光纤变形定位系统的设计与实现

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1、硕士学位论文＿園參４光纤变形定位系统的设计与实现｜＾｜作者姓名陈启首｜＾指导教师姓名、职称陈光达教授｜｜申请学位类别工学硕士西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果；也不包含一为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的

2、同事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。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。－ｌ：ｍｒｒｔ：ｌ本人签名曰期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明：本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即研究生在校攻读学位期闾论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文？的复印件，允许查阅、借阅论文，学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论

3、文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿本人签名：导师签名：＾日期：日期．：挪人巧学校代码10701学号1504121857分类号TN247密级公开西安电子科技大学硕士学位论文光纤变形定位系统的设计与实现作者姓名：陈启首一级学科：机械工程二级学科：机械电子工程学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：陈光达教授学院：机电工程学院提交日期：2018年5月TheDesignandImplementationofOpticalFiberDeform

4、ationPositioningSystemAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMechatronicsEngineeringByChenQishouSupervisor:ChenGuangdaTitle:ProfessorMay2018摘要摘要随着社会的快速发展，石油天然气管道、通讯光缆、输电网络等大型基础设施的应用已经十分广泛，对这些设施的故障检测正变得越来

5、越重要。大型基础设施的检测往往有如下要求：空间跨度大、准确度高和连续实时检测等，因此传统的检测手段无法完全满足需要。分布式光纤传感技术不仅能检测一根长距离光纤上所分布的信息，而且能到对信息进行定位，拥有传统检测技术无法比拟的优势，特别适合类似通信光纤等工程设施的检测。本论文以实际项目作为背景，针对通信光纤异常变形实时在线检测的需求，通过广泛阅读现有文献，分析比较已有的技术方案，提出了光时域反射原理和干涉原理相结合的光纤变形定位方案，以实现对光纤的弯曲、断裂和扰动等异常变形的实时检测和定位。首先，论文分析基于φ

6、-OTDR的光纤传感技术和基于3x3耦合器的Fox-Smith光纤传感技术，提出了改进型Fox-Smith光纤传感定位技术。该技术采用原Fox-Smith技术的光路结构并对其进行改进，使系统拥有了φ-OTDR技术的定位精度和Fox-Smith技术的扰动检测灵敏度，解决了Fox-Smith技术无法定位弯曲和断裂事件以及φ-OTDR技术扰动事件探测灵敏度低的问题。其次，根据弯曲、断裂等静态事件与扰动等动态事件的不同信号特征，使用累加平均算法和FIR滤波器对二者信号分别进行处理，并提出了使用非线性阈值曲线进行定位的

7、算法。结合噪声信号的特点，论文根据原始检测信号设定了算法的非线性阈值曲线，并对定位精度进行了测试。论文根据系统的具体功能要求，结合软件设计、数据库管理、网络通信、嵌入式控制系统和改进型光纤传感技术，完成了系统总体方案的设计。该方案基于功能聚合及结构分离的设计思想，将系统分为光路系统、控制板、上位机、采集卡和电源模块这五个功能模块。然后，针对管理激光器、光电探测器和电源等部件的需要，结合嵌入式系统，完成了控制板的硬件电路和硬件程序，提供了网络通信和串口通信功能。最后，根据系统的整体需求，开发了上位机软件，提供了

8、对激光器和光电探测器等部件的查询和设置功能，实现了检测数据的显示、传输、存储和处理，完成了光纤变形定位系统。另外对系统进行测试，测试结果表明本文所设计的光纤变形定位系统能够实现对光纤变形事件的实时检测定位，且有较高的定位精度和灵敏度，可以广泛应用于通信光纤等基础设施的故障检测。I西安电子科技大学硕士学位论文关键字：光纤传感器，分布式光纤传感，光时域反射计，fox-smith光纤传感技术，光纤变形定位