基于相干后向瑞利散射的分布式光纤传感系统

基于相干后向瑞利散射的分布式光纤传感系统陈学义1，董凤忠1，张晓磊1，严冰1，李俊2，BrianCulshaw3（1中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所，合肥市科学岛，230031；2EngineeringandPhysicsScience，Heriot-WattUniversity，Edinburgh，UnitedKingdom；3DeptofEEE，UniversityofStrathclyde，204GeorgeStreet，Glasgow，G11XW，UnitedKingdom）摘要：本文从理论和实验两个方面研究了基于φ-OTDR的分布式光纤传感技术，并采用一种改进的两级掺铒光纤放大（EDFA）结构，搭建了一套基于相干后向瑞利散射的分布式光纤传感入侵检测系统。首先，依据φ-OTDR后向瑞利散射信号的特点，建立了后向瑞利散射离散模型。针对光纤传输介质折射率的不均匀型和散射体的随机性，采用蒙特卡罗随机方法对后向瑞利散射信号进行了数值模拟，得到了后向瑞利散射信号及外部扰动的定位位置。其次，搭建了一套基于声光调制器的φ-OTDR分布式光纤传感系统，并进行了外部扰动入侵定位实验。针对后向瑞利散射信号微弱的特点，提出了一种改进的信号处理方法，即分别采用数字平均和滑动平均方法改善信噪比和抑制高频随机噪声，采用间隔相减和小波变换方法降噪和滤除低频干扰提取突变信号。结果表明，该系统的定位精度达到15m，定位范围为35.5km，信噪比约为8dB。该系统有望在长距离油气管道、桥梁建筑、机场、监狱等重要场所的安全入侵检测。关键词：分布式光纤传感，相位敏感光时域反射计，数据模拟，小波变换，入侵检测第一作者简介：陈学义（1987-），男，硕士，[e-mail]征文专题号：P-1