【摘 要】
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基于布里渊光时域反射（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR）的分布式光纤传感系统具有单端入射、结构简单等特点,既可以通过光纤既感知温度、应变又可以传导信息,在周界安防、电力安全、航空航天等领域发挥着重要的作用。与传统机械类、电学类传感器相比具有耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰等特点,可以在环境恶劣条件下使用。然而BOTDR系统后向散射信号微弱
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基于布里渊光时域反射（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR）的分布式光纤传感系统具有单端入射、结构简单等特点,既可以通过光纤既感知温度、应变又可以传导信息,在周界安防、电力安全、航空航天等领域发挥着重要的作用。与传统机械类、电学类传感器相比具有耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰等特点,可以在环境恶劣条件下使用。然而BOTDR系统后向散射信号微弱,存在信噪比低、测量时间长、待测参量之间交叉敏感等问题,制约着BOTDR传感技术的发展。因此,本文针对上述问题,在深入分析与研究BOTDR传感技术的基础上,开展了基于布里渊散射分布式光纤传感的多参数解调技术的研究,对提高BOTDR传感系统性能有重要的意义。本文在参考了大量文献,分析国内外BOTDR系统的研究状况的基础上,详细的阐述了布里渊散射原理。首先,提出了利用Adam算法对布里渊散射谱进行曲线拟合算法,并建立其模型,搭建了外差BOTDR应变检测系统。实验结果表明,用该算法拟合散射谱曲线后解调的平均应变误差为24.89με,拟合度可达0.9989,均方根误差为0.1105,而且曲线拟合时间仅为18.5ms;其次,分析了 BOTDR性能影响因素,探究了不同光源线宽以及不同脉冲宽度对布里渊散射谱谱宽的影响;再次,通过仿真和实验探究了不同脉冲消光比下的信噪比;和利用布里渊谱宽测量受激布里渊散射阈值;最后,搭建了外差相干检测的BOTDR系统,同时标定温度和应变频移系数后进行传感实验。实验结果表明,其温度误差范围为±2.2℃,空间分辨率为5m。在10km的应变传感实验中,BOTDR系统的最大测量应变为9500με时,应变的解调误差为±37.1με。
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