基于分布式光纤传感的振动检测系统研究-ppt.pptx

毕业论文答辩题目：基于分布式光纤传感的振动检测系统研究指导老师：答辩人：时间：2020年6月5日

01选题背景02研究内容03技术路线04论文成果05结论

1选题背景

01选题背景管道被挖引发大火管道维护随着现代科技的不断发展，国家对基础设施的安全维护以及监测越来越重视，居民住宅区域的报警系统、光缆安全监测以及输油管道等基础设施的维护中都有传感系统的身影，在一定程度上保护了人们的公共安全以及保证了设备的正常运行。

2研究内容

02研究内容234165光纤传感理论的分析传感系统的总体结构设计挑选光学干涉技术，提出基于马赫-曾德干涉原理的分布式光纤振动传感系统基于Optisystem对系统的影响因素进行分析基于Optisystem对系统进行仿真主要器件的选型

3技术路线

03技术路线根据题目横向阅读相关的文献与书籍传感系统的设计以及主要器件选型基于Optisystem对系统进行仿真分析基于Optisystem仿真软件，分析传感系统的部分影响因素

4论文成果

4.1光干涉技术的挑选A能适应环境中的各种干扰因素，运行平稳B系统对光源的相干性要求不高，适用与声波干扰的检测C对温度和振动作用不敏感D结构多为环状，需要隔离装置萨格纳克（Sagnac）干涉技术

4.1光干涉技术的挑选A结构末端需要安装反光镜，返回的光会有一定的损失以及干扰B结构复杂，制造难，成本高C解调原理复杂，使用不方便D常用于大型基础设施的精密监测和长度的测量当中麦克尔逊（Michelson）干涉技术

4.1光干涉技术的挑选A可对大范围内的干扰进行检测，时效性好，能够保证很好的检测精度B不需要对光信号进行复杂的解调处理C处理得到的频谱特征能够分析出扰动的原因D信号光纤和参考光纤相隔很近，容易受到环境的影响，适用于对振动的定性检测马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉技术

4.1光干涉技术的挑选通过对几种典型的光干涉技术进行比较以后可以发现：（1）Sagnac干涉技术的结构具有特殊性，需要将非传感部分的光纤用隔离装置隔离起来，增加了制作过程中的难度，同时在进行信息处理时，过程很复杂，对温度以及振动的作用不是很敏感；（2）Michelson干涉技术，降低反射过程对光的影响是一个问题，这会造成最终的测量结果不准确，在长距离的检测中对光源的要求很高，同时自身的结构并不是很简单，成本较高，运用的解调技术很复杂，所以不适用与本课题；（3）Mach-Zehnder干涉技术不需要对光信号进行解调处理，直接运用光电探测器检测由光信号所转换成的电功率即可，操作容易，该技术的检测范围大，这种技术发展很成熟，并且对光源中的噪声有一定的抑制作用，适合于外界振动信号的探测和处理。因此，本课题选择以Mach-Zehnder干涉技术为基础设计了一个基于Mach-Zehnder干涉原理的分布式光纤振动传感系统。

4.2振动传感原理振动传感系统的等效光路图分析：耦合器C2处干涉的两束光可表达为：，其中L和L+ΔL分别为两条传感臂的长度，ψ1和ψ2是由振动所引起的附加相位；假设外界的振动信号作用在两条传感臂上的函数为f(t)，那么ψ1和ψ2可以表达如下：其中，τ1和τ2为振动点p到耦合器C2的延迟时间，b1和b2分别为振动信号传递到两条传感光纤的传递系数，

4.2振动传感原理根据光干涉理论可以得出干涉光的振幅与分光束振幅的关系:由于光强与振幅的平方成正比，则在观察的时间τ内，则平均光强的参考表达为：其中，两传感光纤的长度差相对于传感光纤的长度而言小得多,那么可以认为：则有：其中τ为振动点P到耦合器C2的延迟时间，其中2πnΔL?λ为固有的相位差，当有振动时就会增加另外的一部分相位差(b2-b1).f(t-τ)。

4.3光纤传感系统的设计马赫-曾德干涉型分布式光纤振动传感系统结构

4.3光纤传感系统的设计马赫-曾德干涉型分布式光纤振动传感系统的检测原理激光器发出的相干光隔离器：阻止光信号的返回耦合器：将入射光分为两束相同的光两传感光纤振动作用：仿真施加的2Mhz的正弦波信号两传感光纤的长度和折射率发生不同的变化两光束就会产生光程差：即附加相位信号采集与计算机处理

4.4主要器件的选型