摘要

　　由于光纖傳感技術(shù)具有抗電磁干擾、防腐蝕和長(cháng)距離傳輸等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國防、軍事。工業(yè)。交通、醫藥、教育、家庭等領(lǐng)域都有著(zhù)廣泛的應用。實(shí)驗室基于布里淵散射光時(shí)域反射原理研發(fā)了光纖傳感系統，該系統能夠同時(shí)測量溫度和應變等物理信息，但在將光纖傳感技術(shù)應用在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行數據采集監控傳輸時(shí)，需嬰相應的軟件系統來(lái)實(shí)現交互控制。本文以Pthon（xy）為主要開(kāi)發(fā)平臺，設計研發(fā)了一個(gè)分布式光纖傳感器人機交互軟件平臺來(lái)服務(wù)于實(shí)驗室的分布式光纖傳感系統。

　　本文設計的人機交互軟件主嬰用來(lái)實(shí)現對光纖傳感系統采集多數的設置及數據采集。對采集到的原始數據進(jìn)行處理和計算后獲取光纖上的溫度和應變信息。并將采集和處理后得到的結果（原始數據，溫度變化。應變變化）通過(guò)交互界面進(jìn)行顯示。本文設計了功能菜單模塊來(lái)實(shí)現對采集參數的設置和數據采集的控制，數據處理模塊來(lái)實(shí)現對采集到的數據的計算處理，數據庫模塊來(lái)實(shí)現對采集到的數據的存儲和查詢(xún)，圖像處理模塊來(lái)實(shí)現對界面顯示的圖像的保存、放大、縮小、設置坐標軸范圍和三維圖像觀(guān)察角度等圖形處理操作，網(wǎng)管模塊來(lái)實(shí)現對系統中的參數信息的設置和查詢(xún)。

　　基于自發(fā)布里淵散射的布里淵光時(shí)城反射計（BOTDR） 技術(shù)既可以檢測溫度也能實(shí)現應變傳感。但因為受光纖固有衰減的影響限制了傳感距離。為克服這一缺點(diǎn)。 基于受激布里淵散射的布里淵時(shí)域分析技術(shù)（BOTDA） 通過(guò)引入反向傳輸的連續探測光，可與正向傳輸的脈沖進(jìn)行受激布里淵作用，從而可增強布里淵數射效率，實(shí)現長(cháng)距離傳輸。為了提開(kāi)傳感距離可以采用提升入射光功率的方法。但是由于光纖的非線(xiàn)性效應其功率上限-般不超過(guò)5 dBm,采用FSK調制技術(shù)可以提高探測光功率。盡可能地提高布里淵閱值。但FSK信號和閥值的關(guān)系還未有人研究。所以，本文推導出了基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射國值估算模型，并深入研究n-FSK調制信號的周期、n值、掃頻范圍和自發(fā)布里淵散射閱值的關(guān)系。根據閾值估算公式可計算出不同n-FSK 調制信號下的布里淵國值，本文計算了當調。

　　制信號分別為2-FSK.10-FSK 和40-FSK時(shí)。自發(fā)布里淵散射閥值可分別達到10dBm,17dBm和20dBm.最后論文通過(guò)實(shí)驗驗證了當調制信號為2-FSK時(shí)，實(shí)際閾值與用閾值估算模型計算出的關(guān)值在實(shí)驗誤差范圍內是一致的， 從而驗證了閾值估算模型的正確性。這一研究為后續采用FSK調制技術(shù)的布里淵光時(shí)域分析系統中確定探測光功率和設計n~FSK調制信號的周期。 n值和掃頻范圍提供了一種依據。

　　關(guān)鍵詞：光纖傳感。布里淵散射。人機交互，布里淵散射國值，FSK

abstract

　　Optical fiber sensing technology has many advantages, such as anti electromagnetic interference, anti-corrosion and long-distance transmission. Industry. Transportation, medicine, education, family and other fields are widely used. Based on the principle of Brillouin scattering light time domain reflection, the optical fiber sensing system is developed in the laboratory. The system can measure the physical information such as temperature and strain at the same time. However, when the optical fiber sensing technology is applied to various fields for data acquisition, monitoring and transmission, the corresponding software system is needed to realize interactive control. Based on pthon （XY） as the main development platform, this paper designs and develops a distributed optical fiber sensor human-computer interaction software platform to serve the distributed optical fiber sensor system in the laboratory.

　　The human-computer interaction software designed in this paper is used to realize the most settings and data acquisition of optical fiber sensor system. After processing and calculating the original data, the temperature and strain information on the optical fiber are obtained. And will be collected and processed after the results （original data, temperature changes. Strain change） is displayed through the interactive interface. In this paper, the function menu module is designed to realize the setting of acquisition parameters and the control of data acquisition; the data processing module is used to calculate and process the collected data; the database module is used to store and query the collected data; the image processing module is used to save, enlarge, reduce, set the coordinate axis range and observe the three-dimensional image of the interface display image The network management module is used to set and query the parameter information of the system.

　　Brillouin optical time city reflectometer （BOTDR） based on self releasing Brillouin scattering can detect temperature and realize strain sensing. However, the sensing distance is limited by the inherent attenuation of optical fiber. In order to overcome this shortcoming. The Brillouin time domain analysis （BOTDA） based on stimulated Brillouin scattering （SBS） can enhance the Brillouin efficiency and realize long-distance transmission by introducing backward transmission continuous probe light, which can interact with forward transmitted pulse. In order to increase the sensing distance, the method of increasing the incident light power can be used. However, due to the nonlinear effect of optical fiber, the upper limit of its power is generally less than 5 DBM, so the detection power can be improved by using FSK modulation technology. Increase Brillouin reading value as much as possible. But the relationship between FSK signal and threshold has not been studied. Therefore, this paper deduces the estimation model of self published Brillouin scattering based on n-fsk modulation, and deeply studies the relationship between the period, n value, sweep frequency range and self published Brillouin scattering reading value of n-fsk modulation signal. According to the threshold estimation formula, Brillouin state values of different n-fsk modulation signals can be calculated.

　　When the signal is 2-fsk.10-fsk and 40-fsk respectively. The threshold values of self published Brillouin scattering can reach 10dBm, 17dbm and 20dbm respectively. Finally, the experimental results show that when the modulation signal is 2-fsk, the actual threshold is consistent with the threshold estimation model, which verifies the correctness of the threshold estimation model. This study is to determine the probe power and design the period of N ~ FSK modulation signal in Brillouin optical time domain analysis system using FSK modulation technology. The value of N and the sweep frequency range provide a basis.

　　Key words: optical fiber sensing. Brillouin scattering. Human computer interaction, Brillouin scattering national value, FSK

目錄

　　第一章緒論

　　1.1課題研究背景

　　隨著(zhù)信息社會(huì )的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)的研究在通信領(lǐng)域的作用愈發(fā)重要。本章先對光纖傳感技術(shù)進(jìn)行概述，接著(zhù)詳細介紹分布式光纖傳感技術(shù)中的基于拉曼散射、瑞利散射和布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)。最后，介紹在以上理論基礎上研究分布式光纖傳感器人機交互軟件的意義。

　　1.1.1光纖傳感技術(shù)概述

　　光纖傳感技術(shù)開(kāi)始發(fā)展于1977 年，是伴隨著(zhù)光纖技術(shù)和光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)。 在光纖傳感技術(shù)中，采用光波當作傳感信號，利用外界信號調制光纖中的光波，使光波的物理特征參數（功率、波長(cháng)、頻率等） .

　　發(fā)生變化，然后攜帶外界信息的光波經(jīng)過(guò)光探測器的檢測解調出光波中的外界信號信息，進(jìn)而獲得外界信號的物理量的技川。

　　光纖傳感與傳統的電類(lèi)傳感相比，在傳感方式、傳感原理和信息檢測與解調方面都有明顯的不同，井且光纖傳感與傳統傳感方式相比具有顯著(zhù)的優(yōu)勢：（1）抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、環(huán)境適應能力強。由于光纖是絕緣體并且能可靠傳輸，而光纖傳感器通過(guò)光波傳輸信息，這使得光纖傳感可在各種惡劣環(huán)境中使用，例如各種油田、礦井、和化學(xué)工廠(chǎng)等。（2）具有很高的測量速度。由于光可傳送二維信息，并且還具有極高的傳播速度，所以常被用于高速測量。例如，對雷達信號的處理，通常采用光銜射的高速頻諧解析方法。（3） 具有很高的靈敏度。因為光的波長(cháng)極短，我們通過(guò)光的相位就可獲得它的光學(xué)長(cháng)度。（4）可容納大量信息。由于光可容納很寬的頻帶并且具有很高的頻率，當光纖傳感的被測信號使用光波為載體時(shí)，我們即可采用- .根光纖同時(shí)傳輸多路信號。

　　除此以外，光纖傳感器還有所占體積小、易彎曲、本身重量輕、可在狹小空間等復雜環(huán)境下工作等優(yōu)勢。因為以上的諸多的優(yōu)點(diǎn)。才使得光纖傳感器在生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域都有著(zhù)廣泛的應用，例如國防、軍事、化工、交通、醫藥、教育、家庭等領(lǐng)城。

　　1.1.2分布式傳感技術(shù)的發(fā)展狀況

　　按照測量方式的不同，光纖傳感器可分為點(diǎn)式和分布式兩種。其中，分布式的光纖傳感技術(shù)可以在同一時(shí)間傳輸信號和感知信號，與傳統的點(diǎn)式光纖傳感器相比，實(shí)現真正意義上的分布式測量。分布式光纖傳感可以對光纖上成千。上萬(wàn)個(gè)測量點(diǎn)的溫度和應變信息進(jìn)行測量，這是其它傳感技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢。目前分布式光纖傳感技術(shù)主要分為以下三種：基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)2、基于布里淵散射的布里淵時(shí)域分析傳感技術(shù)45和基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)問(wèn)。其中，基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)的傳感點(diǎn)數已經(jīng)超過(guò)一百萬(wàn)四，在長(cháng)距離傳感方面更具優(yōu)勢。

　　（1）基于 瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)

　　瑞利散射是指當入射光和介質(zhì)中的微觀(guān)粒子發(fā)生彈性碰撞時(shí)產(chǎn)生的散射現象。此時(shí)，散射光和入射光具有相同的頻率。在使用瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)測量空間定位時(shí)，我們通常采用光時(shí)域反射技術(shù)（Optical Time DomainRelfletotry, OTDR）圖。 因為瑞利散射在光纖各位置處都會(huì )產(chǎn)生損耗，且還會(huì )有部分光沿著(zhù)光傳播的反方向散射，返回到光源，我們即可利用這一- 原理檢測光纖的損耗，其原理結構圖如圖1-1 所示。通過(guò)分析光纖中的后向散射光可測量光纖的傳輸損耗和各種結構缺陷引起的結構性損耗，并且通過(guò)分析損耗與光纖長(cháng)度的關(guān)系可檢測外界信號在光纖上分布的擾動(dòng)信息。

　　（2）基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)

　　光纖中的光學(xué)光子和光學(xué)聲子相互碰攛相互發(fā)生能量交互產(chǎn)生拉曼散射現象。在光譜圖中，拉曼散射頻譜在入射光譜線(xiàn)兩側有兩條譜線(xiàn)，它們一條為斯托克斯光譜線(xiàn)，另-條為反斯托克斯光譜線(xiàn)。在自發(fā)拉曼散射實(shí)驗中，反斯托克斯光的強度隨溫度變化敏感，而斯托克斯與溫度無(wú)關(guān)，反斯托克斯光和斯托克斯光的比值只和溫度有關(guān)且二者比值隨溫度的升高呈指數變化。利用反斯托克斯光和斯托克斯光的比值關(guān)系式可解出溫度值并用下式表示門(mén)：

　　式中，T為被測溫度，To為參考溫度，k為玻爾茲曼常數，h為普朗克常數，ov為拉曼頻移。

　　基于拉曼散射原理的拉曼光纖傳感技術(shù)（RamanOpticalTimeDomainRefletoetry, ROTDR）凹的結構圖如圖1-2所示，根據反斯托克斯光和斯托克斯光比值可獲得光纖中各個(gè)位置上的溫度。

　　布里淵散射是入射到光纖中的光波與光纖中介質(zhì)中的聲波相互作用，光纖中的光學(xué)聲子和光學(xué)光子發(fā)生非彈性碰撞而產(chǎn)生的。我們定義發(fā)生布里淵散射時(shí)的散射光頻率與入射光的頻率差值為布里淵頻移。利用布里淵散射性質(zhì)的布里淵散射分布式光纖傳感（ Brilouin optical time domain reflecometyt, BOTDR）技術(shù)網(wǎng)的結構圖如圖1-3 所示。基于布里淵散射的光纖傳感技術(shù)是在傳統的光時(shí)域反射儀（OTDR）基礎上發(fā)展起來(lái)的，但是采用瑞利散射來(lái)替換背向的自發(fā)布里淵散射。溫度和應變這兩個(gè)物理量可以影響布里淵散射現象，所以我們通過(guò)測量布里淵散射來(lái)獲取這兩個(gè)物理量。

　　但布里淵散射現象較微弱，實(shí)現長(cháng)距離檢測比較困難，為克服這一缺點(diǎn)，又提出了基于受激布里淵散射的布里湖光時(shí)域分析技術(shù)（Brllouinopticaltimedomain analysis, BOTDA） ".通過(guò)引入反向傳輸的連續探測光，可與正向傳輸的脈沖進(jìn)行受激布里淵作用（Stimulated Brllouin sattering, SBS），從而可增強布里淵散射效率，實(shí)現長(cháng)距離傳輸，該技術(shù)的基本結構如圖14所示。

　　1.2課題研究意義

　　由于分布式光纖傳感器的突出優(yōu)勢，被廣泛應用在測量溫度和應變等重要領(lǐng)域。實(shí)驗室已基于布里淵散射光時(shí)域反射原理研發(fā)了光纖傳感系統，該系統能夠同時(shí)測量溫度和應變等物理信息，但在將光纖傳感技術(shù)應用在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行數據采集監控傳輸時(shí)，需要相應的軟件系統來(lái)實(shí)現交互控制。因此，本文設計了基于布里獺散射光時(shí)域反射原理的分布式光纖傳感器人機交互軟件。通過(guò)人機交互系統來(lái)實(shí)現對光纖傳感系統采集參數的設置及初始化，對數據采集的控制，對采集到的原始數據進(jìn)行處理和計算后獲取光纖上的溫度和應變信息，并將采集和處理后得到的結果（原始數據、溫度變化、應變變化）通過(guò)交互界面進(jìn)行顯示。因此，進(jìn)行分布式光纖傳感器人機交互軟件的設計，可以實(shí)現對整個(gè)傳感系統的監控，監測光纖。上的溫度、應變等信息，還可實(shí)現對光纖傳感系統的參數設置、數據處理等操作本文即是以基于布里淵散射的光纖傳感技術(shù)為理論基礎，以Python（xy）和Visual Studio 2010為主要軟件開(kāi)發(fā)平臺，設計了基于分布式光纖傳感器的人機交互界面控制系統，控制光纖傳輸系統中的采集多數的設置、采集數據的存儲和處理、界面繪圖和繪圖處理以及網(wǎng)管功能等。

　　基于自發(fā)布里淵散射的布里淵光時(shí)域反射計（BOTDR） 技術(shù)既可以檢測溫度也能實(shí)現應變傳感，但因為受光纖固有衰減的影響從而限制了光纖的傳感距離。

　　為克服這一缺點(diǎn)， 基于受激布里淵散射的布里淵時(shí)域分析技術(shù)（BOTDA） 通過(guò)引入反向傳輸的連續探測光，可與正向傳輸的脈沖進(jìn)行受激布里淵作用，從而可增強布里淵散射效率，實(shí)現長(cháng)距離傳輸。為了提升傳感距離可以采用提升入射光功率的方法，但是由于光纖的非線(xiàn)性效應其功率上限- - 般不超過(guò)5 dBm,通過(guò)采用FSK調制技術(shù)可以提高探測光功率，盡可能地提高布里調閱值，但FSK信號和閥值的關(guān)系還未有人研究。本文根據入射光是連續光的闕值公式推導出了一種基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵閣值估算模型，根據此閾值估算公式即可計算出不同n-FSK調制信號下的布里淵閱值，論文還深入研究n-FSK調制信號的周期、n值、掃頻范圍和自發(fā)布里淵散射閱值的關(guān)系。這一研究為后續采用FSK調制技術(shù)的布里淵光時(shí)域分析系統中確定探測光功率和設計n-FSK謂制信號的周期、n值和掃頻范圍提供了一種依據。

　　1.3論文主要工作及文章結構

　　本文主要研究基于分布式光纖傳感系統的界面控制系統的設計與實(shí)現。以及對基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射國值的研究與討論。其中，基于分布式光纖傳感系統人機交互軟件設計的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選擇的是Python開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)平臺選擇的是Pythonx.y）和Visual Studio 2010平臺，數據庫選用的是MySQL數據庫，此人機交互軟件系統主要設計并開(kāi)發(fā)了以下功能模塊：.

　　（1）功能菜單模塊。包含參數設置、數據采集開(kāi)關(guān)、數據讀取開(kāi)關(guān)、濾波使能開(kāi)關(guān)等。

　　（2）數據采集，存儲、處理模塊。包含對光纖傳感數據的采集、采集后的數據存入數據庫、采集后的數據的洛倫茲擬合處理以及光纖各個(gè)位置處溫度和應變的計算等。

　　（3）繪圖模塊。包括原始數據的三維圖、光纖各位置處溫度曲線(xiàn)圖和應變曲線(xiàn)圖。此外，還包含對圖形的保存和打印，對圖形坐標軸顯示范圍的設置、對三維圖形的觀(guān)察角度設置、圖形的局部放大、對圖形操作的撤銷(xiāo)恢復等操作功能。

　　（4）數據庫管理模塊。保存用戶(hù)最新參數設置數據和采集到的數捆信息供用戶(hù)調用。

　　（5）網(wǎng)管模塊。包括參數信息的配置管理和狀態(tài)管理，實(shí)現對系統中的參數信息的設置和查詢(xún)。

　　對于基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射閾值的研究則主要根據入射光是連續光的閱值公式推導出基于n-FSK 調制的自發(fā)布里淵散射闕值估算模型。井通過(guò)Matlab軟件仿真探討n(yōu)-FSK調制信號的n值、周期、掃頻范圍變化等和自發(fā)布里淵散射閣值的關(guān)系。通過(guò)我們推導出的閾值模型，我們可以計算得出不同。

　　FSK信號調制下的自發(fā)布里淵散射閥值。在本文中，我們得出當調制信號分別為2-FSK、10-FSK和40-FSK時(shí)。自發(fā)布里淵散射閩值可分別達到10dBm,17dBm和20dBm.論文還通過(guò)實(shí)驗驗證了當調制信號為2-FSK時(shí)，實(shí)際閾值與用閥值估算模型計算出的闕值在實(shí)驗誤差范圍內是一致的，從而驗證了閥值估算模型的正確性。這一研究為后續采用FSK調制技術(shù)的布里淵光時(shí)域分析系統中確定探測光功率和設計n-FSK調制信號的周期、n值和掃頻范圍提供了-種依據。下面是對論文結構和內容的安排：

　　第一章為緒論部分，這-部分首先介紹了論文的研究背景，即光纖傳感技術(shù)的起源和基本情況。接著(zhù)對分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展狀況進(jìn)行了介紹，并對分布式光纖傳感技術(shù)的三種分類(lèi)--基于 拉曼散射。瑞利散射和布里湖散射的分布式光纖傳感技術(shù)分別進(jìn)行了詳細介紹，在本章最后給出了論文的研究?jì)热荨⒀芯恳饬x和各章節結構安排。

　　第二章介紹分布式光纖傳感器人機交互軟件的總體設計，首先介紹布里淵時(shí)域分析光纖傳感系統的組成和原理。并介紹在分布式光纖傳感系統基礎上搭建人機交互軟件的意義。然后介紹了分布式人機交互軟件的系統需求，包括業(yè)務(wù)、功能和性能等方面的需求。接著(zhù)論文介紹了人機交互軟件系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中用到的編程語(yǔ)言和系統開(kāi)發(fā)平臺。最后，介紹了光纖傳感器人機交互軟件的總體設計，包括交互界面設計、后端功能設計和網(wǎng)管界面的設計。

　　第三章詳細介紹光纖傳感器人機交互軟件的實(shí)現與系統測試。首先，介紹了交互軟件中數據庫平臺的設計與搭建，并依據數據庫和數據庫用表的設計原則設計了人機交互系統中的數據庫用表。接著(zhù)，介紹交互控制平臺各個(gè)功能模塊的具體實(shí)現和網(wǎng)管界面的實(shí)現。在本章的最后，對所本文中所開(kāi)發(fā)的光纖傳感人機交互軟件系統進(jìn)行了測試規劃并對各個(gè)功能模塊進(jìn)行了測試。

　　第四章介紹基于n-FSK調制下的自發(fā)布里淵散射閱值的研究。本章介紹了光纖中的一些現象，包括自發(fā)布里淵散射現象、受激布里淵散射現象、限制布里淵光纖傳感傳輸距離的因素和在此基礎上研究n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射闕值的意義。根據入射光是連續光的閡值公式推導出基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射國值估算模型，通過(guò)仿真討論n-FSK調制信號的n值、周期、掃頻范圍等與自發(fā)布里淵牧射國值的關(guān)系，最后通過(guò)實(shí)驗驗證所提出的基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射團值的估算模型的正確性。

　　第五章是對論文的總結部分，該章對整個(gè)研究生期間完成的工作進(jìn)行了總結，并對未來(lái)的工作可研究、改進(jìn)的方向提出了建議。

　　1.4本章小結

　　本章首先介紹了光纖傳感技術(shù)的起源和發(fā)展概況，接下來(lái)對分布式光纖傳感技術(shù)的三種主要的分布式光纖傳感技術(shù)進(jìn)行了詳細介紹，最后介紹了論文研究的主要內容和研究意義，并對論文的各章節的結構進(jìn)行了安排。

 .

　　第二章分布式光纖傳感器人機交互軟件總體設
　　2.1布里淵時(shí)域分析光纖傳感系統組成及原理
　　2.2分布式光纖傳感器人機交互軟件設計意
　　23人機交互軟件 系統需求分
　　2.4開(kāi)發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境
　　2.4.1編程語(yǔ)言
　　2.4.2開(kāi)發(fā)平臺
　　2.5系統功能總體
　　2.5.1交互界面設計
　　2.5.2后端功能設計
　　2.5.3網(wǎng)絡(luò )管界面設計
　　2.6本章小結

　　第三章光纖傳感器人機交互軟件實(shí)現與測試
　　3.1數據庫平臺搭
　　3.1.1數據庫設計原則
　　3.1.2數據庫用表
　　3.2.1功能菜單模塊設計與實(shí)現
　　3.2.2數據處理模塊設計與實(shí)現
　　3.2.3繪圖模塊設計與實(shí)現
　　3.3網(wǎng)管界面實(shí)現

　　3.4系統測
　　3.4.1測試規劃
　　3.4.2測試用例
　　3.4.3測試結果
　　3.5本章小結

　　第四章基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射閥值分析
　　4.1光纖中 的布里淵散
　　4.2限制布里淵光纖傳感傳輸距離的因素
　　4.3基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射闕值研
　　4.3.1基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射閾值模型
　　4.3.2仿真分析
　　4.3.3實(shí)驗結果與討論

第五章總結與展望

　　5.1論文工作總結

　　基于分布式光纖傳感器在測量溫度和應變等重要領(lǐng)域的"泛應用，本文設計并開(kāi)發(fā)了分布式光纖傳感器人機交互軟件系統來(lái)協(xié)助進(jìn)行光纖傳感系統的交互控制。此人機交互軟件系統依托于Pythonxy）、Vs 2010和MySQL數據庫開(kāi)發(fā)平臺搭建，實(shí)現了對采集參數的設置、對數據的采集、采集數據的處理、繪圖顯示和網(wǎng)管等重要功能。此外，論文還對基于n-FSK 調制的自發(fā)布里淵散射閥值也進(jìn)行了深入研究，探討了n-FSK 調制信號與布里淵散射閥值的關(guān)系。本文的研究成果及創(chuàng )新點(diǎn)如下：

　　1.設計并開(kāi)發(fā)了基于分布式光纖傳感器的人機交互軟件。

　　本文設計的人機交互軟件可實(shí)現對光纖傳感系統采集參數的設置及數據采集的控制，對采集到的原始數據進(jìn)行處理和計算后獲取光纖。上的溫度和應變信息，并將采集和處理后得到的結果（原始數據、溫度變化、應變變化）通過(guò)交互界面進(jìn)行顯示。并且還設計了相應的數據庫模塊，用戶(hù)可查詢(xún)歷史數據信息，井方便地更改采集參數等信息，更加系統便捷地對分布式光纖傳感系統進(jìn)行管理與使用。

　　還設計了相應的網(wǎng)管模塊來(lái)實(shí)現對系統中的參數信息的設置和查詢(xún)。整個(gè)人機交互軟件主要包括以下五個(gè)主要功能模塊：

　　（1）功能菜單模塊。包含參數設置、數據采集開(kāi)關(guān)、數據讀取開(kāi)關(guān)、濾波使能開(kāi)關(guān)等。

　　（2）數據采集、存儲、處理模塊。包含對光纖傳感數據的采集、存入數據庫、對采集的數據的洛倫茲擬合以及光纖上各個(gè)位置處溫度和應變的計算等。

　　（3）繪圖模塊。包括原始數據的三維圖、光纖上各個(gè)位置處的溫度曲線(xiàn)圖和應變曲線(xiàn)圖。此外，還包含對圖形的保存和打印、對圖形坐標軸顯示范圍的設置、對三維圖形的觀(guān)察角度的設置、圖形的局部放大、對圖形操作的撤銷(xiāo)恢復等操作功能。

　　（4）數據庫管理模塊。對用戶(hù)設置的參數信息和采集到的數據信息的保存和調用功能。

　　（5）網(wǎng)管模塊。包括參數信息的配置管理和狀態(tài)管理，實(shí)現對系統中的參數信息的設置和查詢(xún)。

　　2.深入研究了基于n-FSK 調制的自發(fā)布里淵散射閩值，并推導出了基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射闔值估算模型。

　　在光纖傳感系統中，為了提升傳感距離可以采用提升入射光功率的方法，但是由于光纖的非線(xiàn)性效應其功率上限- .般不超過(guò)5 dBm,采用FSK調制技術(shù)可以提高探測光功率，盡可能地提高布里淵閾值，但FSK信號和閱值的關(guān)系還未有人研究。所以，本文根據入射光是連續光的閡值公式推導出了基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射閡值估算模型，并深入研究n-FSK調制信號的周期、n值和掃頻范圍和自發(fā)布里淵散射國值的關(guān)系。

　　由研究結果我們可以得到SpBS閱值與n-FSK調制信號的周期、n值和掃頻范圍的關(guān)系。

　　（1）當固定光纖長(cháng)度、n-FSK調制信號的n值和掃頻范圍時(shí)，SpBS 閾值隨著(zhù)調制信號周期的減小而增大，且周期減小到-一個(gè)定值左右時(shí)，SpBS 闕值趨于穩定不再隨著(zhù)周期的減小而顯薯增加，從而我們可以獲得該情況下的最佳周期值。

　　（2）當固定光纖長(cháng)度、調制信號的周期和掃頻范圍時(shí)，SpBS閾值隨著(zhù)n-FSK信號的n值的增大而增大，當n值增大到一個(gè)定值后，SpBS 閣值趨于穩定，從而我們可以獲得該情況下的最佳n值。

　　（3）此外，由仿真結果還可知當調制信號分別為2-FSK、10-FSK和40-FSK時(shí)，SpBS國值可分別達到10dBm,17dBm,20dBm都高于未經(jīng)n-FSK信號調制時(shí)的探測光功率極值5 dBm.

　　因此，我們可以根據推導出的闕值估算公式計算不同n-FSK調制信號下的布里淵闕值，從而選擇合適的探測光功率，并根據n-FSK調制信號的周期、n值和掃頻范圍和SpBS闕值的關(guān)系選擇合適的n-FSK信號。

　　5.2論文工作展望

　　此次開(kāi)發(fā)的分布式光纖傳感人機交互軟件實(shí)現了控制數據采集、數據處理和圖形繪制等功能，實(shí)現了預期要求，但未來(lái)仍然可以進(jìn)-步改進(jìn)完善，具體包括以下幾個(gè)方面：

　　1.界面的外觀(guān)樣式較單一不夠豐富美觀(guān)，未來(lái)可在此基礎上豐富界面樣式，設計多種主題格式供用戶(hù)選擇。

　　2、在數據庫搜索與查詢(xún)方面，項目建立初期，數據存儲量較少，數據查詢(xún)訪(fǎng)問(wèn)可迅速完成，隨著(zhù)數據量的增加，數據的搜索和查詢(xún)速度會(huì )降低，需優(yōu)化搜索算法提高數據訪(fǎng)問(wèn)速率。

　　3、在對原始數據進(jìn)行繪制時(shí)，當數據達到百萬(wàn)數據量時(shí)。為提高繪圖效率，論文中采取了選點(diǎn)繪圖的方式，選點(diǎn)的方法可進(jìn)一步 優(yōu)化以突顯數據特征。

　　4、在對基于n-FSK調制的自發(fā)布里淵散射閱值的研究可進(jìn)一步研 究不同光纖長(cháng)度下與n-FSK信號周期、頻率等信息對布里淵閾值的影響。

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致謝

　　轉眼間，我已經(jīng)在北京郵電大學(xué)度過(guò)了七年的時(shí)光，從剛入大學(xué)的懵懂女孩已經(jīng)到了如今即將邁入職場(chǎng)的成熟女性。在這七年的求學(xué)時(shí)光里，北京郵電大學(xué)授予我了專(zhuān)業(yè)的技能知識、嚴謹的治學(xué)態(tài)度、與人相處的溝通技巧和團隊協(xié)作的工作態(tài)度。以上種種，感謝北京郵電大學(xué)對我的悉心栽培和細心指導。明光以北，薊門(mén)以南，北郵學(xué)府，求學(xué)七年，水存感恩之心。

　　在這里我要鄭重地感謝我的項目指導老師一洪 小斌老師，感謝洪老師在研究生招生時(shí)給與我的面試機會(huì )，才讓我有幸加入光網(wǎng)絡(luò )與光信號處理實(shí)驗室，讓我在此完成自己的研究生學(xué)業(yè)井認識了一群認真科研、積極生活的老師和同學(xué)。

　　感謝洪老師三年來(lái)在學(xué)業(yè)上對我的指導和生活上對我的照頤。每次的實(shí)驗室組會(huì )。

　　洪老師不僅在實(shí)驗項目上給與我們很多指導和幫助還教會(huì )我們很多人生上的哲理和職場(chǎng)上的技巧。此次論文從選題到設計，再到編程實(shí)現和論文的撰寫(xiě)，洪老師都給與了很多建議和指導，幫助我克服了很多難題。在人機交互軟件的功能實(shí)現過(guò)程中，遇到很多間題出過(guò)很多錯誤，得益于洪老師豐富的編程經(jīng)驗和專(zhuān)業(yè)知識，給出很多正確有效的解決方法幫助我快速有效的解決問(wèn)題。在自發(fā)布里淵散射閾值的研究實(shí)驗中，生成FSK調制信號時(shí)困難重重，進(jìn)展緩慢，也 是洪老師不辭辛苦的指導幫助，我才能順利的完成實(shí)驗。在此，再次表達對洪老師的感謝。

　　在這里還要感謝實(shí)驗室的老師組，伍劍老師、李巖老師、丘古芳老師、郭宏翔老師、李蔚老師和左勇老師。感謝以上老師在研究生期間對我的各方面的指導和幫助，正是跟著(zhù)這樣一群和藹可親、治學(xué)嚴謹的老師，我才能愉快并幸福地度過(guò)我的研究生生涯。

　　其次在這里感謝實(shí)驗室的師兄師姐和師弟師妹，著(zhù)重感謝王晟師兄和孫茜子小師姐在我的實(shí)驗和論文方面對我的指導和幫助。感謝他們在夜晚放棄休息時(shí)間指導我做實(shí)驗并對我的小論文文章的撰寫(xiě)給與的指導和建議。

　　此外，感謝我的室友李澤麗、馮海利和寧全艷。感謝她們陪我度過(guò)研究生生涯，陪我走過(guò)開(kāi)心與失落，感謝那些-起度過(guò)的科研研究的白天和黑夜，感謝遇到困難時(shí)的相互鼓勵和打氣。感謝我的所有同學(xué)，感謝你們與我一起探討 學(xué)術(shù)，解決科研問(wèn)題，. -起走過(guò)人生的三年時(shí)光。

　　最后，感謝我的父母，感謝你們我才能來(lái)到這個(gè)世界，見(jiàn)識到世間萬(wàn)物，感謝你們對我的教育和培養，讓我認知這個(gè)世界。感謝我的姐姐，每一次的交流都讓我更感到人生的意，義。感謝我的父母和姐姐在生活上對我的照頤，有你們做我的后盾，我才能開(kāi)心快樂(lè )地面對生活中的一切。

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