宽光谱混沌光源在光纤传感中的应用研究

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光纤传感网络常常需要工作在恶劣的环境中,光纤的破损断裂时有发生。而光纤传感网络传感距离长、覆盖面积广、结构复杂,对光纤故障的定位通常需要耗费大量时间和人力物力。因此,针对光纤传感网络的故障监测与定位技术,对提高光纤传感网络在恶劣环境下的生存性就具有十分重要的意义。  基于半导体光放大器(SOA)的部分光反馈的环腔宽光谱混沌光源具有很好的相关特性,结合互相关算法,可以实现光纤断点的监测与高精度定位。此外,通过监测互相关曲线中相关峰的幅值变化,还可以同时对传感参量进行解调,因此可将宽光谱混沌光源与互相关算法应用于光纤传感中。本文的主要研究工作有:  (1)研究了基于SOA的部分光反馈的环腔宽光谱混沌光源的输出特性,及利用混沌光源结合互相关算法进行故障监测与定位的原理。通过故障定位实验实现了3.6cm的空间分辨率,且空间分辨率与传感距离无关。  (2)将宽光谱混沌光源及相关算法应用到振动传感领域,并提出分段相关解调方法来对动态的振动信号进行解调。分析了振动传感频率动态范围与传感距离及信号采样率之间的关系。通过一个振动传感实验实现了6km传感距离下最高8kHz的振动频率测量,及80m传感距离下最高24kHz的振动频率测量,并实现了传感点位置的准确测量。  (3)将宽光谱混沌光源及相关算法应用到液位传感领域,并在相关解调方法的基础上提出相关差分解调方法,提高了抵抗光源功率波动的能力。通过液位传感实验实现了5.4cm的液位传感动态范围,液位传感精度达到0.18cm,线性度R2达到0.997,并在实验中验证了相关差分解调方法抵抗光源功率波动的能力及故障监测与定位能力。
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