脉冲预泵浦瑞利BOTDA传感系统分析与设计

发布时间：2017-07-04 03:08

  本文关键词：脉冲预泵浦瑞利BOTDA传感系统分析与设计

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【摘要】：本文在阐述国内外布里渊分布式光纤传感技术研究现状的基础上,论述了光纤内部自发布里渊散射和受激布里渊散射的作用机理,根据受激布里渊散射的作用机理,着重分析了其瞬态耦合波方程。首先介绍了脉冲预泵浦瑞利布里渊光时域分析(PPP R-BOTDA)分布式传感系统的原理。利用时间有限差分法对PPP R-BOTDA系统中SBS瞬态耦合波方程组进行了解析并得到了拟合后的数值解,得出了传感脉冲光场、瑞利散射光场和声波场三场的幅值特性。之后采用频域法解析了PPP R-BOTDA系统中SBS瞬态耦合波方程组,并利用Matlab对该系统进行了仿真。当传感脉冲小于声子寿命时,布里渊散射谱急剧展宽且谱峰功率大幅度降低。仿真研究表明阶梯脉冲使布里渊谱宽变窄,而脉冲预泵浦技术能够同时提高系统的空间分辨率和频移测量精度,实现了布里渊散射信号的谱域整形;通过时频变换推导了脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统中空间分辨率下频域布里渊谱特性的时域增益表达式;分析了累积整条光纤后的增益对瑞利散射光功率的影响特性,实现了布里渊散射信号的时域整形,减小了非本地效应。最后设计了PPP R-BOTDA传感系统的实验方案,重点设计并搭建了串联两个电光调制器生成调制阶梯脉冲光的实验模块。实验结果验证了阶梯脉冲光子系统实验方案的可行性。结果表明,当用微波信号源和阶梯脉冲发生器调制时分别将电光调制器的工作点偏置在传输曲线的正线性点和谷点,并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度和调制指数,可获得满足PPP R-BOTDA系统要求的瑞利散射连续光和传感脉冲泵浦光。
【关键词】：瑞利布里渊光时域分析 脉冲预泵浦 SBS瞬态耦合波方程 性能分析
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 引言10
• 1.2 分布式光纤传感技术10-12
• 1.2.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术10-11
• 1.2.2 基于BOTDA的分布式光纤传感技术11
• 1.2.3 基于瑞利BOTDA的分布式光纤传感技术11-12
• 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14-15
• 第2章 光纤中的布里渊散射及其耦合波方程15-21
• 2.1 光纤中的布里渊散射15-17
• 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 受激布里渊散射的耦合波方程17-20
• 2.2.1 SBS稳态耦合波方程18
• 2.2.2 SBS瞬态耦合波方程18-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 脉冲预泵浦瑞利BOTDA传感系统建模与解析21-31
• 3.1 系统原理21-23
• 3.2 系统组成23
• 3.3 脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统时域分析23-28
• 3.3.1 阶梯光脉冲模型24
• 3.3.2 脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统时域模型24-28
• 3.3.2.1 系统理论建模25
• 3.3.2.2 时间有限差分法25-28
• 3.4 仿真结果与分析28-30
• 3.4.1 时域数值解28-29
• 3.4.2 波场幅值拟合方程29-30
• 3.5 本章小结30-31
• 第4章 脉冲预泵浦瑞利BOTDA传感系统仿真分析31-39
• 4.1 脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统频域分析31-36
• 4.1.1 SBS瞬态耦合波方程的频域解法31-33
• 4.1.2 布里渊散射谱理论分析33-34
• 4.1.3 仿真分析34-36
• 4.2 时域增益分析36-38
• 4.2.1 空间分辨率下的时域增益36-37
• 4.2.2 传感光纤长度下的时域增益37-38
• 4.3 本章小结38-39
• 第5章 实验系统设计与分析39-47
• 5.1 实验系统设计39-40
• 5.2 阶梯脉冲光产生模块设计40-43
• 5.2.1 脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统中EOM调制原理40-41
• 5.2.2 阶梯脉冲光模块设计41-43
• 5.3 实验结果与分析43-46
• 5.4 本章小结46-47
• 第6章 总结与展望47-49
• 6.1 总结47-48
• 6.2 展望48-49
• 参考文献49-52
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果52-53
• 致谢53

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：516099