脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统的解析模型与仿真

将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,利用由传感脉冲和经微波调制的预泵浦脉冲组成的阶梯脉冲作调制信号,通过作为探测光的时间有限的预泵浦脉冲1阶边带的瑞利散射与传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的时域整形,减小非本地效应;通过预泵浦脉冲0阶基带和传感脉冲的受激布里渊作用,实现布里渊信号的谱域整形,有效地解决空间分辨率和测量精度之间的矛盾。利用频域法求解瞬态耦合波方程,建立了阶梯脉冲光在光纤中受激布里渊作用的解析模型。仿真结果表明,当传感脉冲宽度为5 ns、峰值功率为100 m W,预泵浦脉冲宽度为50 ns、峰值功率为16 m W时,在空间分辨率0.5 m内受激布里渊散射增益在0.14 m处达到最大值,然后近似线性下降至0.37 m处,其余位置近似为零;系统布里渊散射谱宽近似为35 MHz,约为传统瑞利布里渊光时域分析系统布里渊谱宽212 MHz的1/6,在相同空间分辨率下提高了频率测量精度。

脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统的瞬态解析方法

为了解决空间分辨率和频率测量精度之间的矛盾,将脉冲预泵浦的概念引入瑞利布里渊光时域分析系统,建立了运用瞬态受激布里渊散射耦合波方程组描述该系统的数学模型。采用时域有限差分法求解了瞬态受激布里渊散射耦合波方程,仿真拟合了常微分方程组的时域幅值解,并实验验证了脉冲预泵浦瑞利布里渊光时域分析系统散射光功率谱和理论的一致性。结果表明,传感脉冲光、瑞利散射光和声波场三波幅值拟合方程的均方根误差可达0.003 097、0.005 717和0.020 75,沿光纤长度该系统功率谱呈现出携带布里渊信息的瑞利散射特性,可实现光纤温度和应变的传感检测。

基于双边带干涉的预泵浦布里渊光时域分析系统

为了降低布里渊频谱展宽造成的拟合误差,提出采用双边带连续光作为探测信号,并利用干涉谱进行传感。与传统的布里渊增益谱相比,所得频谱在共振频谱附近具有更窄的线宽,预泵浦温度传感中双峰拟合的误差减小,系统的频率分辨率得到了提高,从而实现高空间分辨率和高频率分辨率的基于双边带干涉的预泵浦布里渊光时域分析(BOTDA)系统。实验结果表明,利用所提方法在100 m保偏光纤上可以实现50 cm的空间分辨率和0.37 MHz的频率分辨率。与传统的单边带预泵浦系统相比,相同空间分辨率下所提系统的频率分辨率提高2倍。

基于PPP-BOTDA分布式光纤传感技术的管道健康监测应用研究

基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布式光纤传感技术已经逐渐广泛应用在各种民用、公用设备的应变与温度监测中。尤其是近年来兴起的一种新型传感技术:脉冲预泵浦布里渊光时域分析(PPP-BOTDA),通过引入预泵浦脉冲,获得了厘米级的空间分辨力。介绍了PPP-BOTDA技术的工作原理,阐述并探索研究了该新兴技术具有的优势与应用前景,并且在实验中验证了PPP-BOTDA技术在管道安全监测中的应用是可行的。

基于PPP-BOTDA分布式光纤温度传感技术的数值模拟

基于脉冲预泵浦布里渊光时域分析法的分布式光纤温度传感技术是近年来出现的一种新型温度传感技术。本文采用有限差分法对一维瞬态受激布里渊散射的耦合波方程进行了数值求解,分别模拟了传感器在不同温度情况下的布里渊散射三维频谱图,得到了布里渊散射谱的中心频率、布里渊频移以及功率随温度变化的趋势。仿真结果表明,理论模拟与实际相符,并且该传感技术具有很高的灵敏度,在结构健康监测领域有广阔的应用前景。

光纤陀螺用保偏光纤温度敏感性测试与分析

针对高精度光纤陀螺的温度敏感性问题,重点研究了光纤陀螺用保偏光纤温度性能。利用具有高空间分辨率的脉冲预泵浦光时域分析技术,测量不同温度点光纤的长度变化量,再根据光纤长度随温度的变化量与折射率温度系数的关系,给出光纤的折射率温度系数。试验共测量了8种国内和国外主流保偏光纤的折射率温度系数,测试结果显示:8种光纤折射率温度系数的最大值与最小值之间相差14%;某型国内保偏光纤与某型国外保偏光纤的折射率温度系数最小,量值基本相同。这种不同类型的保偏光纤折射率温度系数的差异与光纤纤芯的掺杂元素及掺杂浓度是直接相关的。该项测试技术可在基础材料层面提升光纤陀螺的温度性能;通过折射率温度系数测试,优选出更加适用于光纤环圈制作的保偏光纤,从而减小光纤陀螺温度Shupe效应误差,对于提高光纤陀螺的温度性能具有重要意义。