相位OTDR相干檢測系統(tǒng)瑞利散射波形特性研究.pdf

1、Φ-OTDR(相位敏感時(shí)域反射儀)分布式光纖傳感器利用光纖作為傳感介質(zhì),具有抗電磁干擾、抗腐蝕、靈敏度高、隱蔽性好、報(bào)警定位精確、數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡單等優(yōu)點(diǎn),適用對(duì)各種高危敏感地區(qū)安全的全天候監(jiān)測。
　　 本文綜述了基于R-OTDR、P-OTDR、B-OTDR、Φ-TDR等技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用情況,分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。闡述了研究Φ-OTDR的科學(xué)意義以及研究影響Φ-OTDR系統(tǒng)的各種因素的意義。
　　

2、根據(jù)光纖中瑞利散射原理,使用光纖后向散射的一維脈沖響應(yīng)模型對(duì)Φ-OTDR波形的鋸齒形狀進(jìn)行理論描述,建立了Φ-OTDR的數(shù)學(xué)模型。
　　 改變影響Φ-OTDR波形特性的各參量:光纖折射率nf、激光頻率f、光纖損耗系數(shù)a以及激光脈寬w,并用軟件程序進(jìn)行理論模擬,將得到的一系列逐漸變化的波形,提取有意義的物理參量描述Φ-OTDR波形的變化規(guī)律,通過分析不同參數(shù)變化時(shí)的瑞利散射變化的波形,得到了各種參數(shù)影響Φ-OTDR波形的規(guī)律:隨著

3、光纖折射率增大,峰值漂移量增大,波形各峰值功率無明顯變化,波形密度逐漸減小;隨著激光頻率的增大,波形漂移量逐漸減小,波形密度增大;隨著脈寬的增大,波形漂移量逐漸減小,波形密度減小,峰值增大;隨著光纖損耗系數(shù)的增大,波形峰值減小;波形漂移量不變,信噪比降低。
　　 理論模擬了在探測光纖某處引入相位擾動(dòng)或者偏振擾動(dòng)信號(hào)所引起瑞利散射波形畸變特性。模擬結(jié)果表明:利用擾動(dòng)前后波形相減即可精確定位相位擾動(dòng)信號(hào)起始位置和范圍;偏振微擾導(dǎo)致該

4、位置以后所有的波形都發(fā)牛明顯畸變,通過相鄰波形相減只能確定偏振微擾開始的位置。研究表明相位OTDR可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相位擾動(dòng)的精確定位,對(duì)偏振微擾信號(hào)只能局限于擾動(dòng)初始位置的定位。
　　 構(gòu)造了一個(gè)Φ-OTDR光纖傳感系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)?zāi)M了參數(shù)脈寬和相位、偏振微擾對(duì)瑞利散射波形特性的影響規(guī)律,進(jìn)一步驗(yàn)證了理論模擬的結(jié)論。為減少不需要的振幅波動(dòng),對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用分組平均和相鄰差分法進(jìn)行處理,并對(duì)該方法進(jìn)行了理論描述;利用每個(gè)因素的概率密度函數(shù)對(duì)Φ