基于BOTD R的分布式溫度和應(yīng)變傳感系統(tǒng)的研究.pdf

1、基于布里淵光時(shí)域反射(BOTDR)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，具有良好的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確的空間分辨率和測(cè)量精度，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也簡單易實(shí)現(xiàn)，一經(jīng)問世便得到國內(nèi)外的廣泛重視，現(xiàn)已發(fā)展成為光纖傳感領(lǐng)域的主要技術(shù)。本文利用布里淵頻移同溫度和應(yīng)變的變化關(guān)系，基于相干拍頻探測(cè)法搭建了分布式傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度和應(yīng)變變化的監(jiān)測(cè)，并通過脈沖調(diào)制實(shí)驗(yàn)和后期的信號(hào)處理算法，提高了布里淵信號(hào)的信噪比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)空間分辨率、測(cè)量精度等參數(shù)的優(yōu)化。論文主要內(nèi)容如下：<

2、br>　　①介紹BOTDR技術(shù)的基本理論，闡述自發(fā)布里淵散射和受激布里淵散射各自的產(chǎn)生機(jī)理。研究布里淵信號(hào)的頻率和光強(qiáng)同溫度和應(yīng)力變化的定量關(guān)系。討論系統(tǒng)的兩類實(shí)現(xiàn)方式：直接探測(cè)和相干拍頻探測(cè)，并詳細(xì)介紹系統(tǒng)的主要性能參數(shù)及其各自的影響因素。
　?、趯?shí)驗(yàn)搭建基于BOTDR的分布式傳感系統(tǒng)，并對(duì)組成系統(tǒng)的重要器件：布里淵激光器和摻鉺光纖放大器進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)各器件的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和改進(jìn)。介紹了聲光調(diào)制器（AOM）的工作原理

3、，實(shí)驗(yàn)分析調(diào)制脈沖對(duì)傳感光纖中自發(fā)布里淵散射的影響。
　?、鄄捎?0km的傳感光纖，通過多次脈沖調(diào)制實(shí)驗(yàn)，分析不同脈沖寬度和幅值對(duì)傳感光纖中散射信號(hào)的影響。選擇380mV-300ns的調(diào)制脈沖進(jìn)行溫度傳感實(shí)驗(yàn)，得出溫度變化同布里淵頻移的定量關(guān)系，求得布里淵頻移的溫度變化系數(shù)為1.2MHz/℃，系統(tǒng)空間分辨率15m。采用2km的傳感光纖，選擇600mV-100ns的調(diào)制脈沖進(jìn)行應(yīng)力傳感實(shí)驗(yàn)，得出應(yīng)力變化同布里淵頻移的定性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)系

4、統(tǒng)的空間分辨率2m。
　?、茉谛盘?hào)處理部分，首先通過累加平均去噪的方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)信噪比的提高。選擇高斯窗函數(shù)分段多次截取采集到的時(shí)域上的信息，進(jìn)行短時(shí)傅立葉變換，將得到的頻域上的信息點(diǎn)進(jìn)行擬合，得出傳感光纖各處的布里淵頻率。通過增大高斯窗函數(shù)的長度，將溫度傳感實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)的空間分辨率由15m提高至3m甚至更高。
　　通過選擇合適的調(diào)制脈沖，可以有效避免非線性效應(yīng)帶來的影響并同時(shí)提高系統(tǒng)的信噪比，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度和應(yīng)變的檢測(cè)，并對(duì)系統(tǒng)