中等距離單光源BOTDA溫度傳感實(shí)驗(yàn)與噪聲分析.pdf

1、布里淵光時(shí)域分析技術(shù)(BOTDA，Brillouin optical time domain analyzer)是一項(xiàng)理論性與實(shí)用性很強(qiáng)的新技術(shù)，具有接收信號(hào)強(qiáng)、測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)范圍大和實(shí)現(xiàn)方便等特點(diǎn)。目前，研制開(kāi)發(fā)高性能且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的BOTDA分布式光纖溫度/應(yīng)變傳感系統(tǒng)仍然存在檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)成本高、溫度應(yīng)變交叉敏感等問(wèn)題。其中，空間分辨率與傳感距離、檢測(cè)時(shí)間的矛盾尤為突出，也是論文根據(jù)實(shí)際需求，以中等距離系統(tǒng)為設(shè)計(jì)目標(biāo)的主要原因。以

2、上問(wèn)題的解決，對(duì)于光纖分布式傳感系統(tǒng)應(yīng)用于智能電網(wǎng)、交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建中具有重要的參考價(jià)值和實(shí)際意義。
　　 論文在全面對(duì)比、分析現(xiàn)有基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)基礎(chǔ)上，針對(duì)單光源中等檢測(cè)距離的分布式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)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(jì)算并獲得了溫度、應(yīng)力和脈沖寬度/功率對(duì)布里淵增益譜(BGS，Brillouin gain spectrum)強(qiáng)度、線(xiàn)寬和中心頻率的影響;運(yùn)用單端布里淵

3、閾值檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)長(zhǎng)飛光纖光纜公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)通信單模光纖G.652的單端入射受激布里淵散射閾值進(jìn)行了理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)定，從而完成了系統(tǒng)的初步參數(shù)設(shè)計(jì)。
　　 基于以上理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)并搭建了基于單光源，應(yīng)用目標(biāo)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(diào)制與光頻率調(diào)制子系統(tǒng)、光接收與采集子系統(tǒng)三大模塊。首先實(shí)現(xiàn)了基于單光源的布里淵光時(shí)域分析的溫度測(cè)量，并通過(guò)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)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(duì)系統(tǒng)的空間分辨率和動(dòng)態(tài)范圍的影響;在明確系統(tǒng)分辨率、檢測(cè)距離和信噪比等參數(shù)的前提下，進(jìn)一步完成了對(duì)應(yīng)力的分布式檢測(cè)。
　　 針對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所反映出的檢測(cè)距離、頻率掃描范圍與步長(zhǎng)、系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)間與信噪比的矛盾，理論分析了噪聲對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)精度的影響，并重點(diǎn)針對(duì)布里淵