《相位敏感光時域反射計型分散式光纖感測技術研究》是依託山東大學，由秦增光擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：相位敏感光時域反射計型分散式光纖感測技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：秦增光
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目基於相位敏感時域反射計技術，旨在研究具有高空間解析度、高頻率回響且能夠實現多參量測量的高性能分散式光纖感測器。通過隨機共振去噪技術，避免了傳統去噪技術在抑制噪聲的同時損失信號的缺點，提高系統信噪比，達到提高空間解析度的目的。繼而採用時分復用的φ-OTDR系統，將振動事件的位置和頻率信息分開測量，解決常規φ-OTDR振動頻率回響受限於脈衝重複頻率的問題，提升φ-OTDR系統的頻率測量範圍。對多個高頻振動信號同時存在的情況，利用改變脈衝重複頻率的方法，根據被測信號的混疊頻率信息確定振動位置與頻率的對應關係。同時，首次將φ-OTDR系統與基於拉曼散射的分散式光纖溫度感測系統結合起來，在普通單模光纖實現振動和溫度雙參量的分散式測量。
結題摘要
本項目針對申請書中提出的研究內容，主要是對φ-OTDR系統存在的隨機噪聲以及頻率回響問題，進行了細緻的研究。在項目的支持下，我們在這兩個問題的研究上取得了重大的突破。在解決存在的隨機噪聲的問題上，我們首先引入隨機共振的雙穩態模型，選擇調節系統參數達到最佳隨機共振狀態，並結合遺傳算法進行參數最佳化，解決了φ-OTDR中以往使用的去噪技術在抑制噪聲同時使信號受到損失的問題，實現了高空間解析度的分散式振動感測系統。其次，我們借鑑了曲波變換在圖像去噪中的套用，並採用了蒙特卡洛閾值準則與硬閾值準則，實現了隨機噪聲的降低，大大提升了φ-OTDR系統的信噪比，而且在實驗中也證明了φ-OTDR系統多點檢測的能力。第三，我們發現了可以套用到φ-OTDR系統信號去噪的新方法,即經驗模態分解法。根據瑞利後向散射曲線數據構成的特點，提出了結合皮爾森係數判斷振動位置的方法，實現了在2km的光纖範圍上，100Hz和1.2kHz振動具體位置的精準判斷，信噪比高達42.52dB和39.58dB。在提升系統頻率回響的問題上，我們搭建了時分復用φ-OTDR系統，通過設計探測脈衝的波形，實現了振動事件位置信息和頻率信息的獨立測量，解決了φ-OTDR系統中頻率回響受到探測脈衝重複頻率限制的問題，提升了分散式光纖振動感測系統的頻率回響範圍。實驗證明了MHz量級以上的振動可以通過上述方法被φ-OTDR系統檢測到。本項目的研究成果為解決φ-OTDR系統中的噪聲問題提供了新的方法和途徑，為測量高頻率振動事件提供了有效的技術途徑。這將大大提升φ-OTDR系統在實際套用中性能。
