【摘 要】
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分布式光纤传感技术由于其抗干扰能力强、维护方便等优点在光纤传感领域受到了广泛关注和研究。基于布里渊光时域反射（Brillouin optical time domain reflectometry,BOTDR）的分布式光纤传感系统因其具有良好的应变和温度测量精度,已发展成为光纤传感领域的重要技术。本文基于传统的BOTDR实验系统,通过引入非平衡M-Z干涉仪结构将布里渊频移量的变化转化为干涉仪输出光
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分布式光纤传感技术由于其抗干扰能力强、维护方便等优点在光纤传感领域受到了广泛关注和研究。基于布里渊光时域反射（Brillouin optical time domain reflectometry,BOTDR）的分布式光纤传感系统因其具有良好的应变和温度测量精度,已发展成为光纤传感领域的重要技术。本文基于传统的BOTDR实验系统,通过引入非平衡M-Z干涉仪结构将布里渊频移量的变化转化为干涉仪输出光的相位变化,通过相位解调方法提取相位信息得到布里渊频移的变化,结合布里渊频移与应变及温度的关系实现分布式传感。为解决现有信号解调方法的缺陷,本文提出了三种相位解调算法。主要的研究内容包括:（1）提出了一种改进的双径微分交叉相乘法。传统的DCM（Differential and Cross Multiplying）方法解调得到的相位信息会存在失真现象,通过在传统DCM算法基础上加入了归一化以及数学运算,消除了传统算法中信号的交流分量、初相位等因素对解调结果的影响。分别使用传统DCM方法及改进后的DCM方法进行了解调仿真实验,结果表明改进的算法有更好的解调准确性以及优越的抗噪性能。（2）设计了一种新型的相位解调算法。将信号进行加减运算得到一组相互正交信号,结合数学运算能直接得到待解调相位信号,该新型算法提高了相位解调的准确性。对提出的新型算法进行了相位解调仿真,结果表明该算法有较好的噪声抑制效果,能准确地得到相位解调信息,能够有效地应用于布里渊光纤振动传感系统。（3）设计了一种新型结构的相位解调算法。提出将传统PGC（Phase Generated Carrier）算法结合2×2耦合器,得到一种新型结构的解调算法,并将该新型算法应用于布里渊光纤振动传感系统来实现相位解调。理论分析了传统PGC解调算法以及新型结构相位解调算法的原理,并分别使用两种算法进行了解调仿真实验,结果证实了设计的新型相位解调算法的有效性,该方法提高了传统PGC算法在其他工程系统上的应用价值。分别对传统PGC算法及新型结构解调算法进行了调制深度分析,结果表明设计的新型结构算法消除了传统PGC算法的调制深度对解调结果的影响。
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