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光纤中后向布里渊散射传感技术研究

欧中华  
【摘要】: 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术是一门新兴的光纤智能蒙皮技术,具有动态范围大、传感距离长、空间分辨率及测量精度高等优点,近年来成为光纤传感领域中的研究热门和前沿课题。 本文在查阅了相关文献和总结了前人的研究成果基础上,从理论上分析和计算了布里渊散射光在长距离光纤中的分布以及光脉冲对布里渊散射的影响。讨论了微波外差式光纤布里渊传感系统的信号检测原理、参数选择和系统性能。建立了强度解调型分布式光纤布里渊温度传感系统,并在系统光源设计、布里渊信号分离、光信号接收与数据采集、温度解调方法及相关实验等方面进行了研究。从理论上分析了在强度解调系统中采用光脉冲编码及相关算法提高测量动态范围的可行性,并通过模拟仿真及实验方法进行了论证。通过以上各方面的探讨和研究,取得了如下成果: (1)通过对稳态情况下布里渊耦合强度方程组的分析和求解,得到了目前最精确的带有光纤损耗系数的解析解,该结果将更加准确的描述稳态下泵浦光和斯托克斯光沿光纤的分布情况,为长距离光纤中布里渊散射的相关分析和计算提供了更加精确的理论模型。 (2)在基于直接检测方法的分布式光纤布里渊传感系统中,首次提出采用非对称结构的FBG Sagnac环作为系统滤波器,并在实验中成功实现了对光纤中后向布里渊散射信号与瑞利散射信号之间的分离,从而为直接检测布里渊系统提供了新的信号分离方法,简化了系统的光路结构。 (3)针对强度解调型的分布式光纤布里渊温度传感系统,提出了采用最近已知温度解调法及改进的已知温度解调法对光纤中的待测温度分布进行解调,并在实验中实现了±0.08K的温度分辨能力。 (4)分析比较了提高强度解调型分布式光纤布里渊传感系统动态范围的多种途径,并提出了采用光脉冲编码及相关运算提高系统动态范围的方法,并在理论和实验上进行了论证。


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