雙Mach-Zehnder光纖干涉信號(hào)的數(shù)字解調(diào)及其應(yīng)用.pdf

1、雙MachZehnder光纖干涉信號(hào)的數(shù)字解調(diào)光纖干涉信號(hào)的數(shù)字解調(diào)及其應(yīng)用及其應(yīng)用InterferenceSignal’sDigitalDemodulationApplicationfDualMachZehnderOpticFiberInterferometer學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)研究生：劉芳指導(dǎo)教師：曾周末教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一三年十二月中文中文摘要摘要長(zhǎng)輸油管道是最重要的油氣能源運(yùn)輸手段，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速

2、發(fā)展，油氣資源的需求不斷增長(zhǎng)，管道里程數(shù)也不斷增加，使管道安全預(yù)警和泄漏檢測(cè)技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。對(duì)管道外部入侵和泄漏事件進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)和精確定位，具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本課題組研究開發(fā)的基于雙路MachZenhder干涉儀結(jié)構(gòu)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，能對(duì)威脅長(zhǎng)輸油管道安全的第三方破壞事件進(jìn)行報(bào)警、識(shí)別和定位，已經(jīng)在多處管道上投入實(shí)際應(yīng)用。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，檢測(cè)信號(hào)的相關(guān)性隨機(jī)變化，使基于互相關(guān)運(yùn)算的定位出現(xiàn)誤差，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本

3、文對(duì)信號(hào)相關(guān)性惡化的原因進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上提出一種基于33耦合器被動(dòng)解調(diào)的方法，本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：(1)分析了光纖中光信號(hào)調(diào)制的原理，利用系統(tǒng)的瓊斯矩陣模型，說明了偏振誘導(dǎo)相位偏移和偏振誘導(dǎo)信號(hào)衰落發(fā)生的原因；根據(jù)33耦合器的特性，建立33耦合器輸出信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，針對(duì)干涉型光纖傳感器的正弦調(diào)制倍頻現(xiàn)象，闡明了利用33耦合器進(jìn)行相位信號(hào)解調(diào)的原理。(2)對(duì)系統(tǒng)原有的光路結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，加入兩個(gè)33耦合器，并提出一種基

4、于橢圓擬合的被動(dòng)數(shù)字化解調(diào)方法。利用33耦合器的2路輸出信號(hào)構(gòu)成橢圓曲線，對(duì)信號(hào)系數(shù)進(jìn)行約束條件下的最小二乘擬合，采取投票機(jī)制選取最優(yōu)擬合結(jié)果，得到相位信號(hào)的正余弦調(diào)制項(xiàng)，再采用數(shù)字反正切法或微分交叉相乘法解調(diào)出相位信號(hào)，并利用單諧信號(hào)仿真驗(yàn)證了橢圓擬合解調(diào)方案的有效性。(3)從整體上給出了33耦合器數(shù)字化解調(diào)方法的流程。利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)解調(diào)方案加以驗(yàn)證，并將解調(diào)后的相位信號(hào)用于定位，結(jié)果表明該解調(diào)方法可有效消除信號(hào)畸變干擾系統(tǒng)定位的