中等距離單光源BOTDA溫度傳感實驗與噪聲分析.pdf

1、布里淵光時域分析技術(BOTDA，Brillouin optical time domain analyzer)是一項理論性與實用性很強的新技術，具有接收信號強、測量精度高、動態(tài)范圍大和實現(xiàn)方便等特點。目前，研制開發(fā)高性能且經(jīng)濟實用的BOTDA分布式光纖溫度/應變傳感系統(tǒng)仍然存在檢測時間長、系統(tǒng)成本高、溫度應變交叉敏感等問題。其中，空間分辨率與傳感距離、檢測時間的矛盾尤為突出，也是論文根據(jù)實際需求，以中等距離系統(tǒng)為設計目標的主要原因。以

2、上問題的解決，對于光纖分布式傳感系統(tǒng)應用于智能電網(wǎng)、交通基礎設施建設以及物聯(lián)網(wǎng)構建中具有重要的參考價值和實際意義。
　　 論文在全面對比、分析現(xiàn)有基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術基礎上，針對單光源中等檢測距離的分布式系統(tǒng)進行設計，運用穩(wěn)態(tài)條件下的受激布里淵散射耦合理論模型，理論計算并獲得了溫度、應力和脈沖寬度/功率對布里淵增益譜(BGS，Brillouin gain spectrum)強度、線寬和中心頻率的影響;運用單端布里淵

3、閾值檢測系統(tǒng)，對長飛光纖光纜公司生產(chǎn)的標準通信單模光纖G.652的單端入射受激布里淵散射閾值進行了理論計算與實驗測定，從而完成了系統(tǒng)的初步參數(shù)設計。
　　 基于以上理論與實驗結果，設計并搭建了基于單光源，應用目標為中等距離(20-50km)和空間分辨率為10m的BOTDA分布式傳感系統(tǒng)。系統(tǒng)分為光發(fā)射與傳輸子系統(tǒng)、光脈沖調制與光頻率調制子系統(tǒng)、光接收與采集子系統(tǒng)三大模塊。首先實現(xiàn)了基于單光源的布里淵光時域分析的溫度測量，并通過分

4、析得到布里淵中心頻率的溫度靈敏度為1.2MHz/℃;在溫度實驗基礎上，結合理論仿真，深入分析光源的輸出光譜特性、各子系統(tǒng)性能參數(shù)和所用光纖的布里淵頻移溫度系數(shù)，以及各參數(shù)對系統(tǒng)的空間分辨率和動態(tài)范圍的影響;在明確系統(tǒng)分辨率、檢測距離和信噪比等參數(shù)的前提下，進一步完成了對應力的分布式檢測。
　　 針對大量實驗數(shù)據(jù)所反映出的檢測距離、頻率掃描范圍與步長、系統(tǒng)檢測時間與信噪比的矛盾，理論分析了噪聲對系統(tǒng)檢測精度的影響，并重點針對布里淵