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外差检测BOTDR温度和应变传感技术研究

作　者: 李勇涛
导　师: 李永倩
学　校: 华北电力大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 布里渊散射 BOTDR 外差检测 Golay互补序列
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 35次
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内容摘要

本文介绍了基于布里渊散射的温度和应变传感研究现状,分析了光纤中的布里渊散射特性以及对温度和应变的传感理论,建立了布里渊散射频移和强度与光纤中温度和应变的对应关系。利用布里渊散射和瑞利散射强度之比来消除光纤损耗所带来的影响,从而修正布里渊散射强度的相对变化量,为外差检测 BOTDR温度和应变传感技术奠定了理论基础。对外差检测BOTDR传感系统和信号处理方案进行了研究,并对下变频子系统中频率综合器模块的控制进行了重点研究。根据频率综合器的控制要求,设计了微波频率综合器的控制软件使其能够输出所要求的频率分量。采用了将Golay互补序列应用于BOTDR光纤传感系统的方法,通过对Golay互补序列的时域和频域特性进行理论分析,设计了基于Max+plus II平台的Golay互补序列产生逻辑电路,并进行了仿真分析,设计产生了码元长度可变、码元宽度可调的高速率Golay互补序列,同时对应用Golay互补序列的BOTDR传感系统从信噪比、动态范围和测量时间上进行了分析,并对传感系统从时域和频域的角度进行了Matlab仿真,结果表明调制成Golay互补序列的光脉冲较单脉冲传感系统在系统信噪比、温度和应变分辨率等方面能够改善系统的性能。搭建了部分实验系统,完成了基于AOM光脉冲调制的前向光路时域波形测试。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 基于布里渊散射的温度和应变传感研究现状  9-13
    1.2.1 直接检测  10-11
    1.2.2 外差检测  11-13
  1.3 本文的主要研究内容  13-15
第2章基于布里渊散射的温度和应变理论基础  15-22
  2.1 光纤中的布里渊散射机理  15-16
  2.2 布里渊频移与温度和应变的关系  16-18
    2.2.1 布里渊频移与温度的关系  16-17
    2.2.2 布里渊频移与应变的关系  17-18
  2.3 布里渊强度与温度和应变的关系  18-20
    2.3.1 布里渊强度与温度的关系  19
    2.3.2 布里渊强度与应变的关系  19-20
  2.4 BOTDR 系统中温度和应变的同时传感技术  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章外差检测BOTDR 温度和应变传感系统  22-36
  3.1 传感系统整体方案  22-23
  3.2 光发射子系统  23-24
    3.2.1 宽谱光源  23
    3.2.2 窄谱光源  23-24
  3.3 脉冲调制子系统  24-26
  3.4 微波下变频子系统  26-32
    3.4.1 频率综合器选择及参数设置  26-29
    3.4.2 频率综合器的控制方案  29-30
    3.4.3 接口配置软件设计  30-32
    3.4.4 实际测试结果  32
  3.5 BOTDR 信号采集与处理子系统  32-35
    3.5.1 信号采集和处理单元  32-33
    3.5.2 叠加平均算法  33-35
  3.6 本章小结  35-36
第4章应用Golay 互补序列的BOTDR 传感系统  36-53
  4.1 Golay 互补序列的特性  36-39
    4.1.1 互补序列的时域特性  36-37
    4.1.2 互补序列的频域特性  37-39
  4.2 Golay 互补序列在BOTDR 中的应用原理  39-43
    4.2.1 Golay 互补序列产生电路设计  39-41
    4.2.2 Golay 互补序列的脉冲响应  41-42
    4.2.3 Golay 互补序列在系统中的应用  42
    4.2.4 应用Golay 互补序列的系统方案  42-43
  4.3 Golay 互补序列在BOTDR 中的适用范围  43-44
  4.4 应用Golay 互补序列对系统性能的改善  44-47
    4.4.1 分辨率及信噪比分析  44-45
    4.4.2 系统动态范围的估计  45-46
    4.4.3 系统测量时间  46-47
  4.5 应用Golay 互补序列的BOTDR 系统仿真  47-51
    4.5.1 Golay 互补序列的时域仿真  47-49
    4.5.2 Golay 互补序列的频域仿真  49-51
  4.6 基于AOM 的前向光路测试  51-52
  4.7 本章小结  52-53
第5章结论与展望  53-54
参考文献  54-57
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  57-58
致谢  58-59
详细摘要  59-67

外差检测BOTDR温度和应变传感技术研究

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