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

1、基于布里淵光時域反射(BOTDR)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，具有良好的實時性、準確的空間分辨率和測量精度，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也簡單易實現(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，基于相干拍頻探測法搭建了分布式傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)了對溫度和應(yīng)變變化的監(jiān)測，并通過脈沖調(diào)制實驗和后期的信號處理算法，提高了布里淵信號的信噪比，進而實現(xiàn)了對系統(tǒng)空間分辨率、測量精度等參數(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)生機理。研究布里淵信號的頻率和光強同溫度和應(yīng)力變化的定量關(guān)系。討論系統(tǒng)的兩類實現(xiàn)方式：直接探測和相干拍頻探測，并詳細介紹系統(tǒng)的主要性能參數(shù)及其各自的影響因素。
　　②實驗搭建基于BOTDR的分布式傳感系統(tǒng)，并對組成系統(tǒng)的重要器件：布里淵激光器和摻鉺光纖放大器進行特殊設(shè)計，通過實驗對各器件的性能參數(shù)進行測試和改進。介紹了聲光調(diào)制器（AOM）的工作原理

3、，實驗分析調(diào)制脈沖對傳感光纖中自發(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)制實驗，分析不同脈沖寬度和幅值對傳感光纖中散射信號的影響。選擇380mV-300ns的調(diào)制脈沖進行溫度傳感實驗，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)制脈沖進行應(yīng)力傳感實驗，得出應(yīng)力變化同布里淵頻移的定性關(guān)系，實現(xiàn)系

4、統(tǒng)的空間分辨率2m。
　?、茉谛盘柼幚聿糠?，首先通過累加平均去噪的方式實現(xiàn)信號信噪比的提高。選擇高斯窗函數(shù)分段多次截取采集到的時域上的信息，進行短時傅立葉變換，將得到的頻域上的信息點進行擬合，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，將溫度傳感實驗中系統(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)帶來的影響并同時提高系統(tǒng)的信噪比，實現(xiàn)了對溫度和應(yīng)變的檢測，并對系統(tǒng)