基于布里渊散射的全分布式光纤传感系统空间分辨率的研究

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基于布里渊散射的全分布式光纤传感系统具有对光纤中应变和温度长距离连续分布式测量的能力,可应用于大型建筑、公路、隧道、桥梁、大坝、通信光缆、油气管道等的健康状况监测,有着广阔的应用前景,目前已成为国内外传感技术研究的热点。布里渊光时域反射(BOTDR)和布里渊光频域分析(BOTDA)传感技术是基于布里渊散射的全分布式光纤传感技术中的两种主流技术。由于光纤中声子寿命(约为10 ns)的限制,这两种传感技术的最高本征空间分辨率只有1m,难以满足众多情况下对高空间分辨率的要求,极大地限制了它们的应用范围。因此本文对BOTDR和BOTDA以及为提高传感速度而新近提出的基于离散傅里叶变换的DFT-BOTDR传感系统空间分辨率进行研究,以期提高系统的空间分辨率。   本文首先研究了DFT-BOTDR系统的空间分辨率和频率分辨率的影响因素。建立了对DFT-BOTDR系统的空间分辨率进行计算的模型,并实验验证了该模型的正确性。研究了在不同脉冲光脉宽和DFT。变换数据点数下的空间分辨率以及窗函数对空间分辨率和的影响。提出了基于等效脉冲光的拟合法来提高BOTDR系统的空间分辨率。通过研究BOTDR系统对信号的响应时间和处理方式,提出了等效脉冲光的概念,并利用基于等效脉冲光的拟合法来对BOTDR获得的布里渊谱进行拟合,使BOTDR突破了最高本征空间分辨率1 m的限制,将其空间分辨率提高了一个数量级。在研究BOTDA系统中斯托克斯光与泵浦光在光纤中作用过程的基础上,本文提出了带有暗基底的脉冲光的BOTDA传感技术。通过利用带有暗基底的脉冲光进行传感,使脉冲光的暗基底抵消了由正常基底造成的强背景布里渊信号,增大了光纤中微小应变在BOTDA获得的布里渊谱中所占的比重,有效提高了BOTDA的空间分辨率和对微小应变的测量能力。
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