長距離分布式布里淵散射光纖傳感技術(shù)研究.pdf

1、布里淵分布式光纖傳感器技術(shù)因其自身的優(yōu)點和廣闊的應(yīng)用前景而成為目前國內(nèi)外傳感器研究的熱點課題。本文在全面調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合，分析了脈沖光在25km光纖中的布里淵散射特性，建立了布里淵散射譜與光纖溫度、應(yīng)變和應(yīng)變梯度等的調(diào)制解調(diào)關(guān)系，對布里淵分布式光纖傳感器(B-DOFS)的測量原理、系統(tǒng)設(shè)計以及應(yīng)變、應(yīng)變梯度、溫度等的長距離分布式模擬實驗測量等方面作了較系統(tǒng)的研究。并在應(yīng)變梯度對B-DOFS測量精度的影響、改善

2、BOTDR系統(tǒng)性能的消偏振衰落技術(shù)等方面做了較深入的研究。本文的研究來源于國家863項目子課題“長距離海底管道分布式光纖傳感技術(shù)”(G20020477)，課題已通過863專家組驗收，并評價為整體國內(nèi)先進(jìn)，部分國際領(lǐng)先水平。本文的主要貢獻(xiàn)可歸納為： (1)采用了有效的數(shù)值分析模型和方法分析不同寬度的脈沖光注入普通單模光纖布里淵散射功率譜變化和閾值特性。對采用脈沖泵浦的布里淵分布式光纖傳感器，其結(jié)果為系統(tǒng)設(shè)計中的參數(shù)優(yōu)化提供了理論參

3、考。 (2)為減小偏振失配對布里淵譜測量精度的影響，針對B-DOFS系統(tǒng)信號特點，首次提出了光時域分集消偏振技術(shù)(TDPD)，并給出了較詳細(xì)的理論分析和論證。不管布里淵散射信號光的偏振態(tài)如何隨機變化，采用該技術(shù)可使接收信號對偏振態(tài)隨機變化不敏感。將TDPD應(yīng)用于B-DOFS系統(tǒng)中，對比采用該技術(shù)前后的實驗統(tǒng)計結(jié)果表明，采用該技術(shù)后的接收信號功率幅度起伏要比采用前的小約4.2倍，實驗驗證了其改善系統(tǒng)性能的有效性。 (3)在

4、建立布里淵譜參數(shù)與應(yīng)變和溫度的調(diào)制關(guān)系基礎(chǔ)上，首次提出了采用加權(quán)最小二乘優(yōu)化反演方法從布里淵散射譜同時解調(diào)溫度和應(yīng)變的分布，并給出了有特色的權(quán)系數(shù)確定方法。 (4)采用B-DOFS系統(tǒng)對25km傳感光纖作了全分布式的應(yīng)變、溫度模擬實驗測量，該實驗系統(tǒng)目前空間分辨率可達(dá)7.5m、應(yīng)變和溫度的分辨率分別可達(dá)50uε和3℃。另外，系統(tǒng)空間分辨率范圍內(nèi)應(yīng)變梯度對布里淵譜測量影響的理論分析和數(shù)值計算結(jié)果表明，應(yīng)變梯度增大不僅使布里淵頻移隨