基于相干检测分布式光纤振动传感器

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2、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、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日II万方数据摘要摘要PCOTDR(polarizationcoherentopticaltimedomainreflectometry，偏振相干光时域反射技术)是利用光纤中光波偏振态作为外界物理量的调制参量，可以实现振动、磁场、电场和温度等多种物理量的分布式传感，具有探测灵敏度高、测量速度快、动态范围大的优势，能在诸多领域内得到广泛应用。本文创新地提出了将偏振态调制、相干检测、

3、OTDR相结合的分布式光纤振动传感器的思想，并进行了实验验证。利用光纤中光波偏振态对外界物理量变化敏感，并结合相干检测探测灵敏度高与OTDR单端测量等优点，实现分布式微弱振动扰动的远距离、快速探测与定位。论文从基于偏振态调制结合相干探测的理论出发，深入地探讨了偏振态调制相干检测方案的可行性，组建了PCOTDR传感系统，实验结果验证可行性。论文的主要研究工作包括：1、PCOTDR的理论模型及其分析部分。首先，对POTDR和相干检测分别进行了研究，其次，建立了PCOTDR测振动系统仿真模型，分别从频率差、相位差和偏振态对系统性能的影响进

4、行仿真分析，结果表明，PCOTDR测振动系统从理论分析是可行的，但光源相位差的稳定性，会严重影响到系统的检测质量。2、分别设计了两种PCOTDR传感光路结构，并进行了实验研究。由激光器发射出来的光被分为两路，一路做为参考光，一路做为信号光，信号光路连接待测光纤，外界振动会影响到待测光纤中光的偏振态，当两路光相干涉时，信号光路的偏振态调制信息，就能从相干光功率中体现出来。两种方案的区别在于，一种是在干路加起偏器，另一种是在两支路分别加起偏器。测试结果显示，两种方案均可行，但前一种方案的测试效果更好。3、设计了PCOTDR振动传感器测量

5、软件，主要包括信号采集模块、人机交互模块、信号处理模块和结果显示模块。该软件主要利用多次采样取平均值来提高系统的信噪比。在系统软件的控制下，两种实验方案在5km传感光纤上均能实现单点振动扰动的准确定位，验证了理论与实验的一致性，具有实际的应用价值。关键词：分布式光纤传感振动传感器偏振光时域反射计相干检测III万方数据AbstractABSTRACTSincethestateofpolarization(SOP)oflightpropagatingdownthefiberissubjectedtothemodulationofthee

6、xternalphysicalparameters(magneticfield,electricalfield,vibrationandtemperatureetal),theseparameterscanbedetectedbypolarizationcoherentopticaltimedomainreflectometry(PCOTDR).Thismethod,withhighsensitivity,fastresponseandwidedynamicrange,canbeusedinmanyfields.Inthiswork

7、,thedistributedopticalfibervibrationsensorscheme,combiningtheOTDRwiththecoherentdetectionandSOPmodulation,isfirstproposed.Meanwhile,thefeasibilitiesoftheproposedschemesareconfirmedbyexperiments.PCOTDRcanquicklydetectandlocatethedistributedweakvibrationonopticalfiberdue

8、tothesensitivityofSOPtoexternalchanges,thehighsensitivityofcoherentdetectionandthesingle-endedmeasurementofOTDR.Onthe