Φ--OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)穩(wěn)定性與環(huán)境適應性研究.pdf

1、Φ-OTDR分布式光纖傳感技術在長距離大范圍定位與實時監(jiān)測方面具有無法比擬的優(yōu)勢，受到了廣泛的研究和應用。隨著Φ-OTDR分布式光纖傳感工程系統(tǒng)的不斷推出，工程應用過程中在系統(tǒng)穩(wěn)定性及環(huán)境適應能力等方面暴露出一系列難以解決的科學問題。本文面向應用需求，對Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)及其擾動應變信號的獲取、系統(tǒng)穩(wěn)定性和環(huán)境適應能力等方面展開理論、實驗與工程應用研究。
　　首先建立了Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感系統(tǒng)干涉光路光傳

2、輸矩陣模型，分別推導得出無、有擾動時光路綜合背向散射信號表達式以及擾動定位表達式。仿真得出光路背向散射跡線和功率代價，獲得系統(tǒng)優(yōu)化光路參數(shù);獲得單點擾動多周期探測情況下擾動點處小波包;獲得擾動頻響曲線，發(fā)現(xiàn)擾動頻率低于50Hz時，系統(tǒng)無法正常工作。搭建了Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感實驗系統(tǒng)，驗證了所建傳感系統(tǒng)干涉光路光傳輸矩陣模型。
　　接著基于香農(nóng)采樣定律，提出了Φ-OTDR分布式光纖擾動應變信號獲取方案，建立了系統(tǒng)傳輸矩陣模

3、型。研制了光信號接收處理模塊和延時光纖6km、傳感光纖10km、工作波長1310nm的Φ-OTDR分布式光纖擾動應變信號獲取實驗系統(tǒng)，開展了系統(tǒng)對不同位置、不同頻率擾動應變信號獲取試驗，還原的信號與原擾動應變信號一致，驗證了所提擾動應變信號獲取方案。
　　然后針對光纖熔接點損耗、無害入侵誤報等問題，提出了工程解決方案。開展了大量熔接點對比試驗，結果表明保偏光纖熔接機熔接點損耗低，溫、濕度穩(wěn)定性高。提出基于過閾值率的擾動模式識別與分

4、類方案，建立了延時光纖6km、傳感光纖4km、光源工作波長為1310nm的Φ-OTDR分布式光纖擾動傳感工程示范系統(tǒng)，結果表明所提方案濾除了無害入侵事件，事件正確識別率大于95％。
　　最后深入研究了傳感光纜暴露在大氣環(huán)境中，系統(tǒng)受雨滴碰擊產(chǎn)生誤報的問題。分析了雨滴與光纖互作用動力學過程，推導得出單、多雨滴引起光纖中背向散射光相位變化表達式。提出了并行傳感光纖動態(tài)雨量補償方案，給出了外界擾動判據(jù)式。研制了動態(tài)雨量補償式Φ-OTDR