高性能布里渊光时域分析分布式传感的研究

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分布式光纤传感器(Distributed Optical-fiber Sensor, DOFS)除了具有一般光纤传感器抗电磁干扰、耐腐蚀以及电绝缘性好等优点,还能在沿光纤路径上得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息。基于后向散射的分布式光纤传感技术中包括基于瑞利散射的传感技术、基于拉曼效应的传感技术、基于布里渊效应的传感技术等。这些传感机理中布里渊分布式光纤传感可以实现对温度和应变的测量。其中,布里渊光时域分析仪利用了其受激布里渊散射信号较强的特点,在一定程度上克服了拉曼散射传感和布里渊光时域反射计信号微弱很难检测的缺点,成为当前分布式光纤传感的一种重要应用和研究热点。在布里渊光时域分析仪中,需要检测由脉冲激励光和直流探测光的非线性作用产生的受激布里渊散射信号。根据激励光和探测光采用的不同频差,可分为激励光频率高于探测光的增益型和激励光频率低于探测光的衰减型。由于受激布里渊散射作用引起的功率损失影响,增益型BOTDA均传感距离和信噪比受到一定限制。本课题对于衰减型布里渊光时域分析方式,进行了和增益型衰减型传感模式的性能分析比较。首先从原理的角度详细分析了增益型/衰减型BOTDA的传感机制及其性能,指出了衰减型BOTDA的优势;再基于MATLAB和Optsim软件模拟仿真和实验,对衰减型BOTDA的性能优势进行验证。研究表明衰减型BOTDA具有更好的传感距离和检测精度,在同样传感距离下衰减型的最差检测信噪比比增益型大10dB以上,因此更适合于长距离分布式光纤传感器。本文最后针对分布式光纤传感分析比较了不同的偏振控制方法,并提出了更适合衰减型BOTDA工作的偏振控制技术。
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