基于OFDR的分布式光纖多參量傳感方法研究.pdf

1、基于瑞利散射的光頻域反射技術(shù)（Optical Frequency Domain Reflectometry，OFDR）是分布式光纖測(cè)量與傳感技術(shù)中的新型方法，其在與傳統(tǒng)光時(shí)域傳感技術(shù)（Optical Time Domain Reflectometry，OTDR）相比較時(shí)，具有著高動(dòng)態(tài)范圍，高靈敏度和更高空間分辨率的優(yōu)勢(shì)。但是光頻域反射技術(shù)目前在更多參量傳感性能，光纖測(cè)試距離，長(zhǎng)距離光纖測(cè)量時(shí)的空間分辨率，以及在長(zhǎng)距離被測(cè)光纖下的傳感性能

2、等方面仍存在一定不足，制約了其更廣泛應(yīng)用的展開(kāi)。本文針對(duì)光頻域反射技術(shù)中目前存在的問(wèn)題，從光頻域反射技術(shù)的幾個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題開(kāi)始，包括相位噪聲、光源的非線性調(diào)諧、系統(tǒng)采樣誤差、瑞利散射光譜傳感機(jī)理等方面，提出基于光頻域反射技術(shù)進(jìn)行更多參量的傳感方法，提出提高長(zhǎng)距離光纖測(cè)量空間分辨率的方法，同時(shí)提出可用于長(zhǎng)距離光纖下的傳感方法，并完成理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文的主要工作如下：
　　1、從可調(diào)諧光源的非線性調(diào)諧效應(yīng)對(duì)光頻域反射信號(hào)

3、的影響出發(fā)，提出了優(yōu)化去斜濾波方法用于對(duì)可調(diào)諧激光器的非線性調(diào)諧效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償后使得長(zhǎng)距離光纖測(cè)量信號(hào)的幅值和反射點(diǎn)的空間分辨率都得以提高，80km處的反射峰幅值較未補(bǔ)償前提高20.5dB，80km處反射點(diǎn)的空間分辨率為80cm，與未補(bǔ)償信號(hào)比較提高187倍。
　　2、提出了一種基于OFDR瑞利散射光譜分析的分布式長(zhǎng)距離光纖擾動(dòng)傳感方法，在提出的方法中先對(duì)光頻域反射信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化去斜濾波方法的處理，再通過(guò)對(duì)光頻域信號(hào)瑞利散射光譜

4、的互相關(guān)分析，從而解調(diào)出擾動(dòng)信號(hào)的位置和幅值信息。該方法光纖的被測(cè)長(zhǎng)度達(dá)到40km，對(duì)擾動(dòng)點(diǎn)的定位誤差在11.6m-23.2m之間，并且實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)的擾動(dòng)傳感。
　　3、從光纖中的瑞利散射機(jī)理和基于光纖中瑞利散射光譜進(jìn)行傳感的原理出發(fā)，建立基于OFDR進(jìn)行低溫傳感的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，提出了基于OFDR用于單模光纖中瑞利散射光譜頻移的低溫環(huán)境（溫度在77K下）的溫度傳感方法。實(shí)現(xiàn)在被測(cè)環(huán)境溫度在76K時(shí)，最小可測(cè)的溫度變化量為0.34K，有效

5、傳感分辨率為48cm。
　　4、提出了一種基于OFDR結(jié)合磁致伸縮材料進(jìn)行光纖分布式磁場(chǎng)和電流傳感的方法。選用磁致伸縮材料Fe-Co-V軟磁合金的薄板作為傳感介質(zhì)材料，在該軟磁合金表面貼合封裝單模光纖，通過(guò)在 OFDR中利用瑞利散射光譜漂移來(lái)測(cè)量耦合在單模光纖上的應(yīng)變變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)施加在磁致伸縮材料上的磁場(chǎng)以及用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流變化的測(cè)量。提出的方法實(shí)現(xiàn)測(cè)量磁場(chǎng)變化范圍從0-143.3mT。最小可測(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為5.3mT，最小可測(cè)