【摘 要】
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分布式光纤传感是一种独特且具有广泛应用前景的传感技术,测量的是工程应用中常见的温度、应变和振动等物理量信息。分布式光纤温度传感一般利用的是非线性光纤散射(如拉曼、布里渊散射),受限于散射强度和温度敏感性,难以实现长距离(100km)高分辨率(小于0.1℃)的分布式温度传感。光频移扫描的相干光时域反射计(Coherent-Optical Time Domain Reflectometer,COTDR
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分布式光纤传感是一种独特且具有广泛应用前景的传感技术,测量的是工程应用中常见的温度、应变和振动等物理量信息。分布式光纤温度传感一般利用的是非线性光纤散射(如拉曼、布里渊散射),受限于散射强度和温度敏感性,难以实现长距离(100km)高分辨率(小于0.1℃)的分布式温度传感。光频移扫描的相干光时域反射计(Coherent-Optical Time Domain Reflectometer,COTDR)利用温度对后向瑞利散射光相位的调制特性,通过对温度变化前后COTDR互相关函数峰值定位,可实现高分辨率、长距离的分布式光纤温度传感。对于光频移扫描COTDR系统,由于光纤衰减,光纤末端信噪比低,难以有效检测温度。针对该问题,一方面设计并分析了中继放大装置,用来分布式放大传感信号。另一方面用光脉冲调制器级联提高消光比,降噪数据处理技术改善检测信号信噪比。实验中,将COTDR系统传感距离延伸至110km,检测到0.0075℃温度变化。光频移扫描COTDR的系统实现中,光频率扫描存在一次扫描范围的限制,光频移扫描COTDR系统温度检测范围和系统所能检测的最小温度变化是相互制约的。利用温度变化前后两次扫描频率曲线的互相关特性,及其与温度变化量的对应关系,提出光频率扫描扩展方案,扩展温度检测范围而不损害最小可测温度,理论分析与实验结果证明其有效性。研究基于后向瑞利散射统计特性的光频移扫描COTDR互相关函数拟合模型,传感信号处理结果经拟合后,可得到更精确的温度变化量。
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