基于无序信号的布里渊光相干反射技术研究

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基于布里渊散射的分布式光纤传感技术,利用光纤中的布里渊频移受光纤本身一些参数影响的特性,通过测量光纤中的布里渊频移量来获知光纤中的一些物理参量(如温度、应力、应变、振动等)的信息,可以在不同的光纤传感距离上实现这些物理参量的分布式连续测量。相比其他的传感技术,具有空间分辨率高、传感距离长、测量精度高等优点,研究前景和应用范围广泛,越来越受到国内外研究学者的关注。  本文在现有的基于周期性频率调制的布里渊光相干反射(BOCDR)技术基础上提出了两种新方案来实现长距离、高精度的分布式温度测量。这两种方案分别采用噪声信号和随机序列代替原有BOCDR技术中的正弦信号对光源进行调制,噪声信号和随机信号都具有很好的无周期特性,克服了正弦频率调制的BOCDR系统中周期性相关峰对传感距离的限制,在实现高精度测量的前提下可大大提高传感测量距离,同时具有装置简单、成本低、测量时间短的特点。本文的主要研究内容包括:  (1)提出一种基于噪声调制的布里渊光相干反射技术。该技术采用噪声信号来调制激光光源,利用噪声信号的无周期特性,在传感光纤中仅产生一个相关峰,理论上,传感的测量距离将不受限制。  (2)提出一种基于随机序列调制的布里渊光相干反射技术。该技术采用随机序列对光源进行频率调制,调节随机序列的码长和码率,使光纤中产生的相关峰之间的间距很长,保证在待测光纤中只有一个相关峰,且获得的空间分辨率很高,这样即可在实现长距离传感的同时获得高空间分辨率。  (3)从理论上分析了两种方案如何克服现有系统存在的无法同时兼顾传感距离和空间分辨率的问题,并针对提出的两种实验方案搭建了实验平台进行实验研究,两种方案都可以在大约250m的传感光纤上实现厘米级的分布式温度测量,并获得了与理论分析基本一致的空间分辨率,测温精度分别为±1.3℃和±0.96℃。  (4)分析了提出的两种方案相比于其他的基于布里渊散射的传感技术的优势,并指出其不足之处以及未来的主要研究问题。  
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