長(zhǎng)距離BOTDA傳感系統(tǒng)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始重視光纖傳感器。長(zhǎng)距離分布式光纖傳感器，特別是基于布里淵效應(yīng)的分布式光纖溫度/應(yīng)變傳感器，以其與其他普通傳感器相比無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，受到國(guó)內(nèi)外研究者的極大關(guān)注。它在電纜，油田，礦井，橋梁等設(shè)施都有廣泛的應(yīng)用前景。
　　然而傳統(tǒng)的布里淵光時(shí)域分析儀（BOTDA）采用的是前端集中放大的方式導(dǎo)致不能達(dá)到很長(zhǎng)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(jī)激光分布式放大的BOTDA系統(tǒng)，全

2、文的主要研究?jī)?nèi)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(yīng)變測(cè)試?yán)碚?。通過(guò)理論仿真得到了布里淵頻移的溫度特性和應(yīng)變特性，然后用高分辨率的應(yīng)變實(shí)驗(yàn)測(cè)試了布里淵頻移的應(yīng)變系數(shù)。
　　然后本文介紹了隨機(jī)激光器的工作原理以及的國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)向。搭建了隨機(jī)激光器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)定了隨機(jī)激光輸出功率與泵浦激光器輸出功率的關(guān)系以及隨機(jī)激光的長(zhǎng)距離傳輸能力，首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)了隨機(jī)激光器的溫度不敏感特性，并

3、使用這個(gè)特性實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新型的基于隨機(jī)激光的超長(zhǎng)距離點(diǎn)式溫度傳感器。
　　然后在傳統(tǒng)布里淵光時(shí)域分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上中引入了隨機(jī)激光放大，采用單邊背向泵浦方式，補(bǔ)償了泵浦消耗。經(jīng)過(guò)數(shù)值仿真，可以看出引入隨機(jī)激光之后，傳感距離明顯延長(zhǎng)。同時(shí)引入了光脈沖編碼，計(jì)算了L階長(zhǎng)度的S矩陣與性噪比提高的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了加入光脈沖編碼之后系統(tǒng)性噪比明顯提高。通過(guò)這兩個(gè)技術(shù)，延長(zhǎng)了系統(tǒng)傳感距離，提高了系統(tǒng)信噪比。實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了傳感距離100 km，空間分辨

4、率為±4 m的超長(zhǎng)距離的BOTDA系統(tǒng)。
　　最后開(kāi)發(fā)了第三代布里淵光時(shí)域分析系統(tǒng)樣機(jī)，成功將機(jī)箱體積減小到4U。實(shí)現(xiàn)了傳感距離35 km，空間分辨率為20 m的溫度和應(yīng)變傳感樣機(jī)。開(kāi)發(fā)了相應(yīng)軟件，軟件可以全自動(dòng)化控制機(jī)箱，自動(dòng)檢測(cè)溫度應(yīng)變異常信息然后報(bào)警。
　　研究發(fā)現(xiàn)：基于隨機(jī)激光分布式光放大和光脈沖編碼技術(shù)的BOTDA，能有效延長(zhǎng)傳感距離，能滿(mǎn)足長(zhǎng)距離傳感應(yīng)用的需求。有望在礦井，橋梁等地取得重要的應(yīng)用，也為日后研究出更