【摘要】：隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展,電氣設(shè)備作為電力系統(tǒng)和工廠生產(chǎn)的基礎(chǔ)單元,由于在運行過程中會受到各種因素的影響,其性能逐漸老化進(jìn)而會出現(xiàn)故障,從而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會影響,因此電氣設(shè)備的在線監(jiān)測對于保障經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重要意義。本文提出的具有單端工作、結(jié)構(gòu)簡單、在光纖發(fā)生斷裂時仍然能夠進(jìn)行檢測等優(yōu)勢的單端布里淵光時域分析(BOTDA)技術(shù)可實現(xiàn)電氣設(shè)備的實時監(jiān)測。分析了基于瑞利散射和菲涅爾反射的單端BOTDA系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)特性;提出了基于多波長光源和脈沖編碼的單端BOTDA系統(tǒng)性能提升方法,并對脈沖編碼位數(shù)進(jìn)行了最佳化設(shè)計;研究了相干瑞利噪聲的降噪方法,提出了基于波長掃描-平均的單端BOTDA系統(tǒng)的降噪方案;提出了單端矢量BOTDA動態(tài)應(yīng)變測量技術(shù),以及提升動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)性能指標(biāo)的有效方法;上述研究為電氣設(shè)備的高準(zhǔn)確度的實時在線監(jiān)測提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。本文取得的主要研究成果如下:1)建立了基于光纖背向瑞利散射和光纖末端菲涅爾反射的單端BOTDA系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,對單端BOTDA系統(tǒng)的閾值特性進(jìn)行了理論和實驗研究;根據(jù)布里淵頻移與溫度的關(guān)系對單端BOTDA系統(tǒng)的溫度傳感特性進(jìn)行了理論和實驗研究;建立了單端BOTDA系統(tǒng)的矢量受激布里淵散射(SBS)數(shù)學(xué)模型,得到了增益型和損耗型SBS的幅度譜和相移譜的表達(dá)式,為后續(xù)單端BOTDA傳感技術(shù)的性能提升奠定了理論和實驗基礎(chǔ)。2)針對單端BOTDA傳感技術(shù)存在的信號小、噪聲大的問題,提出了基于多波長激光光源的單端BOTDA傳感技術(shù),分析了多波長激光光源提高基于瑞利散射的單端BOTDA系統(tǒng)光纖SBS閾值和系統(tǒng)信噪比的原理,并對光纖SBS閾值和單端BOTDA系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試;提出了基于脈沖編碼的單端BOTDA溫度傳感技術(shù),分析了 Golay互補序列原理及單脈沖和編碼脈沖系統(tǒng)的信噪比,并對基于瑞利散射的單端BOTDA系統(tǒng)和基于菲涅爾反射的單端BOTDA系統(tǒng)性能進(jìn)行了測試;對脈沖編碼單端BOTDA系統(tǒng)的最佳編碼位數(shù)進(jìn)行了理論和實驗研究;實驗結(jié)果表明多波長光源、脈沖編碼技術(shù)均可有效提高系統(tǒng)信噪比,解決系統(tǒng)空間分辨率、信噪比、測量精度之間相互制約的問題。3)為了解決單端BOTDA系統(tǒng)存在的噪聲大的問題,分析了單端BOTDA傳感系統(tǒng)中存在的噪聲,在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上將波長掃描-平均降噪方法引入單端BOTDA系統(tǒng);分析了波長掃描-平均技術(shù)降低直接檢測系統(tǒng)中相干瑞利噪聲的原理,并通過搭建基于瑞利散射的單端BOTDA直接檢測系統(tǒng)進(jìn)行驗證,實驗結(jié)果表明波長掃描-平均技術(shù)可有效降低噪聲引起的幅度波動、提升系統(tǒng)信噪比;研究了本地外差檢測中偏振衰落噪聲的影響和波長掃描-平均技術(shù)降低相干瑞利噪聲的原理,并通過搭建基于瑞利散射的單端BOTDA本地外差檢測系統(tǒng)進(jìn)行了實驗驗證;分析了自外差檢測技術(shù)降低光源頻率不穩(wěn)定性影響的原理,提出了采用自外差檢測和波長掃描-平均技術(shù)的單端BOTDA溫度測量方法,并進(jìn)行了實驗驗證。4)提出了一種單端矢量BOTDA動態(tài)應(yīng)變測量方法,從傳感原理、系統(tǒng)設(shè)計、動態(tài)應(yīng)變解析三個方面論證了方法的可行性,可實現(xiàn)高頻、快速、非本地效應(yīng)小、系統(tǒng)可靠性高的動態(tài)應(yīng)變測量;針對空間分辨率與測量精度難以同時提高的問題,提出了基于脈沖預(yù)泵浦技術(shù)的單端矢量BOTDA動態(tài)應(yīng)變測量方法,并利用平衡探測技術(shù)提升系統(tǒng)的信噪比;提出了一種基于雙邊帶結(jié)構(gòu)的單端矢量BOTDA動態(tài)應(yīng)變測量方法,其應(yīng)變靈敏度是單邊帶系統(tǒng)中應(yīng)變靈敏度的2倍,且通過Simplex編碼可提高系統(tǒng)信噪比,采用自外差檢測技術(shù)可以減小光源頻率漂移的影響。
【圖文】：

的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；在電力系統(tǒng)分立式輸電線路覆冰監(jiān)測己有較多的研究［６２溫度監(jiān)測；李成賓等提出的利用分布式布里實現(xiàn)輸電線路覆冰的分布式的在線監(jiān)測具有為了對電力電纜的溫度進(jìn)行分布式監(jiān)測，，電力電纜的溫度監(jiān)測中，獲得了邋±０．５邋°Ｃ的里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)在電力系統(tǒng)和應(yīng)變具有較好的理論和實際應(yīng)用價值。逡逑散射原理逡逑射是一種在輸入功率高于其閾值時在光纖相對于入射光均發(fā)生改變，并把絕大部分輸受激布里淵散射逡逑

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