基于COTDR的温度/应变传感技术研究
发布时间：2021-10-07 11:31
本文综述了国内外分布式传感技术的发展现状,并对相干光时域反射计（COTDR）在温度/应变传感领域的应用研究进行了详细地阐述。理论分析了基于COTDR的温度/应变传感机理,实验验证了后向瑞利散射曲线的可重复性和可恢复性。针对单频COTDR入纤功率低、系统信噪比低、测量误差较大等问题,提出了基于多频COTDR的温度/应变测量方案,并通过理论分析和MATLAB仿真证明了该方案的可行性及优越性。仿真结果表明,相比于单频COTDR,基于多频COTDR的温度/应变传感系统可有效地提高传感光纤的受激布里渊散射阈值,增大系统信噪比,降低系统测量误差,在150 m传感光纤上达到了温度测量误差0.005℃、应变测量误差0.004με、空间分辨率1 m的性能指标。针对COTDR的探测脉冲在传感光纤中传输时的色散问题,理论分析了单模光纤中色散对于脉冲宽度的影响,数学推导了色散对于COTDR系统性能的影响公式,利用MATLAB仿真了无啁啾三阶超高斯脉冲在单模光纤中传输时的波形变化,以此分析色散对矩形探测脉冲在传感光纤中传输时脉冲宽度的影响。仿真结果表明,无初始啁啾超高斯脉冲注入单模光纤后脉冲波形将不再保持单峰结...
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 分布式光纤传感技术发展现状
1.2.1 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术
1.2.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术
1.2.3 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术
1.3 本文的主要研究内容
第2章 COTDR温度/应变传感系统
2.1 COTDR分布式传感原理
2.2 COTDR分布式传感系统
2.3 COTDR系统的主要性能指标
2.3.1 空间分辨率
2.3.2 灵敏度
2.3.3 动态范围
2.4 COTDR系统温度/应变传感的仿真与分析
2.4.1 测量原理
2.4.2 测量方法
2.4.3 仿真结果及分析
2.4.3.1 温度信息解调
2.4.3.2 应变信息解调
2.5 本章小结
第3章 多频COTDR温度/应变传感系统
3.1 相位调制器原理
3.2 光纤SBS阈值分析
3.3 多频COTDR分布式温度/应变传感原理
3.4 多频COTDR分布式传感系统
3.5 多频COTDR系统温度/应变传感的仿真与分析
3.5.1 测量原理
3.5.2 测量方法
3.5.3 仿真结果与分析
3.5.3.1 温度信息解调
3.5.3.2 应变信息解调
3.5.3.3 COTDR传感系统信噪比分析及仿真
3.6 实验及数据处理
3.6.1 测量系统
3.6.2 实验结果与分析
3.7 本章小结
第4章 COTDR温度/应变传感系统中的色散问题
4.1 色散的定义
4.2 色散对探测脉冲的影响
4.2.1 光脉冲在单模光纤中的传输
4.2.2 单模光纤中无啁啾三阶超高斯脉冲传输特性的仿真与分析
4.3 色散对COTDR传感系统性能的影响
4.3.1 色散对单频COTDR传感系统性能的影响
4.3.2 色散对多频COTDR传感系统性能的影响
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]COTDR散射信号相关特性的研究[J]. 杨莉,杨志,刘玮,李永倩. 光通信研究. 2012(04)
[2]超高斯型光脉冲在零色散区传输特性的研究[J]. 谢务友,刘山亮. 光子学报. 2012(02)
[3]基于自发布里渊散射的双路分布式光纤传感器设计与实现[J]. 梁浩,张旭苹,路元刚. 中国光学与应用光学. 2009(01)
[4]单模光纤受激布里渊散射阈值的研究[J]. 李立,饶云江,谢康,冉曾令. 光学与光电技术. 2009(01)
[5]光纤色散效应对脉冲展宽的影响[J]. 宋扬,王丽. 激光技术. 2008(06)
[6]光纤色散对光纤通信系统中继距离主要影响分析[J]. 粟小玲,朱春祥. 信息通信. 2008(02)
[7]常用分布式光纤传感器性能比较[J]. 李新华,梁浩,徐伟弘,张旭苹. 光通信技术. 2007(05)
[8]单模光纤中超高斯脉冲传输特性的研究[J]. 钟东洲,邓涛,左方圆. 光通信研究. 2007(02)
[9]光纤传输模型的数值计算研究[J]. 李均,黄德修,张新亮. 光电子技术与信息. 2003(02)
[10]全分布式光纤温度传感器研究的进展及趋势[J]. 耿军平,许家栋,郭陈江,韦高. 传感器技术. 2001(02)
博士论文
[1]基于电光相位调制器的微波信号产生与处理[D]. 陈斌.浙江大学 2009
硕士论文
[1]单模光纤中受激布里渊散射阈值的研究[D]. 刘甜.华中科技大学 2011
[2]基于φ-OTDR的分布式光纤传感系统[D]. 谢孔利.电子科技大学 2008
本文编号：3421961
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 分布式光纤传感技术发展现状
1.2.1 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术
1.2.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术
1.2.3 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术
1.3 本文的主要研究内容
第2章 COTDR温度/应变传感系统
2.1 COTDR分布式传感原理
2.2 COTDR分布式传感系统
2.3 COTDR系统的主要性能指标
2.3.1 空间分辨率
2.3.2 灵敏度
2.3.3 动态范围
2.4 COTDR系统温度/应变传感的仿真与分析
2.4.1 测量原理
2.4.2 测量方法
2.4.3 仿真结果及分析
2.4.3.1 温度信息解调
2.4.3.2 应变信息解调
2.5 本章小结
第3章 多频COTDR温度/应变传感系统
3.1 相位调制器原理
3.2 光纤SBS阈值分析
3.3 多频COTDR分布式温度/应变传感原理
3.4 多频COTDR分布式传感系统
3.5 多频COTDR系统温度/应变传感的仿真与分析
3.5.1 测量原理
3.5.2 测量方法
3.5.3 仿真结果与分析
3.5.3.1 温度信息解调
3.5.3.2 应变信息解调
3.5.3.3 COTDR传感系统信噪比分析及仿真
3.6 实验及数据处理
3.6.1 测量系统
3.6.2 实验结果与分析
3.7 本章小结
第4章 COTDR温度/应变传感系统中的色散问题
4.1 色散的定义
4.2 色散对探测脉冲的影响
4.2.1 光脉冲在单模光纤中的传输
4.2.2 单模光纤中无啁啾三阶超高斯脉冲传输特性的仿真与分析
4.3 色散对COTDR传感系统性能的影响
4.3.1 色散对单频COTDR传感系统性能的影响
4.3.2 色散对多频COTDR传感系统性能的影响
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]COTDR散射信号相关特性的研究[J]. 杨莉,杨志,刘玮,李永倩. 光通信研究. 2012(04)
[2]超高斯型光脉冲在零色散区传输特性的研究[J]. 谢务友,刘山亮. 光子学报. 2012(02)
[3]基于自发布里渊散射的双路分布式光纤传感器设计与实现[J]. 梁浩,张旭苹,路元刚. 中国光学与应用光学. 2009(01)
[4]单模光纤受激布里渊散射阈值的研究[J]. 李立,饶云江,谢康,冉曾令. 光学与光电技术. 2009(01)
[5]光纤色散效应对脉冲展宽的影响[J]. 宋扬,王丽. 激光技术. 2008(06)
[6]光纤色散对光纤通信系统中继距离主要影响分析[J]. 粟小玲,朱春祥. 信息通信. 2008(02)
[7]常用分布式光纤传感器性能比较[J]. 李新华,梁浩,徐伟弘,张旭苹. 光通信技术. 2007(05)
[8]单模光纤中超高斯脉冲传输特性的研究[J]. 钟东洲,邓涛,左方圆. 光通信研究. 2007(02)
[9]光纤传输模型的数值计算研究[J]. 李均,黄德修,张新亮. 光电子技术与信息. 2003(02)
[10]全分布式光纤温度传感器研究的进展及趋势[J]. 耿军平,许家栋,郭陈江,韦高. 传感器技术. 2001(02)
博士论文
[1]基于电光相位调制器的微波信号产生与处理[D]. 陈斌.浙江大学 2009
硕士论文
[1]单模光纤中受激布里渊散射阈值的研究[D]. 刘甜.华中科技大学 2011
[2]基于φ-OTDR的分布式光纤传感系统[D]. 谢孔利.电子科技大学 2008
本文编号：3421961
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3421961.html
