光頻域反射計（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）因其高空間分辨率、高靈敏度、以及高傳感精度等優(yōu)勢在結構健康監(jiān)測等方面得到了廣泛的應用�？烧{諧激光器是OFDR的關鍵器件,其掃頻線性度和掃頻范圍影響了系統的空間分辨率。可調諧激光器一般都存在非線性掃頻現象,導致OFDR的空間分辨率下降,解決這一問題是提高OFDR系統性能的關鍵。所以本文對補償激光器的非線性調諧效應進行了研究,以提高系統的空間分辨率。本文具體工作內容如下:首先研究了非均勻傅里葉變換（Non-Uniform Fourier Transform,NUFFT）方法和過零點重采樣方法對非線性調諧效應的補償效果。在NUFFT方法中,非線性的補償是基于掃頻曲線進行重采樣,所以無法實現數據采集過程中非線性的實時補償。實驗用60m延遲光纖補償155m待測光纖中的非線性,實現了0.44mm的空間分辨率;在過零點重采樣方法中,待測光纖的長度最多只能達到馬赫曾德型輔助干涉儀延遲光纖長度的1/2。實驗用200m延遲光纖補償57m待測光纖中的非線性,實現了0.156mm的空間分辨率。為了解決上述方法... 

【文章來源】：南京大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

拍頻過程MATLAB仿真結果

第二章光頻域反射技術的原理18此時得到的時域信號就不是單一周期的正弦信號。線性掃頻和非線性掃頻下的拍頻信號時域圖分別如圖2-6（a）（b）所示。為了更直觀地了解激光器非線性掃頻對信號產生的影響，將拍頻信號從時域變換到頻域，得到圖2-6（c）（d）所示的結果。其中（c）圖表示線性掃頻時拍頻信號頻譜圖，反射峰對應一個單一頻率，有著較高的空間分辨率；（d）圖表示非線性掃頻時拍頻信號頻譜圖，可以看出頻譜出現了展寬現象，導致系統空間分辨率下降，無法對光纖中的反射點進行精確定位。因此，為了能夠對光纖上的反射點進行精確定位，必須要補償激光器的非線性調諧效應。圖2-6拍頻時域信號和頻域信號。（a）線性掃頻下的拍頻信號時域圖；（b）非線性掃頻下的拍頻信號時域圖；（c）線性掃頻下的拍頻信號頻譜圖；（d）非線性掃頻下的拍頻信號頻譜圖2.4本章小結本章首先介紹了基于光外差探測的光頻域反射技術的理論模型，并對拍頻過程進行了MATLAB仿真，通過模擬兩列光波拍頻過程，得到拍頻頻率大小等于兩疊加光波的頻率之差。然后分析了OFDR中的關鍵器件——可調諧激光器，討論了它的線寬、掃頻線性度及掃頻范圍等性能與OFDR的性能之間的關系；推導出OFDR的理論空間分辨率主要由激光器的掃頻范圍決定；重點分析了激光器的非線性調諧效應對系統性能的影響。x(t)x(t)ttffX(f)X(f)(a)(b)(c)(d)

第三章傳統的非線性調諧效應補償方法19第三章傳統的非線性調諧效應補償方法激光器輸出非線性掃頻信號時，得到的拍頻信號頻譜被展寬，導致系統的空間分辨率變差。為了提高系統的空間分辨率，我們的目標是實現等頻率間隔采樣，進行激光器的非線性調諧效應補償，這是提高OFDR的空間分辨率、傳感范圍和傳感性能的關鍵技術。本章分析了非均勻傅里葉變換和過零點重采樣兩種補償非線性的方法，并進行了MATLAB仿真及實驗。3.1實驗系統結構介紹根據1.2.2節(jié)的介紹，光頻域反射技術是基于調頻連續(xù)波技術實現的，可以通過搭建馬赫曾德干涉儀或邁克爾遜干涉儀結構來實現光外差探測。由于激光器存在非線性調諧效應，故而引入輔助干涉儀結構，與主干涉儀信號進行同步采集，體現相同的激光器非線性變化，以對主干涉儀待測信號進行非線性補償。實驗系統結構如圖3-1所示，采用的是輔助干涉儀+主干涉儀的結構形式，其中主干涉儀連接待測光纖得到測量信號，輔助干涉儀產生參考信號用于對主干涉儀信號的非線性補償。圖3-1OFDR的系統結構圖實驗中所使用的可調諧激光器型號是LUNA公司的Phoenix1400HS，該激光器的掃頻范圍可從1515nm到1565nm，最大能夠達到50nm的波長掃頻范圍，掃頻速率可以實現1-100nm/s，輸出功率的范圍是6-10mW。激光器發(fā)出的連續(xù)

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]幾種改進OFDR性能方法的提出及驗證[D]. 丁振揚.天津大學 2013

碩士論文
[1]OFDR光纖傳感技術在復合材料非均勻應變測量中的研究[D]. 李化軍.武漢理工大學 2017
[2]基于OFDR的分布式光纖振動傳感器研究[D]. 熊竹.電子科技大學 2016
[3]光頻域反射儀的平衡混頻式偏振分集光外差相干接收技術研究[D]. 王維康.上海交通大學 2015
[4]光纖光柵傳感OFDR解調關鍵技術研究[D]. 鄧勝強.電子科技大學 2015
[5]全光信號處理輔助的高空間分辨率OFDR技術研究[D]. 許聃.上海交通大學 2015
[6]二維應變場測量的光纖光柵傳感理論與實驗研究[D]. 樊鵬.武漢理工大學 2013



本文編號：3350272