增益包络探测方法提高BOTDA的性能研究

摘要

高空间分辨率是BOTDA技术的研究重点方向之一。增益包络探测方法是在差分脉冲技术基础上提出的，其空间分辨率决定于脉冲下降沿的宽度，而非脉宽控制。论文以50km传感距离的BOTDA系统为目标，探索研究基于GPT-BOTDA的温度和应变传感性能。主要内容和创新点包括：
　　在布里渊频移和强度与温度和应变的对应关系理论基础上，推导了描述单光源BOTDA传感系统布里渊信号的受激布里渊散射(SBS)瞬态耦合波方程和稳态耦合波方程。重点讨论了系统的空间分辨率、温度和应变传感灵敏度、测量时间等性能参数。研究了增益包络探测方法：运用稳态耦合波方程推导了短距离(<1km)和中等距离(20km-50km)传感光纤的GPT-BOTDA传感系统的信号特征和解调原理，并讨论了GPT信号实验数据的差分处理方法。
　　设计并计算了基于单光源、传感距离50km、厘米级空间分辨率的GPT-BOTDA分布式传感系统的空间分辨率、温度和应变传感分辨率、测量时间。重点讨论了GPT传感信号的特点、温度和应变传感信号的频谱特征以及脉冲下降沿包络对空间分辨率的影响。搭建系统实验实现GPT-BOTDA系统的温度和应变测量。得到温度和应变灵敏度分别为1.17MHz/℃和0.046MHz/με；温度和应变传感分辨率为6.1℃和209με。获得GPT-BOTDA系统的空间分辨率为50cm，达到亚米级空间分辨率。对比理论仿真结果，温度和应变灵敏度误差分别2.5％和4.2%。
　　论文探索研究GPT技术用于单光源的中等距离BOTDA传感系统，以50km和亚米级空间分辨率为目标，实验实现了50km传感距离和50cm空间分辨率下对温度和应力的分布式检测。

目录

声明

第1章 绪论

1.3 BOTDA技术的发展

1.4 论文的研究目的与研究内容

第2章 增益包络追迹技术提升系统精度的理论研究

2.1 布里渊光时域分析技术的传感原理

2.2 差分脉冲对技术

2.3 增益包络追迹技术原理

2.4 本章小结

第3章 GPT-BOTDA传感系统设计

3.2 GPT-BOTDA系统器件选择与调试

3.3 GPT-BOTDA性能参数分析与优化

3.4 传感器性能的理论仿真结果和讨论

3.5 传感系统的信号处理与信噪比改善

3.6 本章小结

第4章 中等距离GPT-BOTDA的传感实验

4.1 GPT-BOTDA系统参数设置与预备实验

4.2 温度实验及其实验结果与分析

4.3 应变实验及其实验结果与分析

4.4 空间分辨率实验研究与分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发布论文与专利