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基于布里渊散射的分布传感技术研究

作　者: 王立娜
导　师: 于晋龙
学　校: 天津大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 分布式光纤传感 BOTDR 相干自外差布里渊频移 LRP
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 97次
引　用: 1次
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内容摘要

管道运输系统作为一种安全、经济的运输方法已广泛应用于石油、天然气等工业部门中,然而近年来输油管道被打孔盗油案件时有发生,造成了巨大的经济损失,这使得油气管线自动监测技术变得日益重要。本文针对现有的石油、天然气管道安全检测技术存在的只能在泄漏后进行报警、定位的问题,提出了一种有效可行的基于布里渊散射光时域反射(BOTDR)技术的分布式光纤温度/应变传感系统——相干自外差布里渊散射分布式光纤传感系统,并完成了部分实验研究。本文就目前分布式光纤传感研究中的热点进行分析比较,确立了课题研究方向,结合课题研究重点,对光纤中自发布里渊散射及其传感机理进行了较为深入的理论分析,提出了利用布里渊散射和瑞利散射信号的强度比,即Landau-Placzek Ratio(LRP)实现温度/应变同时测量的方法,能够有效抑制光路上的各种损耗对布里渊散射光功率的影响,针对提出的系统整体设计方案进行了主要子系统的详细分析和相关器件的选择,提出了在电域里对布里渊频谱进行扫描实现布里渊频移的测量,并对系统的空间分辨率、信噪比、应变/温度分辨率、系统时间分辨率等主要性能参数做了重点分析和计算,利用Verilog HDL硬件描述语言在QuartusⅡ5.1FPGA开发平台下完成了脉冲的产生,设计了脉冲整形、放大电路,最后根据设计方案搭建系统,完成了受激布里渊散射阈值和布里渊频移的测量等部分实验工作,为系统下一步工作的展开打下坚实的基础。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 光纤传感技术  7-8
  1.2 分布式光纤传感技术  8-15
    1.2.1 分布式光纤传感技术的特点  8-9
    1.2.2 分布式光纤传感技术研究现状  9-14
      1.2.2.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术  9-10
      1.2.2.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术  10-11
      1.2.2.3 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术  11-14
    1.2.3 分布式光纤传感技术的应用与发展  14-15
  1.3 本论文的研究背景和主要工作  15-17
第二章基于布里渊散射的分布传感机理  17-37
  2.1 光纤中的布里渊散射  17-26
    2.1.1 光纤中的光散射  17-18
    2.1.2 自发布里渊散射  18-24
    2.1.3 受激布里渊散射  24-26
  2.2 布里渊散射与应变和温度的关系  26-32
    2.2.1 布里渊频移与应变和温度的关系  26-31
    2.2.2 布里渊散射强度与温度和应变的关系  31-32
  2.3 同时应变和温度分布式测量  32-36
    2.3.1 布里渊散射谱参数对温度和应变交叉敏感  32-33
    2.3.2 温度和应变的同时测量  33-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章布里渊分布式光纤传感系统的设计和性能分析  37-53
  3.1 整体设计  37-38
  3.2 光发射子系统  38-40
    3.2.1 激光器光源的选择  38-39
    3.2.2 光脉冲产生及参数设定  39-40
    3.2.3 光放大器  40
  3.3 光相干检测子系统  40-44
  3.4 系统主要性能参数  44-52
    3.4.1 空间分辨率  44-47
    3.4.2 信噪比SNR  47-49
    3.4.3 应变和温度的分辨率  49-51
    3.4.4 系统时间分辨率  51-52
  3.5 本章小结  52-53
第四章实验  53-67
  4.1 脉冲源  53-61
    4.1.1 脉冲信号的选择  53-54
    4.1.2 脉冲信号的产生  54-58
    4.1.3 脉冲信号的整形和放大  58-61
  4.2 受激布里渊散射阈值测量  61-64
  4.3 布里渊频移测量  64-66
  4.4 本章小结  66-67
第五章总结与展望  67-69
  5.1 总结  67-68
  5.2 展望  68-69
参考文献  69-73
发表论文和参加科研情况说明  73-74
致谢  74

基于布里渊散射的分布传感技术研究

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