長距離分布式布里淵散射光纖傳感技術研究.pdf

1、布里淵分布式光纖傳感器技術因其自身的優(yōu)點和廣闊的應用前景而成為目前國內外傳感器研究的熱點課題。本文在全面調研相關文獻基礎上，理論分析和數值模擬相結合，分析了脈沖光在25km光纖中的布里淵散射特性，建立了布里淵散射譜與光纖溫度、應變和應變梯度等的調制解調關系，對布里淵分布式光纖傳感器(B-DOFS)的測量原理、系統(tǒng)設計以及應變、應變梯度、溫度等的長距離分布式模擬實驗測量等方面作了較系統(tǒng)的研究。并在應變梯度對B-DOFS測量精度的影響、改善

2、BOTDR系統(tǒng)性能的消偏振衰落技術等方面做了較深入的研究。本文的研究來源于國家863項目子課題“長距離海底管道分布式光纖傳感技術”(G20020477)，課題已通過863專家組驗收，并評價為整體國內先進，部分國際領先水平。本文的主要貢獻可歸納為： (1)采用了有效的數值分析模型和方法分析不同寬度的脈沖光注入普通單模光纖布里淵散射功率譜變化和閾值特性。對采用脈沖泵浦的布里淵分布式光纖傳感器，其結果為系統(tǒng)設計中的參數優(yōu)化提供了理論參

3、考。 (2)為減小偏振失配對布里淵譜測量精度的影響，針對B-DOFS系統(tǒng)信號特點，首次提出了光時域分集消偏振技術(TDPD)，并給出了較詳細的理論分析和論證。不管布里淵散射信號光的偏振態(tài)如何隨機變化，采用該技術可使接收信號對偏振態(tài)隨機變化不敏感。將TDPD應用于B-DOFS系統(tǒng)中，對比采用該技術前后的實驗統(tǒng)計結果表明，采用該技術后的接收信號功率幅度起伏要比采用前的小約4.2倍，實驗驗證了其改善系統(tǒng)性能的有效性。 (3)在

4、建立布里淵譜參數與應變和溫度的調制關系基礎上，首次提出了采用加權最小二乘優(yōu)化反演方法從布里淵散射譜同時解調溫度和應變的分布，并給出了有特色的權系數確定方法。 (4)采用B-DOFS系統(tǒng)對25km傳感光纖作了全分布式的應變、溫度模擬實驗測量，該實驗系統(tǒng)目前空間分辨率可達7.5m、應變和溫度的分辨率分別可達50uε和3℃。另外，系統(tǒng)空間分辨率范圍內應變梯度對布里淵譜測量影響的理論分析和數值計算結果表明，應變梯度增大不僅使布里淵頻移隨