窦蓉蓉-基于快速傅里叶变换的分布式光纤布里渊散射传感系统

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1、基于快速傅里叶变换的分布式光纤布里渊散射传感系统窦蓉蓉*路元刚王峰张旭苹*基金项目：国家自然科学基金（60644001）资助项目*作者简介：窦蓉蓉，女，现为南京大学光通信工程研究中心硕士研究生。研究方向为基于布里渊散射的光纤传感系统的数据处理与分析。E-mail:jsjddrr@gmail.com**通信作者：张旭苹，女，教授，博士生导师。主要研究方向为：光通信网络的监测与故障定位、分布式光纤传感技术、光通信系统关键器件与组件。E-mail:xpzhang@nju.edu.cn*（南京大学光通信工程研究中心南京210093）摘要：基于布里渊散射的光纤传感技术是目前光纤传感技术中引人注

2、目的传感技术，它利用光纤中的布里渊散射光频移与温度和应变呈线性关系来实现温度与应力的传感。本文提出基于快速傅里叶变换（FFT）的数据采集与信号处理方法，采用了高速A/D一次性获取整个布里渊散射谱带宽范围内的时域信号，再基于高效的FFT算法获得整个传感光纤上的布里渊散射频谱信息，从而实现快速高效的分布式应变或温度传感。基于这种方法，设计并实现了基于快速傅里叶变换的分布式光纤布里渊散射传感系统。该传感系统的温度测量实验结果表明，基于快速傅里叶变换的分布式光纤布里渊散射传感系统，在实现较高的温度测量精度与空间分辨率的同时，还能实现快速测量。关键词：分布式光纤传感；布里渊散射；快速傅里叶变换

3、；微波电光调制中图分类：TP212文献标识码：A国家标准学科分类与代码：140.3035DistributedOpticalFiberSensingSystembasedonBrillouinscatteringUtilizingFFTsignalprocessingmethodDouRongrong，LuYuangang，WangFeng，ZhangXuping（InstituteofOpticalCommunicationEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210093,China）Abstract:Opticalfibersensingte

4、chniquebasedonBrillouinscatteringhasbeenregardedasaattractivesensingmechanismforadistributedtemperatureorstrainmeasurementincivilstructuresandmaterialswiththelineardependencyoftheBrillouinfrequencyonthetemperatureorstrainvariation.Inthispaper,anoveldatasamplingandprocessingmethodbasedonFastFour

5、ierTransform(FFT)isproposed.Ahigh-speedA/DconverterisusedtosamplethewidebandBrillouinscatteredsignalswhicharederivedfromcoherentheterodynedetection.TheBrillouinbackscatteredspectrumcanbegainedwithhighefficiencybyFFT.TheFFT-basedBrillouinscatteringdistributedopticalfibersensingsystemisdesignedan

6、drealized.Inthetemperaturemeasurementbythedesignedsystem,theexperimentalresultsshowthattheFFT-basedBrillouin-DOFScannotonlymeasuretemperaturewithaccurateandhighspatialresolution,butalsorealizefastmeasurementaswell.Keywords:DistributedOpticalFiberSensor(DOFS);BrillouinScattering;FFT;MicrowaveEle

7、ctro-opticalModulation1引言分布式光纤布里渊散射传感系统是目前长距离分布式光纤传感系统（DOFS）中最具实际应用前景的一种。其中，由于基于布里渊散射的光时域反射技术（BOTDR）具有单端测量的特点，在实际应用中更易实现，应用前景广泛。由于布里渊散射谱具有较大的半峰全宽，目前通常使用的布里渊散射谱探测方法，是依次获得布里渊散射谱中各频率点对应的传感光纤各位置处的功率，将这些频率点处的功率分布组成一个完整的三维布里渊散射谱，通过对该三维频