【正文】 技術與應用. 北京：國防工業(yè)出版社，.]。一般傳統(tǒng)的光纖傳感技術對上述的物理量的測量都是單點測量，由多個分布在空間預知位置上的分立的光纖傳感器，采用串聯(lián)或其它網絡結構形式連接形成，利用時分復用、頻分復用、波分復用等技術，共用一個或多個信息傳輸通道所構成的分布式的網絡系統(tǒng)。20世紀70年代，隨著美國康寧公司與貝爾實驗室相繼在光纖制作技術上取得重大突破，光纖作為一種新型的通訊載體逐漸實現(xiàn)了商用化。本課題是在前人的研究成果的基礎之上，采用分布式光纖振動傳感技術，以期望能夠充分發(fā)揮分布式光纖傳感的優(yōu)勢，實現(xiàn)分布式光纖傳感技術在實際中的應用，同時結合相應的信號處理技術，通過分析光纖中的信號變化從而對入侵區(qū)域進行判斷，實現(xiàn)對外界擾動信號的檢測。與其它傳統(tǒng)的傳感技術相比，光纖傳感技術有著巨大的優(yōu)勢。光纖傳感技術以光纖作為傳感感應元件，可用于檢測分析振動、壓力、溫度、應變、加速度、電流、電壓、磁場、頻率、熱感應等物理量。關鍵詞： 分布式光纖傳感技術 相位調制 馬赫曾德干涉 LabVIEW 數(shù)據采集 MATLAB 信號處理The Research of Distributed Interference Optical Fiber Vibration Sensor SystemAbstractWith the development of optical fiber and optical munication technology, optical fiber sensing is a new and rapidly developing technology in seventy times of last century. It stands for the development direction of a new generation of the optical fiber sensing technology. Optical fiber sensors provide advantages over the existing technologies such as high integration, widely response range, wide frequency band, high sensitivity and immunity to electromagnetic interference. The perturbation sensing technology is a hot spot in the fiber sensing technology. Optical fiber sensing is more and more widely applied in the fields of military, industry and civil. This thesis, the main research is the distributed optical fiber perturbation sensing system based on MachZehnder interferometer.Firstly, this paper introduces the development and research of fiber vibration sensing technology at home and abroad, classifies of distributed optical fiber sensors, and specifically analyses and pares the three typical Interferometry 。本課題，主要是對基于馬赫曾德干涉原理的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的研究。干涉型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)研究摘 要光纖傳感技術是上世紀七十年代末隨著光纖和光纖通信技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一門新興技術，代表了新一代傳感技術的發(fā)展方向。本文首先介紹了光纖傳感技術的發(fā)展以及國內外研究現(xiàn)狀，對分布式光纖傳感器進行分類，并特別分析和比較了三種典型的干涉技術；然后闡述了MZ干涉型光纖振動傳感系統(tǒng)的相位調制原理，從整體上對該系統(tǒng)的結構進行了設計。 Then, it describes the principle of phase modulation of MZ interference optical fiber vibration sensor system, and designs the structure of the system as a whole. And then pletes the design of distributed optical fiber detective system based on LabVIEW software, to realize the data acquisition of the signal. At last, according to the designed distributed interference optical fiber vibration sensor system, setting up the experimental platform and carrying out the experiment of detect the vibration signal. It can realize the analysis and processing the interfering signal through the software of MATLAB, to achieve the purpose of detect the interfering signal.Key Words：distributed optical fiber sensing phase modulation MachZehnder interference LabVIEW data acquisition MATLAB signal processing目 錄摘 要 iAbstract ii第一章 緒論 1 選題背景及其意義 1 分布式光纖傳感技術的發(fā)展概況 1 光纖傳感技術國內外研究現(xiàn)狀 3 分布式光纖振動傳感技術的應用 4 論文的主要內容 5 第二章 分布式光纖傳感技術研究 6 分布式光纖傳感技術的原理和特點 6 分布式光纖傳感器的分類 6 基于OTDR的分布式光纖傳感器 7 基于干涉法的分布光纖傳感器 8 典型干涉技術介紹和比較 9 典型干涉技術 9 各類干涉技術比較 11 本章小節(jié) 12 第三章 基于MZ干涉原理的分布式光纖傳感系統(tǒng) 13 分布式MZ振動傳感原理 13 光相位調制原理 13 光纖振動傳感系統(tǒng)的相位調制 18 MZ干涉型分布式光纖振動傳感系統(tǒng)結構設計 19 本章小結 20 第四章 基于LabVIEW的分布式光纖檢測系統(tǒng)設計 21 LabVIEW概述 21 LabVIEW虛擬儀器簡介 21 LabVIEW的結構 21 LabVIEW的優(yōu)勢 23 基于LabVIEW的分布式光纖檢測系統(tǒng)設計 23 數(shù)據采集原理及采集卡介紹 23 分布式光纖檢測系統(tǒng)的設計 25 本章小結 30 第五章 基于MZ干涉原理的分布式光纖傳感系統(tǒng)擾動檢測實驗 31 基于MZ分布式光纖傳感系統(tǒng)實驗平臺 31 基于MZ分布式光纖傳感系統(tǒng)擾動檢測實驗 34 原理性實驗 34 干擾信號以及振動頻率的檢測 34 數(shù)據處理與分析 36 本章小結 39 第六章 全文總結與展望 40 全文總結 40 系統(tǒng)改進及展望 40 參考文獻 44 致 謝 44 第一章 緒論 選題背景及其意義光纖通信技術與光纖傳感技術是光電子科學領域里兩大重要的組成部分。經過幾十年的研究和發(fā)展，目前已有一百多種光纖傳感器應用于軍事、工程、勘測、安保、醫(yī)療等多個方面[參考文獻[] Culshaw B, Dakin J. 光纖傳感器技術. 李少慧，寧雅農譯. 武漢：華中理工大學出版社, .]。光纖傳感可以不受電磁波的干擾、體積小、重量輕、噪聲低、信號容量大、反應速度快，可靠性高，而且光纖本身既可以作為傳感感應元件又可以作為信號傳輸媒介這一特征，決定了其在實現(xiàn)長距離大范圍的全分布式傳感技術領域有著無可替代的地位。根據該技術設計的分布式光纖傳感振動系統(tǒng)可應用于周邊警戒領域，而且系統(tǒng)結構簡單，靈敏度高，可擴展性強，實現(xiàn)大規(guī)模應用后在成本上也有一定的優(yōu)勢，因此對這一系統(tǒng)的研究具有很高的科研價值與商用價值。自從光纖投入商業(yè)應用之后，光纖通信技術取得了長足的發(fā)展[[] 王文剛. 馬赫曾德分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的研究：[碩士學位論文]. 武漢：華中科技大學，2009.]。它可以較精確地同時或分時得到預知位置上被測量信息的空間分布，還可以同時得到某一或某些空間點上不同的被測量的分布信息，但它只能得到預知離散空間位置上的傳感信息，仍存在傳感“盲區(qū)”，測量范圍比較小，并且在一般情況下其結構較復雜、成本較高。區(qū)別在于全分布式技術比起準分布式技術，具有無盲區(qū)的特點。盡管各種分布式光纖傳感技術的機理都相對成熟，但在面向實際應用時還存在很多問題，包括光纖傳感器系統(tǒng)的成本、可靠性以及靈敏度等。值得一提的是，美國這些科研機構在大力開展光纖傳感技術的實驗室研究的同時，還特別注重光纖傳感技術的實際開發(fā)與運用，著重研究光纖傳感器的工業(yè)化生產技術，并達到了較高的水平，迅速形成具有競爭力的新興產業(yè)。隨著工藝水平的提高以及計算機技術在光纖傳感技術中的應用，基于光纖傳感技術的光纖傳感系統(tǒng)的可靠性、靈敏度等相應技術指標也有很大提高，光纖傳感系統(tǒng)正逐步從實驗室走入市場[[] Juan C J, Eric W M,Kyoo N C. Distributed FiberOptic Intrusion Sensor System. Journal of Light wave ,23（6）：20812087.]。目前國內光纖傳感技術的主要研究工作在高校和研究所進行，如南京航空航天大學、華中科技大學、西安交大、南開大學、復旦大學、中科院物理所、核工業(yè)總公司九院、核工業(yè)總公司九院等單位。 分布式光纖振動傳感技術的應用分布式光纖振動傳感器作為分布式光纖傳感技術的一個重要分支，利用光波在光纖中傳輸時相位、偏振等對振動敏感的特性，連續(xù)實時地監(jiān)測光纖附近的振動。分布式光纖振動傳感技術能克服上述的問題，在周界安全防護中形成一道人眼看不到的“電子圍墻”。除此之外還可用于油氣管道的自然形變或人為挖掘等破壞情況的監(jiān)控[[] 胡志新，張陵，喬學光等．分布式光纖布拉格光柵在油氣管道檢測中的應用．應用學．2000, 21（4）：3537.]，一些高級別墅、酒店的安防警戒，地震災害的預警等。本論文主要研究基于分布式光纖振動傳感技術的光纖振動傳感系統(tǒng)的原理及具體實現(xiàn)，主要內容包括以下內容：在第一章中介紹了本課題的選題背景及意義，分布式光纖傳感技術的發(fā)展概況、國內外的研究現(xiàn)狀以及應用方向；在第二章中介紹了分布式光纖傳感技術的基本原理、特點以及分布式光纖傳感器分類及常見的幾種類型的介紹，特別是對干涉法中的幾種干涉技術作了詳細的介紹和比較；在第三章中介紹了光相位調制原理，重點介紹了基于該原理的MZ干涉型分布式光纖傳振動感器系統(tǒng)的結構設計；在第四章中介紹了分布式光纖振動傳感系統(tǒng)數(shù)據采集的設計及具體實現(xiàn)，主要包括PCI6115數(shù)據采集卡以及基于LabVIEW軟件的分布式光纖檢測系統(tǒng)設計的實現(xiàn)；在第五章介紹了基于MZ分布式光纖振動傳感系統(tǒng)的原理性實驗和擾動檢測實驗，并對實驗的數(shù)據用MATLAB進行進一步的分析和處理；在第六章中對全文進行了總結，闡述了系統(tǒng)的改進措施，并對今后工作進行展望。如果把光纖縱橫交錯連接成網狀，則可以構成規(guī)模龐大的地毯式監(jiān)測網，實現(xiàn)對目標的全方位的檢測。分布式光纖傳感器還可以按照所使用的技術方法分類，主要有光時域反射法（OTDR）、干涉法、波長掃描法、連續(xù)波調頻法[[] 何存富，杭利軍，吳斌．分布式光纖傳感技術在管道泄漏檢測中的應用．, 25（9）：814.]。該方法分辨力高，光源成本較低。 基于OTDR的分布式光纖傳感器目前，光纖分布式傳感技術中發(fā)展最快最成熟的是基于光纖后向散射光損耗時域檢測技術的光時域反射技術（Optical Time domain Reflection）。目前應用光纖后向散射技術的光纖傳感器己有：（1）基于OTDR的微彎應力傳感器光纖的彎曲會引起傳輸光損耗的增加，而且曲率半徑較小的微彎比曲率半徑較大的漸彎造成的光損耗大得多。結合光時域反射技術，光纖沿線溫度場的分布便可由光纖中AntiStokes散射光強的變化值獲得[[] Mostafa Ahangrani Farahani and Torsten Gogolla，Spontaneous Raman Scattering in Optical Fibers with Modulated Probe Light for Distributed Temperature Raman Remote Sensing，Journal of Light wave Technology. 1999,17（8）：13791380]。但對于有多個振動點，可能會淹沒在首個振動點后的偏振態(tài)抖動中，如果要實現(xiàn)多點定位，POTDR還有許多問題需要研究。加之干涉型光纖