基于多频Φ-OTDR的分布式光纤传感技术研究.pdf

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1、硕士学位论文基于多频Φ-OTDR的分布式光纤传感技术研究RESEARCHONDISTRIBUTEDFIBERSENSINGTECHNOLOGYBASEDONMULTI-FREQUENCYΦ-OTDR潘越哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O436.2学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学硕士学位论文基于多频Φ-OTDR的分布式光纤传感技术研究硕士研究生：潘越导师：巴德欣讲师申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:O436.2U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONDISTRIBUTEDFIBERSENSINGTECHNOLOGYBASEDONMULTI-FREQUENCYΦ-OTDRCandidate：PanYueSupervisor：LecturerDexinBaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PhysicalElectronicsAffili

3、ation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要相位敏感光时域反射技术（Φ-OTDR）由于其灵敏度高、系统结构简单稳定、可实现分布式测量等优点，成为了光纤传感领域的一项重要技术。Φ-OTDR系统主要的研究重点在于相位解调技术的研究，现阶段Φ-OTDR相位解调主要通过扫频、脉冲啁啾化、相干探测结合算法等方式实现，而这些方式面临着测量响应范围小、空间

4、分辨率较差或增加系统复杂化等缺点。为了满足科研及生产生活中的传感需求，研究一种简化的、可靠的用于高分辨率的动态分布式测量Φ-OTDR系统是十分有意义的。本文提出一种多频Φ-OTDR技术，该技术基于频率补偿原理，利用多个频率的探测脉冲光进行探测，通过选取适当的频率对，实现对温度变化速率进行测量。该方法具有动态测量范围大、不受衰落噪声干扰、所需器件带宽低等优点。本文的主要研究工作如下：（1）建立了多频Φ-OTDR方案的仿真模型，以此进行了仿真研究。首先仿真分析了温度变化速率与双频脉冲散射波形间延迟的关系，进而研究了帧差

5、（反映时间延迟）与测量误差之间的关系，确定了多频Φ-OTDR技术频率选取依据：当帧差在30-50范围内时测量结果较为准确。（2）开展进行了双频Φ-OTDR的温度传感实验研究，以200MHz的声光调制实现了温度变化范围为80℃-55.4℃的动态温度信号的实时监测，方案可正确测量温度变化的符号，结果与热电偶实测的温度变化情况相吻合。（3）在双频实验基础上，开展了多频Φ-OTDR实验。采用频差为3MHz、4MHz、8MHz和16MHz的几对脉冲对温度变化进行监测。研究结果表明，当选取帧差为40左右对应的脉冲对进行计算测量

6、误差最小，证实了仿真研究得出的频率选取依据的正确性。关键词：温变测量；分布式动态测量；相位敏感光时域反射技术-I-AbstractAbstractΦ-OTDR,asavitaltechniqueinfibersensing,isoutstandingforitssensitivity,simpleandrobustsystemschemeandavailabiltyofdistributedsensing.ThemainresearchfocusoftheΦ-OTDRsystemliesinthephasedemo

7、dulationtechnology.Atthisstage,phasedemodulationofΦ-OTDRismainlyachievedthroughfrequencysweeping,chirpedpulse,andcoherentdetectioncombinedwithalgorithms.Thesemethodcansufferfromlimitedresponserange,poorspatialresolutionorcomplexityofsystem.Itisofgreatimportanc

8、etostudyasimpleandreliabledynamicdistributedmeasurementΦ-OTDRsystem.Themulti-frequencyΦ-OTDRisproposedinthispaperutilizeingthefrequencydifferencebetweendetectionpulsestocompensatet