基于布里渊自相干检测的分布式光纤振动传感技术研究

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1、４击才寺故著ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ硕壬学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ％ｆｉ论文题目基于布里渊自相干检测雜：的分布式光纤振动传感技术妍究学科专业光学工程学号２０１３２１０５０２２１作者姓名郑光浩指导教师欧中华副教授独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或

2、撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。義史終作者签名；＿＿曰期；年户月／曰论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩巧或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后

3、应遵守此规定）作者签名：屯六紙导师签名：曰期：年月曰（＜ｋ分类号密级注1UDC学位论文基于布里渊自相干检测的分布式振动传感技术研究（题名和副题名）郑光浩（作者姓名）指导教师欧中华副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学工程提交论文日期2016.04论文答辩日期2016.05学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。THERESEARCHONDISTRIBUTEDVIBRATIONFIBERSENSINGTECHNOLOGYBASE

4、DONSELF-COHERENTBRILLOUINSCATTERINGDECTECTIONAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:OpticalEngineeringAuthor:GuanghaoZhengSupervisor:ZhonghuaOuSchool:SchoolofOptoelectronicInformation摘要摘要光纤振动传感器在安防、结构和环境监测等领域有着广阔的应用前景。针对目前布里渊传感系统结构复杂，

5、成本高昂等问题，本论文提出采用基于布里渊自相干拍频信号检测的新方法，进行光纤动态双折射的测量，从而实现振动信号的测量。本论文首先研究了单模光纤中由弯曲和轴向拉伸力造成双折射变化与外界振动的关系，然后对光纤中的双折射与布里渊自相干效应关系进行了研究与仿真；对Simplex脉冲编码调制的布里渊自相干信号进行了仿真与分析；最后搭建了基于布里渊自相干检测的BOTDR系统，进行了相关的实验研究。主要内容如下：1.根据光纤中的光弹效应理论，分析了因光纤弯曲与轴向拉伸力产生的双折射的过程。建立了光纤的振动装置模型，确立了振动信号幅度、振动造成光纤中轴向拉伸

6、张力与对应位置光纤中的双折射的关系。2.基于光纤中的双折射和布里渊自相干效应等理论，通过直接探测布里渊自相干散射信号实现对光纤中拍长和双折射分布的测量。并采用Matlab对单脉冲泵浦下的系统响应与双折射测量进行了仿真。3.研究分析了Simplex码对布里渊自相干散射信号的影响，对Simplex编码提升BOTDR系统的性能进行了分析，仿真得到了不同阶数的Simplex编码调制相对单脉冲系统动态范围的提升，通过仿真不同的S矩阵编码解调下的系统响应，得到了不同阶数S矩阵编码解调下的系统信噪比。4.搭建了基于布里渊自相干检测的BOTDR实验系统，测得

7、7阶Simplex编码调制相对单脉冲调制系统动态范围提升了1.34dB，采用了7阶S矩阵编码调制解调和滑动平均处理，对光纤中的静态双折射进行测量，实现了两段弯曲半径不同光纤的平均静态双折射。然后对光纤中由振动造成的动态双折射进行了测量，实-7现了对振动点的定位，并得到了外部振动信号对测试段光纤造成了1.5410的附加双折射，验证了系统对振动检测的可行性。通过以上几方面的研究，最终实现了基于布里渊自相干检测振动的BOTDR系统，该系统结构简单、成本较低，能有效实现振动点定位，在分布式光纤振动传感技术的研究与发展中具有重要意义。关键词：双折射，

8、布里渊自相干效应，Simplex编码，光时域反射技术IABSTRACTABSTRACTOpticalfibervibrationsensorhaswideappli