基于分区型分布式放大技术的长距离Φ-OTDR

发布时间：2019-09-28 06:41

【摘要】：相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)利用光脉冲在光纤中产生的瑞利散射效应,可实时感知光纤链路上每一点的微小扰动,在周界安防、地震波检测、管道安全监测等应用领域具有非常突出的优势。传感距离是分布式光纤传感系统非常重要的一项技术指标,传感光纤中信号光强度随着光纤长度的延长呈指数衰减(传感距离每增加1km,经过往返后的信号光强度下降约0.4dB),因而传感距离受到了极大的限制。为了延伸Φ-OTDR等分布式光纤传感系统的传感距离,人们研究了各种不同的光放大方式,取得很多有价值的成果。本文提出了一种新型的分区型分布式放大(HDA)方案,结合使用了三种不同的泵浦方式,把Φ-OTDR的传感距离延长到了175km(往返光纤损耗约为70dB):基于随机光纤激光的二阶拉曼泵浦主要为整个传感光纤的前一半提供放大作用,然后反向传播的布里渊泵浦为接下来的50km光纤中探测脉冲光提供了主导性的放大作用,最后余下的约37km光纤中的信号光则主要由一阶拉曼泵浦来放大。需要特别指出的是,一阶拉曼泵浦的另一个作用是把布里渊泵浦能量从整个传感光纤的远端推向近端。在本文中,为了分析采用HDA方案的OTDR,建立了数值理论模型进行仿真分析。然后,结合使用HDA技术及外差探测技术,搭建了一套Φ-OTDR实验系统,将系统传感距离达到了创世界纪录的175km,空间分辨率为25m,验证了HDA技术的有效性。Φ-OTDR等分布式光纤传感系统中所需要提供给声光驱动器的信号为数字脉冲信号,而市面上的商用信号发生器往往并无针对性设计,功能过于繁杂但是窄脉冲输出能力较弱、二次开发复杂、价格高昂。针对分布式光纤传感系统的特殊需求,本文设计了一块以FPGA为核心的数字脉冲信号发生卡。给出了硬件电路设计方案,并基于MFC开发了一个简易的上位机程序用于控制电路板卡产生数字脉冲信号的脉冲宽度、周期等参数。该板卡输出脉冲最窄宽度可达20ns,性价比极高。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN253

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本文编号：2543169