基于多模FP激光器的BOTDR系统建模分析与仿真研究

发布时间：2017-03-31 01:00

  本文关键词：基于多模FP激光器的BOTDR系统建模分析与仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文阐述了布里渊分布式光纤传感技术的研究现状,论述了布里渊散射基本理论,分析了布里渊频移和强度与温度和应变的关系;分析了用于分布式温度和应变同时测量的BOTDR传感方案,并对光发射子系统、光电检测与下变频器子系统和信号采集与处理子系统进行了研究与设计。为了研究基于多模FP激光器的BOTDR系统的传感性能,分析了多模FP激光器的特性;分析了光纤的非线性效应,包括采用单模光源和多模光源时的SBS阈值、SPM和FWM;对布里渊散射谱的波长依赖性做了研究;分析了多模FP激光器的多个纵模布里渊散射谱的频移与叠加情况,并对多模光源产生的布里渊散射叠加谱的谱峰功率和谱宽与纵模数的关系做了分析研究。本文分析了基于多模FP激光器外调制和本地外差的BOTDR系统,基于相干检测理论,研究了一种基于多模FP激光器外调制和瑞利与布里渊自外差的BOTDR系统。深入研究了本地外差检测和瑞利与布里渊自外差检测原理,推导了两种系统的信噪比,并对两种系统进行建模仿真。结果表明,选用纵模间隔为0.141 nm的多模FP激光器时,随着纵模数的增加,长度为25 km的光纤末端获得的系统信噪比、温度和应变测量精度均得到了较大地提高,且与纵模数均呈非线性关系。当采用本地外差BOTDR系统时,叠加平均次数为216次时,纵模数为19时系统获得最佳温度和应变测量精度2.04℃和46.23??,相应的信噪比为44.07 dB;当采用自外差BOTDR系统时,叠加平均次数106次时,纵模数为19时系统获得最佳温度和应变测量精度3.81℃和86.69??,相应的信噪比为33.15 d B。
【关键词】：布里渊散射 外差检测 多模FP激光器 布里渊光时域反射计系统 Matlab
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 引言10
• 1.2 BOTDR光纤传感技术及应用现状10-12
• 1.2.1 国外研究及应用现状11-12
• 1.2.2 国内研究及应用现状12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 第2章 光纤布里渊散射传感原理及BOTDR系统14-21
• 2.1 光纤布里渊散射基本理论14-16
• 2.1.1 自发布里渊散射14-15
• 2.1.2 受激布里渊散射15-16
• 2.2 布里渊频移与温度和应变的关系16-17
• 2.3 布里渊强度与温度和应变的关系17
• 2.4 温度和应变的同时测量原理17-18
• 2.5 BOTDR传感系统18-20
• 2.5.1 光发射子系统18-19
• 2.5.2 光电检测与微波下变频子系统19
• 2.5.3 信号采集与处理子系统19-20
• 2.6 本章小结20-21
• 第3章 基于多模FP激光器的BOTDR系统性能分析21-35
• 3.1 多模FP激光器21-22
• 3.2 多模光源在光纤中的非线性效应22-28
• 3.2.1 SBS阈值22-24
• 3.2.2 自相位调制24-27
• 3.2.3 四波混频27-28
• 3.3 布里渊散射谱的波长依赖性28-31
• 3.3.1 布里渊频移与泵浦波长的关系28-29
• 3.3.2 布里渊频谱与频率间隔的关系29-31
• 3.4 多模光源在光纤中产生的布里渊散射谱特性31-33
• 3.4.1 布里渊散射叠加谱31
• 3.4.2 谱峰功率与纵模数的关系31-33
• 3.4.3 谱宽与纵模数的关系33
• 3.5 本章小结33-35
• 第4章 基于多模FP激光器外调制的BOTDR系统建模与仿真35-49
• 4.1 本地外差BOTDR系统35-42
• 4.1.1 系统组成35-36
• 4.1.2 本地外差检测信号分析36-38
• 4.1.3 信噪比分析38-39
• 4.1.4 仿真及结果分析39-42
• 4.2 瑞利与布里渊自外差BOTDR系统42-48
• 4.2.1 系统组成42-43
• 4.2.2 瑞利与布里渊自外差检测信号分析43-45
• 4.2.3 信噪比分析45-46
• 4.2.4 仿真结果分析46-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第5章 总结与展望49-51
• 参考文献51-54
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加科研情况54-55
• 致谢55

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