【摘 要】
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分布式光纤传感技术以光纤作为传感单元与传输媒介,具有传输距离远、抗电磁干扰能力强,能够较全面地获取监测目标体参数信息的特点,可实现长期在线分布式监测,适用于实时监测大型建筑,具有广泛的应用场景。在分布式光纤传感技术中,基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射仪（BOTDR）可以同时检测温变和应变信息,且其单端测量结构简单,具有很大的研究价值。针对已有方案中电光调制器工作点不稳定、消光比低等问题,可通过
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分布式光纤传感技术以光纤作为传感单元与传输媒介,具有传输距离远、抗电磁干扰能力强,能够较全面地获取监测目标体参数信息的特点,可实现长期在线分布式监测,适用于实时监测大型建筑,具有广泛的应用场景。在分布式光纤传感技术中,基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射仪（BOTDR）可以同时检测温变和应变信息,且其单端测量结构简单,具有很大的研究价值。针对已有方案中电光调制器工作点不稳定、消光比低等问题,可通过采用一种基于半导体光放大器（SOA）脉冲调制方案,提高系统信噪比。同时,由于自发布里渊散射信号十分微弱,采用累加平均降噪的方法虽然可以提高系统信噪比,但耗时长。因此,本文提出一种基于提升小波阈值联合累加平均的降噪方案。通过理论推导,仿真分析和实验测试三个方面,验证该系统的可行性与有效性。并根据系统模块化设计思想,进行样机的研制与组装,本论文主要研究内容及创新点如下:首先,介绍了 BOTDR技术的发展现状及目前存在的问题,分析光纤中自发布里渊散射的产生及传感机理,并对布里渊散射信号进行仿真验证,为BOTDR样机的研制提供理论指导。其次,针对系统信噪比、空间分辨率、测量时间及测量精度等BOTDR样机的性能指标,设计基于微波外差相干检测方案,在光路及信号检测与采集部分进行关键器件的选型。针对已有方案中存在的问题,如电光调制器工作点容易漂移,消光比低等缺点,本文提出一种基于SOA脉冲调制的测量方案。再次,采用基于短时傅里叶变换的解调方案,减少BOTDR样机的测量时间,提高系统测量速度。通过分析时域累加平均降噪与频域累加平均降噪方案,本文提出一种基于提升小波阈值联合累加平均降噪方案,进一步提升系统的信噪比与测量距离。最后,基于微波外差相干检测技术的实验方案,本文采用模块化设计思想,研制一台布里渊光时域反射仪并进行测温实验。
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