基于混频法的布里渊分布式光纤传感系统研究

【摘要】如今，国家经济交通发展迅速，能源开发与利用日趋频繁，铁路、桥梁等运输系统越来越多，光缆、电缆等通信介质也铺设广泛，油田、矿井的开采也只多不少。在开发利用环境的同时，保证工作环境的安全更为重要，这就要求有非常精确的安全监测系统，来监控各种安全隐患，对将要发生的危险提前预警，避免发生人员及财产的损失。因此，利用光纤进行分布式的传感测量在监控环境方面具有重大的社会意义。鉴于布里渊光纤传感器的应用场合大都是重要的施工场所，对它的测量精确度要求就更高。本文提出了采用混频法来解调系统布里渊频移信号的方法。后向布里渊散射光和参考光在频率为12GHz的光电探测器中相互作用产生干涉信号，即布里渊频移信号，进行下混频处理，将11GHz左右的高频信号降低到1GHz以下的中频段，再进行信号处理。可以避免高频率段的信号处理带来的低稳定度，同时后续的放大滤波等器件都无需使用高频微波器件，从而降低了成本。考虑到光纤中双折射效应引发光的偏振态不稳定，本文为布里渊光纤传感系统加入了扰偏器，择优选择了扰偏器在系统中的位置，并实验验证了扰偏器确实能减小系统误差，提高系统的精度。本文还介绍了如何利用小波方法来提高系统的信噪比。考虑到系统中存在的大量随机噪声，在初步使用累加平均的基础上，比较了传统去噪和小波去噪的特点后，本文使用db5小波对信号进行去噪处理。将信号进行了5层分解之后，利用阈值法对分解后的每层分别进行去噪处理，然后再将各层进行重新组合，重构出一个完整的信号，就是原信号去噪后的结果。通过使用小波阀值进行去噪使系统的信噪比比之前提升了12dB左右。基于混频法的布里渊分布式光纤传感系统降低了成本，减弱了后续信号处理的难度，向实用化又迈进了一步，对实际提高布里渊光时域系统的性能有重要意义。
【作者】杨瑞娟；
【导师】崔洪亮；常天英；
【作者基本信息】吉林大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】布里渊散射；光纤传感；分布式；混频法；温度应变传感；

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