發(fā)布時間：2019-09-28 06:41

【摘要】：相位敏感型光時域反射儀(Φ-OTDR)利用光脈沖在光纖中產(chǎn)生的瑞利散射效應(yīng),可實時感知光纖鏈路上每一點的微小擾動,在周界安防、地震波檢測、管道安全監(jiān)測等應(yīng)用領(lǐng)域具有非常突出的優(yōu)勢。傳感距離是分布式光纖傳感系統(tǒng)非常重要的一項技術(shù)指標(biāo),傳感光纖中信號光強(qiáng)度隨著光纖長度的延長呈指數(shù)衰減(傳感距離每增加1km,經(jīng)過往返后的信號光強(qiáng)度下降約0.4dB),因而傳感距離受到了極大的限制。為了延伸Φ-OTDR等分布式光纖傳感系統(tǒng)的傳感距離,人們研究了各種不同的光放大方式,取得很多有價值的成果。本文提出了一種新型的分區(qū)型分布式放大(HDA)方案,結(jié)合使用了三種不同的泵浦方式,把Φ-OTDR的傳感距離延長到了175km(往返光纖損耗約為70dB):基于隨機(jī)光纖激光的二階拉曼泵浦主要為整個傳感光纖的前一半提供放大作用,然后反向傳播的布里淵泵浦為接下來的50km光纖中探測脈沖光提供了主導(dǎo)性的放大作用,最后余下的約37km光纖中的信號光則主要由一階拉曼泵浦來放大。需要特別指出的是,一階拉曼泵浦的另一個作用是把布里淵泵浦能量從整個傳感光纖的遠(yuǎn)端推向近端。在本文中,為了分析采用HDA方案的OTDR,建立了數(shù)值理論模型進(jìn)行仿真分析。然后,結(jié)合使用HDA技術(shù)及外差探測技術(shù),搭建了一套Φ-OTDR實驗系統(tǒng),將系統(tǒng)傳感距離達(dá)到了創(chuàng)世界紀(jì)錄的175km,空間分辨率為25m,驗證了HDA技術(shù)的有效性。Φ-OTDR等分布式光纖傳感系統(tǒng)中所需要提供給聲光驅(qū)動器的信號為數(shù)字脈沖信號,而市面上的商用信號發(fā)生器往往并無針對性設(shè)計,功能過于繁雜但是窄脈沖輸出能力較弱、二次開發(fā)復(fù)雜、價格高昂。針對分布式光纖傳感系統(tǒng)的特殊需求,本文設(shè)計了一塊以FPGA為核心的數(shù)字脈沖信號發(fā)生卡。給出了硬件電路設(shè)計方案,并基于MFC開發(fā)了一個簡易的上位機(jī)程序用于控制電路板卡產(chǎn)生數(shù)字脈沖信號的脈沖寬度、周期等參數(shù)。該板卡輸出脈沖最窄寬度可達(dá)20ns,性價比極高。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN253

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本文編號：2543169