基于相干检测的分布式光纤振动传感器

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2、人授权电子科技大学可以将学位论文的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，

3、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、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

4、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

5、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AbstractABSTRACTSincethes

6、tateofpolarization(SOP)oflightpropagatingdownthefiberissubjectedtothemodulationoftheexternalphysicalparameters(magneticfield,electricalfield,vibrationandtemperatureetal),theseparameterscanbedetectedbypolarizationcoherentopticaltimedomainreflectometry(P

7、COTDR).Thismethod,withhighsensitivity,fastresponseandwidedynamicrange,canbeusedinmanyfields.Inthiswork,thedistributedopticalfibervibrationsensorscheme,combiningtheOTDRwiththecoherentdetectionandSOPmodulation,isfirstproposed.Meanwhile,thefeasibilitiesof

8、theproposedschemesareconfirmedbyexperiments.PCOTDRcanquicklydetectandlocatethedistributedweakvibrationonopticalfiberduetothesensitivityofSOPtoexternalchanges,thehighsensitivityofcoherentdetectionandthesingle-endedmeasurementofOTDR.Onthe