基于光学捷变频技术的高性能快速分布式光纤传感研究

发布时间：2024-05-19 23:49

　　分布式光纤传感技术已用于大型基础设施、地质灾害、物联网系统、地球物理探测等领域中,该研究具有重大的经济和科研价值,成为世界各国大力发展的关键技术。其中,快速分布式光纤传感技术成为主要研究热点之一,并取得了一系列的重要研究进展。然而快速分布式传感研究仍存在诸多急需攻克的难题,如系统采样率较低和数据存储空间较大,并且在长距离快速、单端快速和高灵敏度快速测量等领域仍需有效的解决方案。本论文以光学捷变频技术为核心,开展了高性能快速分布式光纤传感研究工作,主要研究内容如下:在快速布里渊光时域分析(BOTDA)测量领域,针对系统采样率较低和存储空间较大的问题,本论文提出基于压缩感知技术的传感方法,实现布里渊增益谱压缩采样。该方案采用主成分分析算法构造变换域字典,使得布里渊增益谱在变换域投影后具有稀疏性。相比于传统4MHz步长的均匀谱采样,所提出的方案只利用传统方案30%的频率个数即可恢复布里渊增益谱,将系统采样率提高3.3倍,并且直接在采集过程中压缩数据,数据存储空间减少70%极大缓解系统硬件压力。在长距离BOTDA测量领域,针对系统测量时间较长的问题,本论文提出采用基于光学啁啾链调制和布里渊衰减...

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-7单脉冲和511位Simplex编码BOTDA系统时域信号[55]

且BOTDA系统的空间分辨率仍由单脉冲宽度（码宽）决定。根据码长的时间可分为两类，归零码和非归零码，而在BOTDA系统测量中归零码是一种更好的选择，码长所占的时间远大于声子寿命（10ns），保证之后的脉冲测量信号不会受到上一个脉冲的影响[54]。2010年，Soto等人首次将脉冲....

图1-8基于双向拉曼放大技术的BOTDA系统实验装置[66]

ィ?枰?环糯蟮男藕殴ぷ髟?EDFA的线性放大工作区域，限制了信噪比的进一步提高。单独的预放大和中继放大无法取得较好的效果，需要与其它技术（如：编码和频分复用）相结合才能够实现长距离布里渊光纤传感。而拉曼放大技术与EDFA相比,具有更低的噪声指数和更平坦的增益,在光纤通信和光纤传感....

图1-9长距离BOTDA系统中非局域效应示意图[50]

糯蠹际蹩梢杂?脉冲编码技术相结合，实现性能的进一步提升，传感距离增加到120km，并达到1m空间分辨率和1.3℃测量精度达[69]。布里渊放大技术通过布里渊衰减谱结构实现[46,70]，高频的探测光将能量转移给低频的泵浦脉冲光，补偿泵浦光传输损耗，提高信号信噪比。布里渊放大技术也....

图1-12基于宽带频率调制的脉冲放大方案[73]

[73-75]，泵浦脉冲光与一频率周期性频率调制的探测光相互作用，不仅避免非局域效应并能够补偿脉冲光的传输损耗。2015年，周期频率调制方案首次用于双边带长距离BOTDA系统[49]，宽频谱探测光主要带来两个好处，1）更高的布里渊阈值，能够有效提高探测光输入功率；2）平坦的SBS....

本文编号：3978635