基于非对称双mach-zehnder结构的分布式光纤扰动传感技术研究

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1、基于非对称双Mach-Zehnder结构的分布式光纤扰动传感技术研究ResearchontheAsymmetricDualMach-ZehnderInterferometryBasedDistributedDisturbanceSensingTechnology一级学科：光学工程学科专业：光学工程研究生：马春宇指导教师：刘铁根教授刘琨副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注

2、和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（

3、保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要分布式光纤扰动传感技术具有灵敏度高、频率响应范围宽、结构简单等优点，在建筑结构监测、油气管道安全预警、周界安防监控以及智能物联网等领域有广泛的应用前景。本文通过对多种光纤扰动传感技术优缺点进行研究分析，提出了一种基于非对称双Mach-Zehnder结构的光纤扰动传感技术，该技术能够抑制光纤后向散射噪声对信噪比的影响，适合长距离扰动传感应用。文中首先对基于非对称双Mach-Zehnde

4、r结构的光纤扰动传感原理进行介绍，在此基础之上对信号可见度影响因素、扰动定位精度影响因素进行分析，有针对性地提出了可见度补偿方法和高精度扰动位置解调算法。针对多种应用需求，对扰动行为检测和识别方法展开研究，并完成传感系统仪器化设计工作，推进光纤扰动传感技术工程化应用进程。本论文研究内容如下：1.研究了光纤后向散射噪声对干涉型光纤扰动传感器信噪比的影响，基于双光源和光纤滤波器提出了一种抑制背向散射的系统结构。将该结构与双Mach-Zehnder型光纤扰动传感技术相结合，组成基于非对称双Mach-Z

5、ehnder结构的光纤扰动传感技术，该技术能够在传感距离较长时保持较高的信噪比，为长距离扰动传感应用奠定理论基础。2.对扰动信号可见度影响因素进行分析，指出探测器增益带宽积的限制和光纤双折射现象都会引起信号可见度衰落。为了提高信号可见度的稳定性，有针对性的提出了基于增益补偿技术和偏振补偿技术的可见度补偿方法，起到了显著的补偿效果，有利于后续信号处理功能实现。3.对传感系统定位精度影响因素进行研究，发现扰动信号非对称性是影响系统定位精度的重要因素，在此基础上提出了一种基于扰动特征提取的定位方法，该

6、方法能够消除信号非对称性影响，显著提高系统定位精度。针对不同频率带宽的扰动信号，设计了基于连续小波变换的高精度定位算法和基于近似导数的快速定位算法，完善了系统的定位功能。4.采用模块化思想对传感系统硬件及控制软件进行设计，并完成了系统样机的搭建。对传感系统在铁路周界安防应用和地埋管道预警应用中所遇到的技术难题开展研究，并在此基础上对系统光路结构及信号处理方法进行改进，以适应传感系统实际应用需求。关键词：非对称双Mach-Zehnder干涉仪，光纤扰动传感，可见度补偿，定位算法万方数据万方数据AB

7、STRACTDuetothetheadvantagesofwidefrequencyresponserange,highsensitivityandsimplestructure,distributedfiberdisturbancesensorhasbroadapplicationprospectsinthefieldofstructurehealthmonitoring,perimeterandpipelinesecurity,theInternetofThings,andsoon.Base

8、dontheanalysisofdifferentkindsofdistributedfiberdisturbancesensors,anoveloneisproposedwiththedesignofasymmetricdualMach-Zehnderinterferometry(ADMZI).TheADMZIcansignificantlyreducetheinfluenceofRayleighbackscatteringnoise,whichwillseriouslydeteriorate