混沌BOCDA分布式光纤传感的温度与应变无交叉敏感测量研究

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布里渊分布式光纤传感技术在土木、电力、化工、航天等领域具有重要应用。该技术通常采用脉冲光、频率或相位被正弦调制的连续光作为探测信号,存在传感距离和空间分辨率矛盾的问题。混沌激光因具有类噪声、自相关函数为图钉型的特性,已被提出作为探测信号应用于分布式光纤传感系统中解决这一问题,即混沌布里渊光相干域分析技术(Chaotic BOCDA)。但是,其传感机制本质上是基于光纤中布里渊频移对应变或温度的线性关系,所以,混沌BOCDA系统面临着温度与应变的交叉敏感问题。本文利用大有效面积非零色散位移光纤(LEAF)的两个布里渊增益峰或少模光纤(FMF)中两个模式的不同温度和应变系数,成功实现了混沌BOCDA系统的温度和应变的同时测量。具体研究工作开展如下:(1)搭建了基于LEAF光纤的混沌BOCDA分布式光纤传感实验系统;实验测量了混沌激光在LEAF光纤中的散射特性,LEAF光纤中布里渊增益谱(BGS)的第一和第三峰频移与应变和温度具有不同的线性关系,通过分析混沌激光的布里渊增益谱中两个峰值的布里渊频移,实现了LEAF光纤中温度和应变的同时测量。温度分辨率为1℃,应变分辨率为20με,空间分辨率为3.9cm。实际温度和应变测量误差分别为0.37℃和10με,均在最大测量误差之内。(2)建立了基于少模光纤的混沌BOCDA分布式光纤传感的理论模型,数值计算了少模光纤中LP01-LP01、LP01-LP11、LP11a-LP11a、LP11a-LP11b不同模式组合的混沌布里渊增益谱(BGS)及相移谱(BPS),以及不同模式组合的混沌BGS及混沌BPS之间的耦合效率。利用两种模式组合LP01-LP01、LP11a-LP11a的不同的温度系数和应变系数去解调少模光纤中的温度与应变。理论计算出(?)T和(?)e分别是24.8℃,1003.5με。它们的温度与应变误差分别为0.2℃,3.5με。
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