一种新的布里渊光时域定位技术

发布时间：2021-06-18 12:04

　　布里渊光时域分析（BOTDA）系统中,不同的脉冲宽度对应不同的空间分辨率,但不同脉冲宽度下的布里渊信号会重叠在同一位置。首次对该现象进行了理论分析,并基于该现象提出了一种新的布里渊光时域定位技术。通过正反两次测量对应变或温度段的端点进行定位,无需降低脉冲宽度就能提高空间分辨率,克服了泵浦脉冲宽度对空间分辨率的限制。实验在24711 m的光纤上分布使用20～100 ns的脉冲均实现了1 m应变段的定位,并通过双峰洛伦茨拟合测得其应变为1880με,其应变测量不确定度为36με。该技术相比于其它BOTDA定位技术,无需通过降低脉冲宽度来提高空间分辨率,操作简单有效,将在分布式传感领域具有广泛的应用前景。 

【文章来源】：光散射学报. 2020,32(03)

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【部分图文】：

BOTDA系统中布里渊信号产生原理

图1 BOTDA系统中布里渊信号产生原理接下来根据划分叠加的理论,可以依次推导出其他脉宽下各采样点的布里渊信号强度。这里推导模型中以90 ns为例,90 ns脉冲情况下,每个采样点的能量强度对应9 m光纤对应的布里渊信号强度,根据前面的假设知道交互经历1 m时的能量强度,可以依次推导出90 ns下各个采样点能量强度,具体过程如图2中所示。

类似地,可以得出其他脉宽下(30 ns、50 ns、70 ns)每个采样点的布里渊信号强度。将其进行归一化后,画出每个脉冲下的布里渊增益曲线。如图3所示。从图中可以看出,虽然空间分辨率不同(10 ns、30 ns、50 ns、70 ns、90 ns的空间分辨率分别为1 m、3 m、5 m、7 m、9 m),但每条增益曲线波动的右侧完全重合。因此,对于相同的应变(温度)事件,不管采用多宽的泵浦脉冲进行探测,其布里渊信号在空间域的一个端点都保持不变(该点位于探测光入射端)。基于该特性,如果将泵浦光与探测光反向,则会得到该事件的另一个端点。由这两个端点即可对事件进行定位。图4 扰动探测工作原理;红线:起始点的探测,绿线:截止点的探测


本文编号：3236629