监测输电线覆冰的瑞利BOTDA的编码技术研究

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电力系统中输电线受自然灾害的影响,覆冰事故频繁发生,严重威胁输电线路的正常运行,因此对输电线覆冰状态的监测至关重要,对输电线覆冰监测技术的研究也成为热点。本文主要研究应用在监测输电线覆冰的瑞利布里渊光时域分析计(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)中的编码技术。本文的主要研究内容如下:(1)概述了现有的输电线覆冰监测技术,对比分析五种类型的基于布里渊散射的分布式光纤传感器,并选出适合应用在监测输电线覆冰的BOTDA。(2)介绍了光纤中自发布里渊散射和受激布里渊散射的产生机理,研究了布里渊频移、布里渊散射光强和温度的关系;对比分析了受激布里渊散射的瞬态和稳态的耦合波方程,并根据稳态的耦合波方程和瑞利BOTDA的原理对瑞利BOTDA进行数学建模;推导了瑞利散射光功率、布里渊散射光功率、泵浦光功率随光纤长度的变化关系。(3)推导了瑞利BOTDA中空间分辨率和脉冲宽度的关系,研究了四种在保持空间分辨率不变的前提下可提高信噪比的技术,分别为叠加平均技术和基于Simplex码、Golay互补序列、CCPON序列的编码技术。阐述四者在瑞利BOTDA的应用原理,推导了 L次叠加平均和L位Simplex码、Golay互补序列、CCPON序列编码增益分别为(?),(L + 1)/2(?),(?)/2,(?)。进一步用MATLAB仿真分析了四种技术对瑞利BOTDA时域输出信号的改善情况。(4)分析了脉冲编码瑞利BOTDA实现输电线覆冰监测的原理并仿真验证其可行性。研究将叠加平均技术分别和Simplex码、Golay互补序列、CCPON序列相结合的编码技术,并应用在监测输电线覆冰的瑞利BOTDA中。从温度和布里渊频谱的角度仿真分析了 7位Simplex码、8位Golay互补序列、8位CCPON序列分别和9次叠加平均相结合的三种编码方式对瑞利BOTDA信噪比的改善情况,根据计算结果可知,相比于普通瑞利BOTDA,基于以上三种编码方式的瑞利BOTDA的测量精度分别提高了 0.02倍、0.33倍和1.64倍,动态范围分别提高了0.55 dB、1.57 dB 和 3.62 dB。
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