BOTDA系统相位解调和脉冲编码技术研究

发布时间：2017-10-14 02:26

  本文关键词：BOTDA系统相位解调和脉冲编码技术研究

  更多相关文章： 受激布里渊散射 外差布里渊光时域分析 相位解调 频谱算法 脉冲编码 信噪比

【摘要】：本文在综述布里渊光时域分析(BOTDA)技术研究现状的基础上,论述了自发布里渊散射(SPBS)和受激布里渊散射(SBS)的作用机理,根据布里渊散射的作用机理,分析了布里渊频移受温度和应变影响的特性,研究了布里渊频移与光纤温度和应变的对应关系。介绍了传统的直接检测BOTDA系统原理和外差检测BOTDA系统原理,分析了受激布里渊散射作用传输函数,对比分析了两种系统,分别推导了两种系统的输出信号的信噪比表达式。在分析外差BOTDA系统的基础上,深入研究了布里渊相位的解调方法,设计了基于叠加平均去噪与FFT分析相结合的外差BOTDA系统的相位解调频谱算法,编写了程序;理论分析并实验验证了该算法的可行性和有效性。结果表明,该算法对不同信噪比下的信号均有较好的解调效果;对幅值为0.3 V且噪声标准偏差为0.5 V的信号,采用1000次叠加平均的频谱算法,相位相对测量误差可降至0.71%。设计了用于外差BOTDA系统中宽带相位解调的方案,为进一步解调外差BOTDA系统宽带相位、检测长距离传感光纤温度/应变信息奠定了基础。研究了基于脉冲编码调制的BOTDA系统原理,分析了BOTDA系统中Simplex码、Golay码和CCPONS码的编码和解码原理;利用MATLAB仿真了不同脉冲编码调制的BOTDA系统的时域输出信号,并对比分析了三种编码对系统信噪比的改善情况,结果表明采用脉冲编码技术可使BOTDA系统性能得到有效地提升,CCPONS码调制时可获得最佳系统性能。
【关键词】：受激布里渊散射 外差布里渊光时域分析 相位解调 频谱算法 脉冲编码 信噪比
【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】：TP212;TN911.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 布里渊分布式传感技术10-12
• 1.2.1 基于BOFDA的分布式光纤传感技术10-11
• 1.2.2 基于BOTDR的分布式光纤传感技术11-12
• 1.2.3 基于BOTDA的分布式光纤传感技术12
• 1.3 BOTDA光纤传感技术研究现状12-14
• 1.3.1 国外研究现状12-13
• 1.3.2 国内研究现状13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 基于外差检测的BOTDA传感系统原理16-24
• 2.1 光纤中的布里渊散射16-17
• 2.1.1 自发布里渊散射16
• 2.1.2 受激布里渊散射16-17
• 2.2 布里渊频移与温度和应变的关系17-18
• 2.2.1 布里渊频移与温度的关系17-18
• 2.2.2 布里渊频移与应变的关系18
• 2.3 传统的直接检测BOTDA系统18-20
• 2.4 基于外差检测的BOTDA系统20-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 外差BOTDA系统相位解调算法与实验设计24-37
• 3.1 外差BOTDA实验系统组成24-25
• 3.2 频谱算法相位解调原理25-26
• 3.3 相位解调算法验证实验设计26-28
• 3.3.1 AFG3102任意函数发生器26-27
• 3.3.2 PCI-5112高速数字化仪27
• 3.3.3 Lab VIEW开发平台27-28
• 3.4 基于LabVIEW软件开发平台的相位解调算法验证实验28-32
• 3.4.1 相位解调程序28-30
• 3.4.2 加有小噪声时相位解调实验30
• 3.4.3 加有大噪声时相位解调实验30-31
• 3.4.4 实验结果分析与讨论31-32
• 3.5 外差BOTDA系统宽带相位解调32-36
• 3.5.1 外差BOTDA系统宽带相位解调系统设计32-34
• 3.5.2 AD0105B正交解调器34
• 3.5.3 反正切函数近似算法的实现34-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 脉冲编码BOTDA系统性能分析37-47
• 4.1 脉冲编码BOTDA系统37-39
• 4.1.1 脉冲编码BOTDA系统原理37-38
• 4.1.2 脉冲编码BOTDA系统组成38-39
• 4.2 脉冲编码BOTDA系统编码增益39-43
• 4.2.1 Simplex码BOTDA系统39-40
• 4.2.2 Golay码BOTDA系统40-41
• 4.2.3 CCPONS码BOTDA系统41-43
• 4.3 不同码型BOTDA系统性能比较43-46
• 4.3.1 脉冲编码BOTDA系统性能仿真44-45
• 4.3.2 脉冲编码BOTDA系统性能对比分析45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 结论与展望47-49
• 参考文献49-53
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果53-54
• 致谢54

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1028478