脉冲预泵浦瑞利botda传感系统分析与设计

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5、.C:.39ThesisfortheMasterDegreeAnalysisandDesignofPulsedPre-pumpRayleighBOTDASensingSystemCandidate：LiTingSupervisor：Prof.LiYongqianSchool：SchoolofElectricalandElectronicEngineeringDateofDefence：March,2016Degree-Conferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity华北电

6、力大学硕士学位论文摘要本文在阐述国内外布里渊分布式光纤传感技术研究现状的基础上，论述了光纤内部自发布里渊散射和受激布里渊散射的作用机理，根据受激布里渊散射的作用机理，着重分析了其瞬态耦合波方程。首先介绍了脉冲预泵浦瑞利布里渊光时域分析(PPPR-BOTDA)分布式传感系统的原理。利用时间有限差分法对PPPR-BOTDA系统中SBS瞬态耦合波方程组进行了解析并得到了拟合后的数值解，得出了传感脉冲光场、瑞利散射光场和声波场三场的幅值特性。之后采用频域法解析了PPPR-BOTDA系统中SBS瞬态耦合波方程组，并利用Matlab对该系统进行了

7、仿真。当传感脉冲小于声子寿命时，布里渊散射谱急剧展宽且谱峰功率大幅度降低。仿真研究表明阶梯脉冲使布里渊谱宽变窄，而脉冲预泵浦技术能够同时提高系统的空间分辨率和频移测量精度，实现了布里渊散射信号的谱域整形；通过时频变换推导了脉冲预泵浦瑞利BOTDA系统中空间分辨率下频域布里渊谱特性的时域增益表达式；分析了累积整条光纤后的增益对瑞利散射光功率的影响特性，实现了布里渊散射信号的时域整形，减小了非本地效应。最后设计了PPPR-BOTDA传感系统的实验方案，重点设计并搭建了串联两个电光调制器生成调制阶梯脉冲光的实验模块。实验结果验证了阶梯脉冲光

8、子系统实验方案的可行性。结果表明，当用微波信号源和阶梯脉冲发生器调制时分别将电光调制器的工作点偏置在传输曲线的正线性点和谷点，并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度和调制指数，可获得满足PPPR-B