長距離BOTDA傳感系統(tǒng)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代測量技術的發(fā)展，越來越多的人開始重視光纖傳感器。長距離分布式光纖傳感器，特別是基于布里淵效應的分布式光纖溫度/應變傳感器，以其與其他普通傳感器相比無可比擬的優(yōu)勢，受到國內外研究者的極大關注。它在電纜，油田，礦井，橋梁等設施都有廣泛的應用前景。
　　然而傳統(tǒng)的布里淵光時域分析儀（BOTDA）采用的是前端集中放大的方式導致不能達到很長的傳感距離。為了優(yōu)化傳感距離，本文研究了基于光脈沖編碼和隨機激光分布式放大的BOTDA系統(tǒng)，全

2、文的主要研究內容包括：
　　首先本文研究了光纖中布里淵散射的基本理論和布里淵散射譜以及BOTDA的溫度應變測試理論。通過理論仿真得到了布里淵頻移的溫度特性和應變特性，然后用高分辨率的應變實驗測試了布里淵頻移的應變系數(shù)。
　　然后本文介紹了隨機激光器的工作原理以及的國內外研究動向。搭建了隨機激光器實驗系統(tǒng)，測定了隨機激光輸出功率與泵浦激光器輸出功率的關系以及隨機激光的長距離傳輸能力，首次實驗證實了隨機激光器的溫度不敏感特性，并

3、使用這個特性實現(xiàn)了一個新型的基于隨機激光的超長距離點式溫度傳感器。
　　然后在傳統(tǒng)布里淵光時域分析系統(tǒng)的基礎上中引入了隨機激光放大，采用單邊背向泵浦方式，補償了泵浦消耗。經過數(shù)值仿真，可以看出引入隨機激光之后，傳感距離明顯延長。同時引入了光脈沖編碼，計算了L階長度的S矩陣與性噪比提高的關系，實驗證實了加入光脈沖編碼之后系統(tǒng)性噪比明顯提高。通過這兩個技術，延長了系統(tǒng)傳感距離，提高了系統(tǒng)信噪比。實驗實現(xiàn)了傳感距離100 km，空間分辨

4、率為±4 m的超長距離的BOTDA系統(tǒng)。
　　最后開發(fā)了第三代布里淵光時域分析系統(tǒng)樣機，成功將機箱體積減小到4U。實現(xiàn)了傳感距離35 km，空間分辨率為20 m的溫度和應變傳感樣機。開發(fā)了相應軟件，軟件可以全自動化控制機箱，自動檢測溫度應變異常信息然后報警。
　　研究發(fā)現(xiàn)：基于隨機激光分布式光放大和光脈沖編碼技術的BOTDA，能有效延長傳感距離，能滿足長距離傳感應用的需求。有望在礦井，橋梁等地取得重要的應用，也為日后研究出更