1、缺陷，从而破坏了光纤的均匀性，进而改变光波的传输特性。光波在光纤中传播时将受到光纤介质非均匀性的影响，使得部分光波的传播偏离原来的方向，而向空间其他任意方向弥散开来，这就是光纤中的光散射现象，如图所示。基于的分布式光纤传感正是利用了这种光散射现象来感知外界物理量的变化，获取人类所需要的信息。图光散射示意图光纤中的散射光频谱分布根据量子理论的观点，纯净介质中的光散射是由光子与传输介质中的粒子发生弹性或非弹性的碰撞所引起的。研究发现，这类光散射主要包含由光纤中折射率分布不均匀引起的瑞利散射由光学声子引起的拉曼散射和由声学声子引起的布里渊散射三种类型的散射光。其中瑞利散射是光与物质发生的弹性散射，散射光的频率不发生变化万方数据基于的分布式光纤传感系统原理布里渊散射是光与物质发生的非弹性散射，其散射光的频率将发生变化，强度比瑞利约小，但是其频移约。
2、测试光纤的衰减连接特性。其基本原理是将光脉冲注入到光纤中，根据其在光纤中产万方数据分类号学校代码学号东华大学硕士学位论文基于相位敏感光时域反射计的多功能光纤安防系统实用化技术研究姓名王坤指导老师詹亚歌申请学位级别硕士学科专业名称光学工程论文提交日期年月论文答辩日期年月培养单位东华大学理学院学位授予单位东华大学万方数据东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日期年月日万方数据东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定。
3、析将和干涉仪原理结合在起的系统所具有的独特优势和发展前景。介绍了光纤中的光散射现象，分析了系统的检测和定位原理，结合光纤后向散射离散模型和蒙特卡罗方法对系统进行了理论分析和仿真模拟。研究了激光器线宽累加平均次数脉冲宽度以及入侵信号对系统性能的影响。通过理论分析和实验证明了窄线宽激光器对系统性能的重要性指出了万方数据第章绪论系统噪声随累加平均次数增加而呈现出先快后慢的衰减趋势，信噪比随脉冲宽度先增后减的规律。然后研究了入侵信号对系统性能的影响，指出了系统信噪比和定位精度随入侵信号相位的周期性变化规律，以及入侵信号频率对系统漏报率的影响。最后针对系统所存在的些缺陷提出了初步的解决方案并进行了试验研究。搭建了套多功能光纤安防系统，分析了系统中各器件的参数和选型要求，并进行了多点入侵检测的实验研究。研究中将温度补偿光纤光栅引入到该系统实验中，得到。
4、为，提取难度较大拉曼散射也是种非弹性散射，其产生的频移的数量级为量级，易于分离，但是强度要比布里渊散射光小更多。三种散射光的频谱分布如图所示。图光纤中的散射光频谱图瑞利散射瑞利散射是英国物理学家瑞利发现的，是半径比光波长小很多的粒子对光的种散射作用，其主要特点有瑞利散射是种弹性散射，即散射光的频率和波长保持不变。瑞利散射光强与入射波长的四次方成反比，即散射光强随观察方向的改变而改变，不同方向的散射光强不同，其符合以下规律其中，为入射光方向与散射光方向的夹角，是方向上的散射光强。散射光具有偏振性，偏振程度取决于散射光与入射光的夹角。自然光入射到各向同性介质时，垂直于其入射方向的散射光是线偏振光，在入射方向及其反方向为自然光，而其他方向则为部分偏振光。基于的分布式光纤传感系统原理传感原理光时域反射计技术是年由博士提出的，用。
5、万方数据信号频率为，脉宽为，实现了的空间分辨率。随后他们对结构进行了改良，在探测器前增加偏振分束器，使散射回来的光变成两束正交的偏振光分别接收处理，光纤埋地深度为，个重的人在距离发射端处来回走动产生振动信号，实验中达到了的空间分辨率。年谢孔利等人采用的大功率激光器作为光源，激光器线宽小于，电光调制器的周期为，脉宽为，从而在长的光纤上实现了的空间分辨率。年李建中等人采用了基于和相结合的分布式光纤微扰结构，将两种系统合为体，可同时检测散射光的相位和偏振态变化，在的光纤上也实现了的空间分辨率。年等人使用线宽功率的激光器作为光源，调制脉冲频率为，脉冲宽度为，并使用相干探测技术，在的传感距离上得到了的信噪比和的空间分辨率。年，梁可桢等人提出了采用数字相干检测和维纳滤波技术的相位敏感光时域反射计，使用线宽为，功率为的激光器，的脉冲重复频率，的脉冲宽度。
6、呈现出先快后慢的衰减趋势，信噪比随脉冲宽度的增大而先增后减的规律。然后，研究得出信噪比和定位精度随入侵信号相位呈周期性的变化规律，以及入侵信号频率对系统漏报率的影响。最后，针对系统中存在的些缺陷提出了初步的解决方案并进行了实验研究。搭建了套多功能光纤安防系统，研究了系统中各器件的参数和选型要求，进行了多点入侵检测实验。实验中将温度补偿光纤光栅引入到该系统，并采用了多种软件滤波技术。在的光纤上实现了个扰动点的同时检测和定位，达到了的空间分辨率，的信噪比和的定位精度，是迄今为止国际已知报道中最多的扰动同时定位点数。最后提出了种实用化多功能结构健康和边界安防光纤检测系统，并进行了初步的实验研究。提出了种适用于多功能光纤分布式安防监测系统的新型数据处理和信号解调方案，在平台下开发了实现该解调方案的监测软件。关键词分布式光纤传感，相位敏感，多功能安。
7、技术在的光纤上实现了的空间分辨率，这是迄今为止距离最长的报道。万方数据第章绪论课题研究背景和意义伴随着社会经济的发展，工业军事民用工程空间技术等领域对现代化的传感技术提出了更高的要求，对身边各种事物的时空分布状态进行实时监测显得越来越急迫。因而对传感器测量精度实时性可靠性测量距离及经济实用性等的要求也不断提高，为满足不断出现的需求而研究的新型传感技术已成为个重要而热门的研究课题。光纤传感技术所具有的系列电子传感系统所不具备的优点，以及频带宽动态响应范围大，可嵌入性强，便于和计算机系统相连，实现系统遥测和控制等特点，使其自世纪年代提出以来便受到了越来越多的重视。与此同时，伴随着现今全社会对生命财产安全问题的重视，安防设备被提出了更多的需求和更高的要求。尤其是自美国发生恐怖事件之后，周界安防成为以美国为首的世界各国关注的焦点，各国纷纷加强了在。
8、实现多入侵点的同时检测和定位，本文开展了基于相位敏感光时域反射计的多功能光纤安防系统研究。作为种新型安防检测系统，其不仅具备多点入侵同时检测和定位能力，而且具有隐蔽性好，定位精确，适宜长距离大范围监测等优点，在安防领域有着广阔的应用前景。本文对基于的多功能光纤安防系统的实用化技术进行研究，主要工作分以下几方面分别讲述了基于和基于干涉仪原理的分布式光纤传感技术的研究现状，并比较了两种传感技术的差异深入分析了结合和干涉原理的系统所具有的独特优势和发展前景。介绍了光纤中的光散射现象，分析了系统的检测和万方数据基于相位敏感光时域反射计的多功能光纤安防系统实用化技术研究定位原理，结合光纤后向散射离散模型和蒙特卡罗方法对系统进行了理论分析和仿真模拟。研究了激光器线宽累加平均次数脉冲宽度以及入侵信号对系统性能的影响。首先，发现了噪声随累加平均次数增加而。
9、在长的光纤上实现了的空间分辨率，并得到了振动信号的强度频率和相位信息。年，王杰等人使用了波长为，线宽为的超窄线宽激光器，以及的光脉冲宽度，并采用了双向拉曼放大技术以增加相位敏感光时域反射计的检测距离实验中使用的拉曼光纤激光器中心波长为，最大输出功率为，成功的实现了的超长检测距离和的空间分辨率。年，李小玉等人提出了种基于时间序列奇异谱特征的扰动检测方法，将预报正确检测率提高到，误警率降低至。年，等人采用基于琼斯矩阵的双光束干涉相位敏感系统,有效解决了实验中的偏振衰落现象，在长的光纤上实现了的信噪比和的空间分辨率。年，等人对系统的定位机制进行了深入研究，并提出了种基于功率谱的定位方法，在长的光纤上实现了的空间分辨率和信噪比。同年，等人利用阶拉曼放大技术在的光纤上实现了的空间分辨率，并将响应频率提高到了。年，等人使用分布式拉曼放大技术和相干探测。
10、的滤波精度。在的光纤上实现了个扰动点的同时检测和定位，并取得了的空间分辨率，的信噪比和的定位精度。最后提出了种实用化多功能结构健康和边界安防光纤检测系统，并进行了初步研究。提出了种适用于多功能光纤分布式安防监测系统的新型数据处理和信号解调方案，在此基础上开发了套基于的系统软件，实现了数据采集分析存储和报警等功能。万方数据基于的分布式光纤传感系统原理第二章基于的分布式光纤传感系统原理本章首先讨论光纤中的光散射现象，然后介绍的基本原理，从微观上对的传感原理进行理论分析数值模拟和深入讨论，最后介绍光纤传感系统中的几个重要技术参数。光纤中的散射现象光纤中的散射现象当光波入射到光纤并在其中传播时，大部分光波都是沿着纤芯向前传播的，小部分会因为散射现象而偏离直线传播方向。这是由于在光纤的制造过程中工艺上的不稳定而导致光纤内部存在杂质气泡不均匀性等系列。
11、事基地核电站国土边境易燃易爆化工产品仓库及石油生产基地等军事和民用领域的周界安防预警领域的研发力度，以期开发灵敏度高稳定可靠的周界监测系统，充分保障个人生命财产和社会公共财产的安全。基于相位敏感光时域反射计的分布式光纤安防系统具有干涉型振动传感系统的高灵敏度和型传感系统的分布式实时监测能力，同时具备长距离大范围监测，高隐蔽性等优点，是迄今为止最适合周界安防领域的多点检测技术。因此,研发基于技术的分布式光纤传感系统有着非常重要的经济价值。论文主要研究内容从目前分布式传感技术的研究现状来看，系统还面临着空间分辨率较低，稳定性较差，基础理论研究较少等问题。本文将就这些问题进行些实用化研究，为系统的发展贡献份力量。本文的主要研究内容包括分别讲述了基于的分布式光纤传感器技术和基于干涉仪的分布式光纤传感技术的研究现状，比较了不同传感技术的差异并深入分。
12、，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密。学位论文作者签名指导教师签名日期年月日日期年月日万方数据基于相位敏感光时域反射计的多功能光纤安防系统实用化技术研究基于相位敏感光时域反射计的多功能光纤安防系统实用化技术研究摘要分布式光纤传技术是将光纤同时作为传输和传感介质的种传感技术，能对待测参量进行远程实时监测。基于分布式光纤传感的周界安防系统是新代安防系统，与传统机电类安防系统相比，具有灵敏度高体积小重量轻抗电磁辐射能力强等优点，可应用于多种恶劣环境。普通分布式光纤安防系统，例如基于等干涉型光纤传感系统，通常只能实现单点检测。。
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