本文關(guān)鍵詞：脈沖預(yù)泵浦瑞利BOTDA傳感系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

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【摘要】：本文在闡述國內(nèi)外布里淵分布式光纖傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,論述了光纖內(nèi)部自發(fā)布里淵散射和受激布里淵散射的作用機(jī)理,根據(jù)受激布里淵散射的作用機(jī)理,著重分析了其瞬態(tài)耦合波方程。首先介紹了脈沖預(yù)泵浦瑞利布里淵光時(shí)域分析(PPP R-BOTDA)分布式傳感系統(tǒng)的原理。利用時(shí)間有限差分法對PPP R-BOTDA系統(tǒng)中SBS瞬態(tài)耦合波方程組進(jìn)行了解析并得到了擬合后的數(shù)值解,得出了傳感脈沖光場、瑞利散射光場和聲波場三場的幅值特性。之后采用頻域法解析了PPP R-BOTDA系統(tǒng)中SBS瞬態(tài)耦合波方程組,并利用Matlab對該系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。當(dāng)傳感脈沖小于聲子壽命時(shí),布里淵散射譜急劇展寬且譜峰功率大幅度降低。仿真研究表明階梯脈沖使布里淵譜寬變窄,而脈沖預(yù)泵浦技術(shù)能夠同時(shí)提高系統(tǒng)的空間分辨率和頻移測量精度,實(shí)現(xiàn)了布里淵散射信號的譜域整形;通過時(shí)頻變換推導(dǎo)了脈沖預(yù)泵浦瑞利BOTDA系統(tǒng)中空間分辨率下頻域布里淵譜特性的時(shí)域增益表達(dá)式;分析了累積整條光纖后的增益對瑞利散射光功率的影響特性,實(shí)現(xiàn)了布里淵散射信號的時(shí)域整形,減小了非本地效應(yīng)。最后設(shè)計(jì)了PPP R-BOTDA傳感系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案,重點(diǎn)設(shè)計(jì)并搭建了串聯(lián)兩個(gè)電光調(diào)制器生成調(diào)制階梯脈沖光的實(shí)驗(yàn)?zāi)K。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了階梯脈沖光子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案的可行性。結(jié)果表明,當(dāng)用微波信號源和階梯脈沖發(fā)生器調(diào)制時(shí)分別將電光調(diào)制器的工作點(diǎn)偏置在傳輸曲線的正線性點(diǎn)和谷點(diǎn),并根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的組成和性能指標(biāo)要求選擇合適的微波調(diào)制信號幅度和調(diào)制指數(shù),可獲得滿足PPP R-BOTDA系統(tǒng)要求的瑞利散射連續(xù)光和傳感脈沖泵浦光。
【關(guān)鍵詞】：瑞利布里淵光時(shí)域分析 脈沖預(yù)泵浦 SBS瞬態(tài)耦合波方程 性能分析
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 引言10
• 1.2 分布式光纖傳感技術(shù)10-12
• 1.2.1 基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)10-11
• 1.2.2 基于BOTDA的分布式光纖傳感技術(shù)11
• 1.2.3 基于瑞利BOTDA的分布式光纖傳感技術(shù)11-12
• 1.3 BOTDA光纖傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 光纖中的布里淵散射及其耦合波方程15-21
• 2.1 光纖中的布里淵散射15-17
• 2.1.1 自發(fā)布里淵散射16
• 2.1.2 受激布里淵散射16-17
• 2.2 受激布里淵散射的耦合波方程17-20
• 2.2.1 SBS穩(wěn)態(tài)耦合波方程18
• 2.2.2 SBS瞬態(tài)耦合波方程18-20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 第3章 脈沖預(yù)泵浦瑞利BOTDA傳感系統(tǒng)建模與解析21-31
• 3.1 系統(tǒng)原理21-23
• 3.2 系統(tǒng)組成23
• 3.3 脈沖預(yù)泵浦瑞利BOTDA系統(tǒng)時(shí)域分析23-28
• 3.3.1 階梯光脈沖模型24
• 3.3.2 脈沖預(yù)泵浦瑞利BOTDA系統(tǒng)時(shí)域模型24-28
• 3.3.2.1 系統(tǒng)理論建模25
• 3.3.2.2 時(shí)間有限差分法25-28
• 3.4 仿真結(jié)果與分析28-30
• 3.4.1 時(shí)域數(shù)值解28-29
• 3.4.2 波場幅值擬合方程29-30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 第4章 脈沖預(yù)泵浦瑞利BOTDA傳感系統(tǒng)仿真分析31-39
• 4.1 脈沖預(yù)泵浦瑞利BOTDA系統(tǒng)頻域分析31-36
• 4.1.1 SBS瞬態(tài)耦合波方程的頻域解法31-33
• 4.1.2 布里淵散射譜理論分析33-34
• 4.1.3 仿真分析34-36
• 4.2 時(shí)域增益分析36-38
• 4.2.1 空間分辨率下的時(shí)域增益36-37
• 4.2.2 傳感光纖長度下的時(shí)域增益37-38
• 4.3 本章小結(jié)38-39
• 第5章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析39-47
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)39-40
• 5.2 階梯脈沖光產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)40-43
• 5.2.1 脈沖預(yù)泵浦瑞利BOTDA系統(tǒng)中EOM調(diào)制原理40-41
• 5.2.2 階梯脈沖光模塊設(shè)計(jì)41-43
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析43-46
• 5.4 本章小結(jié)46-47
• 第6章 總結(jié)與展望47-49
• 6.1 總結(jié)47-48
• 6.2 展望48-49
• 參考文獻(xiàn)49-52
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果52-53
• 致謝53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：516099