分布式光纤布里渊传感系统的设计与优化

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传感器是信息获取的十分关键的部分,在信息科学领域发挥着越来越重要的作用。随着光纤技术的发展,结合光纤优势的传感技术得以问世和发展。分布式光纤传感技术凭借其小体积、低损耗、长距离、高精度,并且可抗电磁干扰和耐腐蚀的优势成为国内外科研机构、高校、企业研发部门争相研究的热点。基于受激布里渊散射的分布式光纤传感系统是利用布里渊散射的频移量和强度与被测温度和应变存在的特定的关系,通过光学、电子学、信号处理等知识的充分结合来实现温度和应变信息监测的系统,较其它散射型分布式传感器而言,它具有信号更强,可测距离更长的优越性,因此在建筑行业、轨道交通、电力系统、水工领域、石油行业、地质检测、航天事业等方面都有着良好的应用前景。本文围绕分布式光纤布里渊传感系统的理论基础,完成了布里渊传感系统的系统设计和系统搭建,在实验过程中发现传统系统存在的种种问题,并提出了针对这些问题的优化方法。论文主要内容和创新点如下:1.在介绍布里渊散射理论的基础上,了解分布式光纤布里渊传感系统的原理,分析了系统的重要理论基础——布里渊光时域分析(BOTDA)技术和微波扫频技木;2.设计和确定系统光路、电路的结构和器件的选择,详细介绍系统各器件的性能参数,以及在此参数下拟达到的空间分辨率、时间分辨率、测量精度等技术指标,介绍信号处理方案;3.进行实验系统搭建,完成主要器件的测试、信号光和泵浦光的调制,确定合适的频率,对点频设置下的布里渊增益现象进行了观察,进而通过微波扫频器扫描出三维布里渊增益谱;4.针对微波扫频器控制信号采集容易产生叠加错乱的问题,设计并实现了由FPGA控制微扫频器和信号采集的数据采集方案;针对微波扫频器不可避免的存在的功率波动问题,提出了对入射信号光归一化处理以消除微波扫频器功率波动影响的数据采集方案,并通过对比实验验证了其可行性。
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