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应用于布里渊温度传感的外差检测的研究

杨帆  
【摘要】:光纤传感技术在桥梁、大坝和高速公路监测等诸多领域都有着重要的应用,基于布里渊散射的分布式光纤传感技术能够实现实时准确的监测,能够起到早期火灾预警,并实现对环境温度和应变的监控。而基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的信号处理显得尤为重要。本文围绕着布里渊散射传感信号的提取,进行了理论和实验研究。本文的具体内容如下: (1)研究和对比了自发布里渊散射和受激布里渊散射的原理和特点;推导了布里渊散射频移和强度的温度变化关系;用打靶法仿真连续光布里渊散射过程,用有限差分法仿真脉冲光布里渊散射过程;分析已有的基于自发布里渊散射的传感方案,提出了基于参考光纤的布里渊散射传感方案。 (2)研究和推导了拍频过程,分析了拍频的三种情况: (a)两个单频光拍频, (b)单频光与具有洛伦兹谱信号光拍频,(c)两个具有洛伦兹谱信号光拍频。分析结果表明拍频信号峰值功率与它们各自的功率乘积成正比,所以我们在使用参考光纤的时候,应该尽量让参考光纤发生很强的受激布里渊散射产生本振光,这样能够提高拍频信号的峰值功率。 (3)用ADS软件仿真了下变频方案的可行性,分析该方案能够实现185MHz信号下变频到15MHz,并且能够很好的抑制混频器下变频产生的谐波;利用采集卡采集20-40MHz正弦信号数据,将采集的数据进行快速傅里叶变换分析频率成分。 (4)提出了利用参考光纤的下变频方案,该方案能使得拍频频率降低10.655GHz。将参考光纤的受激布里渊散射光作为本振光,能够使得后续的信号处理更加方便简单。该方案使用采集卡采集信号后软件快速傅里叶变换得到整个频谱信息只需要一次下变频便可实现,无需扫频,因此降低了对本振信号源的要求。最后通过信号的频谱分析成功检测到20-40摄氏度的温度变化,其误差范围在1摄氏度以内。


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