基于COTDR的温度应变传感技术研究.pdf

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4、heMasterDegreeResearchontheTemperatureandStrainSensingTechnologyBasedonCOTDRCandidate：WangYueSupervisor：Prof.LiYongqianSchool：SchoolofElectricalandElectronicEngineeringDateofDefence：March,2015Degree-Conferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity华北电力

5、大学硕士学位论文摘要本文综述了国内外分布式传感技术的发展现状，并对相干光时域反射计(COTDR)在温度/应变传感领域的应用研究进行了详细地阐述。理论分析了基于COTDR的温度/应变传感机理，实验验证了后向瑞利散射曲线的可重复性和可恢复性。针对单频COTDR入纤功率低、系统信噪比低、测量误差较大等问题，提出了基于多频COTDR的温度/应变测量方案，并通过理论分析和MATLAB仿真证明了该方案的可行性及优越性。仿真结果表明，相比于单频COTDR，基于多频COTDR的温度/应变传感系统可有效地提高传感光纤的受激布里渊散

6、射阈值，增大系统信噪比，降低系统测量误差，在150m传感光纤上达到了温度测量误差0.005℃、应变测量误差0.004με、空间分辨率1m的性能指标。针对COTDR的探测脉冲在传感光纤中传输时的色散问题，理论分析了单模光纤中色散对于脉冲宽度的影响，数学推导了色散对于COTDR系统性能的影响公式，利用MATLAB仿真了无啁啾三阶超高斯脉冲在单模光纤中传输时的波形变化，以此分析色散对矩形探测脉冲在传感光纤中传输时脉冲宽度的影响。仿真结果表明，无初始啁啾超高斯脉冲注入单模光纤后脉冲波形将不再保持单峰结构，而是经历一个从近

7、平顶到多峰再到单峰的演变过程；脉冲宽度在色散的作用下将经历一个先窄化后变宽的过程，色散对ns级宽度的脉冲展宽很小，对单频COTDR和多频COTDR传感系统性能的影响非常微弱。关键词：分布式光纤传感；相干光时域反射计；多频光源；光纤色散；脉冲宽度I华北电力大学硕士学位论文AbstractInthisthesisthedevelopmentstatusofthedistributedopticalfibersensingtechnologyhavebeensummarizedandthedistributedtemp

8、eratureorstrainmeasurementbasedoncoherentopticaltimedomainreflectometer(COTDR)isintroducedindetail.ThesensingmechanismofCOTDRisanalyzedtheoreticallyandthereproductivityandrestorabilityoft