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基于受激布里渊散射的分布式光纤传感系统的性能仿真分析

许谦  
【摘要】:分布式光纤传感技术是目前传感研究领域的热点,具有传感距离长,监测范围广和抗电磁干扰能力强等诸多优点,展现出广阔的市场前景。基于受激布里渊散射的分布式光纤传感技术作为分布式光纤传感技术中的一种,能够在温度和应变检测中真正实现实时的连续性分布式传感,并比传统传感技术拥有更高的检测精度和系统空间分辨率。本文将对基于受激布里渊散射的光时域分析型(Brillouin Optical Time-Domain Analysis, BOTDA)分布式光纤传感系统进行仿真研究: 详细介绍了目前出现的几种基于布里渊散射的分布式传感技术的特点,对BOTDA系统在国内外的研究发展现状做了详细的阐述。 推导出了改进型受激布里渊稳态模型,对基于受激布里渊散射的光时域分析型分布式传感系统实现温度和应变传感的物理原理进行了系统阐述,给出了温度和应变与布里渊频移和光功率之间的数量关系式。研究了BOTDA系统中的几项关键内容,对BOTDA系统中的双光源和单光源构架,受激布里渊频谱检测的几种方法,光纤中偏振态对受激布里渊散射效应的影响以及脉冲宽度对系统空间分辨率的影响做了全面的介绍和详尽的分析。 采用原受激布里渊稳态模型实现谐波重构算法可以高精度还原温度信息,但是该模型没有考虑到光纤中波动热噪声对于数值仿真的影响。因此我们改用改进型受激布里渊稳态模型实现谐波重构算法,将波动热噪声系数B的影响加入到数值仿真中,而噪声B与布里渊频移和光纤长度都有关。仿真结果的温度峰值误差接近于实验值,这证明噪声系数B对系统误差有较大影响,因此噪声系数B不能被忽略的,采用改进型算法能更好地使仿真结果符合实际情况。对于多区域温度分布情况和消光比的影响,本文也给出了仿真结果和讨论。


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