白光干涉型分布式光纤振动传感关键技术研究及实现

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1、分类号学号M201172880学校代码10487密级硕士学位论文白光干涉型分布式光纤振动传感关键技术研究及实现学位申请人：王贺学科专业：光学工程指导教师：沈平教授孙琪真副教授答辩日期：2014.1.11万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringInvestigationontheKeyTechnologiesandImplementationofWhiteLightInterferometricDistributedOpticalFiberVib

2、rationSensingCandidate:WangHeMajor:OpticalEngineeringSupervisor:Prof.PerryShumAsso.Prof.SunQizhenHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到

3、本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要分布式光纤振动传感技术充分利用光纤既能传光又能传感的特性，使得光纤链路中每一

4、点都能监测附近的应力和振动变化，因此分布式光纤振动传感技术能实现超远距离的无漏点振动监测，特别适用于区域安防、油气管道泄露监测、建筑物结构健康监测及通信链路安全防御等领域。本论文主要以直线型Sagnac干涉仪为研究对象，探究白光干涉型分布式光纤振动传感技术的传感原理和定位方法。首先分析了白光干涉型分布式光纤振动传感技术的基本理论，包括光纤的应力应变效应、多种干涉型分布式光纤振动传感结构及其特点，并对基于Sagnac干涉仪的分布式光纤振动传感原理和变形结构进行重点分析。研究了直线型Sagnac分布式光纤振动传感方案及其关键技术。分别分析了在单频率振动源和多频率振动源作用下，直线型Sagnac干涉

5、仪的相位调制方式和定位方法；分析了3×3耦合器耦合强度和延迟线圈长度对系统的影响及微分积分相位解调算法。提出了白光干涉型分布式光纤振动传感系统的定位优化算法。分析了传统直接寻找陷波频率定位方法的缺陷，阐述了2-FFT(二次快速傅里叶变换)定位优化算法的基本原理和实现步骤，并理论探究了2-FFT定位算法的多点同时定位功能。最后，实验研究了基于2-FFT定位算法的白光干涉型分布式光纤振动传感系统的定位效果。通过直接寻找陷波频率定位方法和2-FFT定位算法同时对多组单点振动实验进行定位，对比结果表明2-FFT定位算法能显著提高系统稳定度和可靠性，在41km距离上全程实现定位精度小于100m。同时，实

6、验还验证了2-FFT定位算法能对多个同时发生的振动源进行有效定位。本论文研究的基于2-FFT定位算法的白光干涉型分布式光纤振动传感系统，具有远距离、高定位精度和能实现多点同时定位的优点，能广泛应用在周界安防、管道破坏行为预警和通讯干线监测等领域，具有重大的研究价值和社会效益。关键词：分布式光纤传感Sagnac干涉仪振动监测相位解调定位算法快速傅里叶变换I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththefiberpropertiesoftransmittingaswellassensing,distributedopticalfibervibrationsensingtechnol

7、ogy(DOFVS)couldmonitorstrainandvibrationsignalaroundeverypointalongthefiberlink.SuchDOFVSsystemcouldrealizealongdistancevibrationmonitoringwithoutanyblindspot.DOFVSisparticularlysuitedtoregionalsecuri