外差检测BOTDR温度和应变传感技术研究

论文摘要

本文介绍了基于布里渊散射的温度和应变传感研究现状,分析了光纤中的布里渊散射特性以及对温度和应变的传感理论,建立了布里渊散射频移和强度与光纤中温度和应变的对应关系。利用布里渊散射和瑞利散射强度之比来消除光纤损耗所带来的影响,从而修正布里渊散射强度的相对变化量,为外差检测BOTDR温度和应变传感技术奠定了理论基础。对外差检测BOTDR传感系统和信号处理方案进行了研究,并对下变频子系统中频率综合器模块的控制进行了重点研究。根据频率综合器的控制要求,设计了微波频率综合器的控制软件使其能够输出所要求的频率分量。采用了将Golay互补序列应用于BOTDR光纤传感系统的方法,通过对Golay互补序列的时域和频域特性进行理论分析,设计了基于Max+plus II平台的Golay互补序列产生逻辑电路,并进行了仿真分析,设计产生了码元长度可变、码元宽度可调的高速率Golay互补序列,同时对应用Golay互补序列的BOTDR传感系统从信噪比、动态范围和测量时间上进行了分析,并对传感系统从时域和频域的角度进行了Matlab仿真,结果表明调制成Golay互补序列的光脉冲较单脉冲传感系统在系统信噪比、温度和应变分辨率等方面能够改善系统的性能。搭建了部分实验系统,完成了基于AOM光脉冲调制的前向光路时域波形测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基于布里渊散射的温度和应变传感研究现状
• 1.2.1 直接检测
• 1.2.2 外差检测
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 基于布里渊散射的温度和应变理论基础
• 2.1 光纤中的布里渊散射机理
• 2.2 布里渊频移与温度和应变的关系
• 2.2.1 布里渊频移与温度的关系
• 2.2.2 布里渊频移与应变的关系
• 2.3 布里渊强度与温度和应变的关系
• 2.3.1 布里渊强度与温度的关系
• 2.3.2 布里渊强度与应变的关系
• 2.4 BOTDR 系统中温度和应变的同时传感技术
• 2.5 本章小结
• 第3章 外差检测BOTDR 温度和应变传感系统
• 3.1 传感系统整体方案
• 3.2 光发射子系统
• 3.2.1 宽谱光源
• 3.2.2 窄谱光源
• 3.3 脉冲调制子系统
• 3.4 微波下变频子系统
• 3.4.1 频率综合器选择及参数设置
• 3.4.2 频率综合器的控制方案
• 3.4.3 接口配置软件设计
• 3.4.4 实际测试结果
• 3.5 BOTDR 信号采集与处理子系统
• 3.5.1 信号采集和处理单元
• 3.5.2 叠加平均算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 应用Golay 互补序列的BOTDR 传感系统
• 4.1 Golay 互补序列的特性
• 4.1.1 互补序列的时域特性
• 4.1.2 互补序列的频域特性
• 4.2 Golay 互补序列在BOTDR 中的应用原理
• 4.2.1 Golay 互补序列产生电路设计
• 4.2.2 Golay 互补序列的脉冲响应
• 4.2.3 Golay 互补序列在系统中的应用
• 4.2.4 应用Golay 互补序列的系统方案
• 4.3 Golay 互补序列在BOTDR 中的适用范围
• 4.4 应用Golay 互补序列对系统性能的改善
• 4.4.1 分辨率及信噪比分析
• 4.4.2 系统动态范围的估计
• 4.4.3 系统测量时间
• 4.5 应用Golay 互补序列的BOTDR 系统仿真
• 4.5.1 Golay 互补序列的时域仿真
• 4.5.2 Golay 互补序列的频域仿真
• 4.6 基于AOM 的前向光路测试
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要