基于数字光频梳和多泵浦脉冲的超快速BOTDA传感系统

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：基于数字光频梳和多泵浦脉冲的超快速BOTDA传感系统Ultra-fastBOTDAsensingsystembasedondigitalopticalfrequencycombandmultiplepumppulses作者姓名：梁梓豪指导教师姓名及学位、职称：刘伟平，博士，教授学科、专业名称：通信与信息系统学位类型：学术学位论文提交日期：论文答辩日期：答辩委员会主席：论文评阅人：学位授予单位和日期：暨南大学硕士学位论文摘要基于布里渊光时域分析（BOTDA）的传感技术具有长距离、连续分布式的测量特点，其可在几十公里的光纤上提供高精度的温度和应力传感，特别适用

2、于一些大型土木工程和建筑物的结构健康监测。对于传统的BOTDA技术，由于在传感过程中需要通过频率扫描来获得布里渊增益谱（BGS）和布里渊频移（BFS），其测量时间一般较长。随着学者们的不断深入研究，BOTDA技术正朝着更快测量速度等方向一直发展，而可实现动态测量的快速BOTDA传感技术已引起了广泛的关注。针对传统BOTDA技术测量时间长的问题，本文在对不同BOTDA技术进行研究的基础上，首次结合数字光频梳（DOFC）和多泵浦脉冲，提出了一个超快速BOTDA传感系统。在不需扫频的情况下，本文传感系统能快速获得传感所需的BGS和BFS分布，极大地缩短了系统的测量时间；而传感系统的空间分辨率可在不降

3、低探测精度的条件下，得到成倍的提高。通过相关理论分析、具体系统搭建，和相应实验测试，本文的传感系统得到的研究成果如下：1、本文提出的传感系统在10km传感光纤上可同时获得0.1ms的测量时间和12.5m的空间分辨率，其中12.5m的空间分辨率是目前同类型技术中所能达到的最高指标。2、在获得上述两项指标的前提下，本文传感系统关于温度和应力的探测精度分别是1.6°C和44με，相应的测量最大偏差分别是0.3°C和小于10με。与同类型技术相比，本文传感系统能提供更高精度的温度和应力探测。3、基于超快速响应特性，本文传感系统能实现振动频率达到1.2kHz的动态测试。以上结果表明，本文所提出的基于DO

4、FC和多泵浦脉冲的BOTDA传感系统可实现长距离、高精度和超快速的传感，其有望成为未来实时动态测量的关键技术之一。关键词：布里渊光时域分析；数字光频梳；多泵浦脉冲；空间分辨率；探测精度；超快速传感I暨南大学硕士学位论文ABSTRACTThesensingtechnologybasedonBrillouinopticaltimedomainanalysis(BOTDA)hasthecharacteristicsoflongdistance,continuousanddistributedmeasurement.Itcanprovidehighprecisiontemperatureandstra

5、insensingonthefiberofdozensofkilometers,whichmeansthattheBOTDAsensingtechnologyisespeciallysuitableforstructuralhealthmonitoringofsomelargecivilengineeringandbuildings.FortheconventionalBOTDAtechnology,becauseoftheneedforfrequencyscanningtoobtaintheBrillouingainspectrum(BGS)andtheBrillouinfrequencys

6、hift(BFS)inthesensingprocess,thetimeofmeasurementisgenerallylong.Withthecontinuousin-depthstudyofscholars,theBOTDAtechnologyisdevelopingtowardsfastermeasurementspeedandotherdirections,andthefastBOTDAsensingtechnologythatcanrealizedynamicmeasurementhasattractedwideattention.Aimingatthelongmeasurement

7、timeoftheconventionalBOTDAtechnology,andbasedontheresearchofdifferentBOTDAtechnologies,anultra-fastBOTDAsensingsystembasedondigitalopticalfrequencycomb(DOFC)andmultiplepumppulsesisproposedforthefirstt