基于φ-otdr光纤传感技术的研究

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1、武汉邮电科学研究院硕士学位论文基于φ-OTDR光纤传感技术的研究ResearchofOpticalFiberSensingTechnologyBasedonPhaseSensitiveOpticalTimeDomainReflectometer专业：通信与信息系统研究方向：光纤传感及其应用导师：董雷研究生：张良学号：20150053二〇一七年十二月武汉邮电科学研究院硕士学位论文摘要随着国民经济的快速发展，各行各业对于安全性的需求越来越多，各类周界安防系统层出不穷。基于φ-OTDR的分布式光纤传感系统的作为一种周界安防系统，与传统传感系统相比，具有诸多优势。其隐蔽性强，探测光缆的

2、铺设与维护方便，能应付各类复杂的检测环境，此外分布式光纤传感系统的另一优势在于其传感器的成本相当低廉。本论文从传统OTDR技术出发，分析和讨论基于φ-OTDR技术的三种信号解调方案，并从延长传感距离、实用性和灵敏度这三个方面出发进行了大量的开拓性研究，设计并搭建了两种光路系统以验证设计思路的可行性。具体内容包括以下几个方面：(1)本文对分布式光纤传感系统的技术背景做一个总结说明。详细说明了基于背向瑞利散射的φ-OTDR技术的研究现状，并对该技术的一些关键因素做了归纳。(2)对现有相位产生载波技术的解调技术进行理论分析，并根据实际的仿真结果，分析该技术的优缺点。(3)设计一个基于

3、对称2×2光纤耦合器的φ-OTDR分布式光纤传感系统，并根据实际的测量结果，分析该技术的优缺点。实现传感距离32km，信噪比达9.6dB。(4)设计一个基于3×3光纤耦合器与双向拉曼放大器的φ-OTDR分布式光纤传感系统，并根据实际的测量结果，分析该技术的优缺点，通过后续改进，实现传感距离104km，信噪比达到11.4dB。同时使用边缘检测技术优化解调结构，在同一数据下，将信噪比提高到14dB。关键词：相位敏感光时域反射计；2×2光纤耦合器；3×3光纤耦合器；双向拉曼放大；长距离I武汉邮电科学研究院硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentoft

4、henationaleconomy,thedemandforsecurityisincreasinginallwalksoflife,andvariousperimetersecuritysystemsareemerging.Asaperimetersecuritysystem,distributedopticalfibersensingsystembasedontheφ-OTDRhasmanyadvantagescomparedwiththetraditionalsensingsystem.Itsconcealmentisstrong,thelayingandmaintena

5、nceofdetectingopticalcableisconvenient,andcandealwithallkindsofcomplexdetectionenvironment.BasedonthetraditionalOTDRtechnology,thisthesisanalyzesanddiscussesthreekindsofsignaldemodulationschemesbasedontheφ-OTDRTechnology.Theauthorhasdoneagreatdealofpioneeringresearchonthreeaspects:extendings

6、ensingdistance,practicabilityandsensitivity.Atthesametime,twoopticalpathsystemsaredesignedandbuilttoverifythefeasibilityofthedesignidea.Themaincontentofthethesisincludes:(1)Thisthesissummarizesthebackgroundandapplicationofthedistributedopticalfibersensingtechnology,andsumsupsomekeyfactorsoft

7、heφ-OTDRtechnology.(2)Theexistingtechnologyofphasegeneratedcarriertechnologyisanalyzedtheoretically,andtheadvantagesanddisadvantagesofthetechnologyareanalyzedaccordingtotheactualsimulationresults.(3)Anφ-OTDRdistributedopticfibersensingsystembasedon