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基于OFDR的分布式光纤传感技术的研究

作　者: 徐升槐
导　师: 叶险峰
学　校: 浙江大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 分布式光纤传感器空间分辨率信噪比光时域反射光频域反射
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

光纤传感技术是伴随着光通信技术的发展而逐步形成的,由于光纤传感器具有传统传感器不可比拟的诸多优点,如抗电磁干扰能力强、环境适应性强、检测范围大等,在问世的三十多年里,得到了广泛的关注与发展,分布式光纤传感技术除了具有光纤传感器的特点外,还可以准确地测出光纤沿线任一点上的应力、温度、振动等信息,无需构成回路,因此成了研究的热点。光时域反射计(OTDR)是通过分析后向反射光来进行测量的,它的空间分辨率的提高需要缩短光源脉冲宽度和增大接收机带宽,而这导致了光源信号功率的减小和噪声的增加,因此,OTDR的空间分辨率和信噪比、动态范围之间存在着矛盾,为解决此问题,提出了光频域反射计(OFDR)分布式光纤传感技术。本文首先简要概述了光纤传感的历史背景、发展过程以及不同传感器的分类比较,指出了分布式光纤传感器的优势和特点,然后在研究了光频域反射计(OFDR)工作原理的基础上,分析了OFDR的关键技术,对构成OFDR系统的器件参数进行了探讨,从理论和数据建模仿真两个方面研究了基于OFDR的分布式光纤传感技术,并与OTDR方式进行了比较。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-15
  1.1 光纤传感的概述及发展  9-10
  1.2 分布式光纤传感技术  10-11
  1.3 基于背向散射法的测量技术  11-12
  1.4 OFDR的发展现状  12-13
  1.5 本论文的研究目的和意义  13
  1.6 本文的主要工作和内容  13-15
第二章 OFDR的工作原理和应用  15-27
  2.1 光外差探测原理  15-16
  2.2 光外差探测相对于光直接探测的优点  16-18
  2.3 OFDR工作原理  18-20
  2.4 OFDR相对于OTDR的优点  20-21
  2.5 OFDR的关键技术  21-23
    2.5.1 OFDR对线性扫频光源的要求  21-22
    2.5.2 OFDR系统对光路部分的要求  22
    2.5.3 OFDR对光接收及信号处理部分的要求  22-23
  2.6 基于OFDR的分布式光纤传感应用情况  23-26
    2.6.1 基于瑞利(Rayleigh)散射的分布式光纤传感器  23
    2.6.2 基于光频域拉曼散射技术(ROFDR)的分布式光纤传感技术  23-25
    2.6.3 基于OFDR的布里渊散射型分布式光纤传感技术  25-26
  2.7 本章小结  26-27
第三章 OFDR系统数学建模和仿真  27-59
  3.1 OFDR系统目标参数分析  27-31
    3.1.1 OFDR光源电路参数分析  27-28
    3.1.2 光源扫频速率γ分析  28-29
    3.1.3 光源扫频重复频率fs分析  29-30
    3.1.4 光源频率啁啾范围fd分析  30
    3.1.5 光源光功率的计算  30-31
  3.2 OFDR系统数学建模  31-33
  3.3 OFDR系统MATLAB仿真  33-47
    3.3.1 无噪声时,温度变换对光电流值随光纤分布的影响  33-36
    3.3.2 有噪声时,温度变换对光电流值随光纤分布的影响  36-40
    3.3.3 利用平均法来消除噪声对光电流值随光纤分布的影响  40-47
  3.4 OTDR系统MATLAB仿真  47-58
    3.4.1 无噪声时,温度变换对光电流值随光纤分布的影响  47-51
    3.4.2 有噪声时,温度变换对光电流值随光纤分布的影响  51-54
    3.4.3 利用平均法来消除噪声对光电流值随光纤分布的影响  54-58
  3.5 本章小结  58-59
第四章 OFDR的限制因素  59-62
  4.1 光源相位噪声和相干性的限制  59-60
  4.2 光源扫频非线性的限制  60
  4.3 光波的极化限制  60-61
  4.4 本章小结  61-62
第五章结束语  62-63
参考文献  63-65
作者简历及在研期间所取得的科研成果  65

基于OFDR的分布式光纤传感技术的研究

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