【摘 要】
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分布式光纤传感技术中,光频域反射技术（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）凭借着大动态范围、高空间分辨率和高灵敏度等优点吸引了研究人员的关注。但是目前的OFDR分布式传感系统在长距离测试下的空间分辨率存在一定的不足,限制了其广泛的应用和商业化产品发展。本文首先介绍了OFDR的工作原理及偏振衰落效应,对OFDR系统的相关参数进行了讨论;然后分析了影
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分布式光纤传感技术中,光频域反射技术（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）凭借着大动态范围、高空间分辨率和高灵敏度等优点吸引了研究人员的关注。但是目前的OFDR分布式传感系统在长距离测试下的空间分辨率存在一定的不足,限制了其广泛的应用和商业化产品发展。本文首先介绍了OFDR的工作原理及偏振衰落效应,对OFDR系统的相关参数进行了讨论;然后分析了影响OFDR系统空间分辨率的主要原因,即光源的非线性调谐效应。其次,从硬件和软件方面研究了补偿光源非线性效应的方法,提出了一种新的补偿算法和改进的光路结构;最后搭建了OFDR系统进行实验验证。本论文的主要研究工作如下:1.基于迈克尔逊干涉仪结构分析了OFDR的基本工作原理;分析了偏振衰落效应的产生及影响,采用偏振分集接收法消除此效应;分析了激光器、采集卡的参数对OFDR系统性能的影响;研究了光源的非线性调谐效应及其对OFDR的影响;研究了补偿光源非线性效应的方法。2.提出了一种基于匹配傅里叶变换的补偿光源非线性调谐效应的算法。分析了此算法的工作原理,详细阐述了补偿流程,通过仿真实验发现该算法能有效提高OFDR系统的空间分辨率。3.分析了传统的系统光路结构的缺点,对其进行了改进,即将主干涉仪中的测试光纤替换辅助干涉仪中的延迟光纤。改进后的系统光路结构由于主干涉仪和辅助干涉仪共用了同一根光纤,从而简化了光路结构,消除了外界扰动和光源对不同长度光纤产生的不同相位噪声对OFDR系统空间分辨率的影响。4.搭建OFDR分布式传感系统进行实验研究。结果表明,在215m和1160m测试长度下,一维插值法、去斜滤波法、匹配傅里叶变换法补偿光源非线性后的OFDR系统的空间分辨率分别为2.1cm、3.5cm、6.5cm;90cm、30cm、无法准确辨认。使用改进的光路结构后,在1160m测试长度下,对于一维插值法,空间分辨率从90cm提高到25cm;对于去斜滤波法,空间分辨率从30cm提高到6cm。
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