度传感技术在隧道监测中的应用[J];应用光学;2005年03期
3 裘新农;;分布式光纤温压同测现场试验获得成功[J];新疆石油科技;2011年02期
4 严晓龙;赵庆平;;浅谈分布式光纤火灾报警系统及其应用[J];消防科学与技术;2006年06期
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10 张利勋;刘永智;欧中华;代志勇;周策;;滑坡崩塌岩体推力监测用分布式OTDR技术[J];光电工程;2006年07期
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6 黄海峰;孙小菡;张明德;丁东;;基于隶属云的分布式光纤工业网络可靠性分析[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
7 王玉晓;王莹;;分布式光纤感温探测火灾报警系统及其应用[A];2010中国消防协会科学技术年会论文集[C];2010年
8 张在宣;李晨霞;余向东;张文生;金尚忠;张淑琴;董新永;赵春柳;孙忠周;王剑锋;龚华平;刘红林;李裔;;基于光纤非线性效应融合原理的全分布式光纤传感技术研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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10 王军涛;张军荣;;光纤传感器在三板溪水利枢纽渗流监测中的应用[A];水电站梯级调度及自动控制技术研讨会论文集[C];2008年
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2 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心;为水工程安全与病害防治提供科技支撑[N];中国水利报;2009年
3 ;“小鸡快跑”的背后[N];计算机世界;2002年
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6 记者 孙兆光 通讯员 武英俊;第五代管道预警技术成功试用[N];中国石油报;2008年
7 记者 赵引德;油气管道安全预警技术获国家奖[N];中国化工报;2009年
8 ;“长江重要堤防隐蔽工程建设追踪”系列报道——监测篇$$为隐蔽工程“体检”[N];中国水利报;2002年
9 本报记者 乔桥;马水山:靠实力抢占市场[N];中国水利报;2000年
10 陈敏;新型大坝安全监测仪亮相[N];中国水利报;2004年
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1 史彦新;分布式光纤应变监测系统研究[D];中国地质大学(北京);2010年
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3 张景川;分布式光纤油气管道安全检测信号处理技术研究[D];天津大学;2010年
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5 封皓;基于双Mach-Zehnder干涉仪结构的光纤管道安全预警系统建模及定位研究[D];天津大学;2011年
6 曲志刚;分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术研究[D];天津大学;2007年
7 何俊;分布式光纤传感系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 曹立军;分布式光纤温度测量及数据处理技术研究[D];合肥工业大学;2006年
9 孙志峰;分布式光纤振动传感网络周界防入侵系统[D];华中科技大学;2010年
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2 胡正松;分布式光纤水下油气长输管道泄漏检测装置设计[D];中国计量学院;2013年
3 蒋鹏;基于瑞利散射的分布式光纤振动传感技术研究[D];国防科学技术大学;2012年
4 程英;基于分布式光纤的煤矿测温系统的研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
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6 钱波;分布式光纤扰动监测系统信号调理技术的研究[D];重庆大学;2011年
7 郭光朝;基于分布式光纤的石油管道冰堵检测及定位的研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
8 徐翔宇;基于分布式光纤温度传感技术的渗漏监测方法研究[D];湖北工业大学;2012年
9 王建;分布式光纤振动传感系统设计[D];华中科技大学;2011年
10 刘佳;基于偏振检测的分布式光纤振动传感研究[D];天津大学;2012年
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