光纖布里淵散射特性測量方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、基于光纖布里淵散射的分布式傳感技術(shù)具備提取大范圍測量場分布信息的能力，非常適合于大型電力設(shè)施、尤其是電力線纜和電氣設(shè)備等溫度和應(yīng)變的在線監(jiān)測，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文在充分調(diào)研國內(nèi)外光纖布里淵散射特性研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用有限元方法構(gòu)建了光纖聲光耦合模型，計算得到了布里淵增益譜，重點研究了多模光纖布里淵散射特性，以及單峰和多峰值布里淵增益譜特征提取方法，并采用光纖布里淵分布式傳感技術(shù)實現(xiàn)了海底電纜在線監(jiān)測和故障定位。
　　主要研究

2、成果如下:
　　(1)提出了光纖布里淵散射譜有限元數(shù)學(xué)建模方法，分別構(gòu)建了單模光纖和多模光纖的聲光耦合模型，數(shù)值計算了布里淵增益譜。設(shè)計并搭建了布里淵散射譜測量系統(tǒng)，分別實現(xiàn)了單模光纖、50/125μm和62.5/125μm漸變折射率多模光纖布里淵散射譜測量，實驗表明多模光纖的布里淵頻移小于單模光纖，而布里淵散射譜線寬明顯大于單模光纖。實驗測量結(jié)果驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　(2)提出了多模光纖受激布里淵散射閾值測量方法，

3、設(shè)計并搭建了受激布里淵散射閾值測量系統(tǒng)，分別針對單模光纖和多模光纖的受激布里淵散射閾值進行了理論和實驗研究，實驗表明相同光纖長度下，多模光纖的閾值遠遠大于單模光纖。漸變折射率光纖相比于階躍折射率光纖較容易發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)。
　　(3)提出了基于多模光纖布里淵特性的溫度和應(yīng)變同時測量方法，設(shè)計了多模光纖溫度和應(yīng)變分布式傳感系統(tǒng)。采用商用布里淵光時域反射儀實現(xiàn)了多模光纖溫度和應(yīng)變的分布式測量，其布里淵頻移-溫度系數(shù)為1.026±

4、0.04MHz/℃，應(yīng)變系數(shù)為0.05288±0.001 MHz/με。多模光纖頻移-應(yīng)變系數(shù)大于單模光纖，較單模光纖更適用于應(yīng)變傳感測量。
　　(4)提出了布里淵散射譜特征提取優(yōu)化線性模型，可進一步提高布里淵分布式傳感系統(tǒng)的實時性，并與非線性模型進行了比較，給出了兩種模型的應(yīng)用范圍。分別針對布里淵散射單峰和多峰掃頻曲線，提出了布里淵散射譜特征快速、高精度提取方法。
　　(5)提出了基于布里淵散射光纖分布式傳感技術(shù)的海底電纜