基于模擬外差解調的光纖分布式振動傳感系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).pdf

1、基于相位敏感型光時域反射(φ-OTDR)原理的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)利用光纖中背向瑞利散射光受振動信號調制的原理對光纖沿線的振動信號進行探測。由于光纖本身既是傳輸介質也是φ-OTDR系統(tǒng)的傳感介質，因此它可以實現(xiàn)長距離分布式的振動傳感，這在長距離軌道安全監(jiān)測、長距離管道安全監(jiān)測方面具有無可比擬的優(yōu)勢和廣泛的應用前景。目前φ-OTDR系統(tǒng)的研究方向主要集中于對背向瑞利散射光的數(shù)字信號采集和相位信息解調與處理的算法研究，但實時數(shù)字信號的采集

2、和處理需要高性能的采集板卡和計算設備。因此本文提出了一種基于模擬外差鑒相電路對φ-OTDR系統(tǒng)的背向瑞利散射光的相位信息進行解調的方法，其主要的工作內容和創(chuàng)新點集中在以下幾點：
　　首先，根據(jù)φ-OTDR理論結構搭建了模擬外差解調型φ-OTDR系統(tǒng)。在搭建過程中，主要對數(shù)據(jù)采集、光脈沖調制、耦合器分光比等一些系統(tǒng)參數(shù)進行了設計，使其達到各項探測性能的要求。隨后對φ-OTDR系統(tǒng)中光功率和光源線寬對系統(tǒng)性能的影響進行了分析和驗證，經

3、過功率優(yōu)化找到最佳的脈沖探測光功率，優(yōu)化了系統(tǒng)的信噪比。
　　在模擬外差鑒相部分，在AD8302模擬鑒相芯片的基礎鑒相功能之上設計了雙路AD8302參考鑒相電路，并進行了PCB板的設計與制作。經過實測，將鑒相范圍由0°到180°擴展到了0°到360°，并且通過鑒相解調程序對鑒相特征曲線的非線性區(qū)域進行修正，大大的降低了AD8302的鑒相誤差，鑒相特征曲線的鑒相最大誤差由7°左右下降至1.1795°。
　　隨后，將鑒相電路模塊

4、加入了φ-OTDR系統(tǒng)進行了外差解調實驗，并成功實現(xiàn)了對5.09km處的振源進行定位。通過模擬外差解調與數(shù)字外差解調方案的比較，模擬外差解調的解調精度低于數(shù)字外差解調的精度，這主要是因為外差型φ-OTDR系統(tǒng)的混頻信號具有一定的邊頻帶，且信號幅值受偏振衰落和相位衰落等因素的影響，其解調幅值存在一定的波動，這兩種因素導致了AD8302模擬鑒相電路出現(xiàn)較大的誤差。但是應當看到的是，通過模擬鑒相實現(xiàn)了對混頻信號的模擬下變頻處理，使得數(shù)據(jù)采樣率