厘米级空间分辨率的BOTDA系统设计与仿真分析文献综述

 2024-06-19 21:41:46
摘要

分布式光纤传感技术凭借其灵敏度高、抗电磁干扰能力强、易于铺设等优势,在结构健康监测、周界安防、管道泄漏检测等领域展现出巨大的应用潜力。

其中,基于受激布里渊散射效应的布里渊光时域分析技术(BrillouinOpticalTimeDomainAnalysis,BOTDA)由于其能够实现长距离、高精度温度和应变的分布式测量而备受关注。

近年来,随着应用需求的不断提高,厘米级空间分辨率的BOTDA系统研究成为了该领域的热点和难点。

本篇论文综述了厘米级空间分辨率BOTDA系统的研究进展,首先介绍了BOTDA的基本原理和系统结构,然后重点阐述了实现厘米级空间分辨率的关键技术,包括窄脉冲信号产生与探测技术、系统噪声分析与抑制方案、以及系统参数优化与仿真分析等。

此外,还对不同厘米级空间分辨率BOTDA系统的性能进行了比较分析,并展望了其未来发展趋势。


关键词:BOTDA;厘米级空间分辨率;分布式光纤传感;窄脉冲;噪声抑制

1.引言

分布式光纤传感技术利用光纤本身作为传感器,通过测量光纤中传输的光信号的变化来感知外界环境的变化,具有传统点式传感器无法比拟的优势,例如:1.分布式测量:可以实现沿整条光纤的连续测量,无需密集部署大量点式传感器,降低了成本和维护难度;2.长距离测量:光纤本身可以传输很远的距离,因此可以实现几公里甚至几十公里的长距离测量;3.抗电磁干扰:光纤本身不受电磁干扰的影响,因此可以在强电磁干扰的环境下使用;4.耐腐蚀、耐高温:光纤材料本身具有耐腐蚀、耐高温的特性,因此可以在恶劣的环境下使用。


正因为如此,分布式光纤传感技术在结构健康监测、周界安防、管道泄漏检测、海底地震监测等领域有着广泛的应用前景。


在众多分布式光纤传感技术中,基于受激布里渊散射(StimulatedBrillouinScattering,SBS)效应的布里渊光时域分析技术(BrillouinOpticalTimeDomainAnalysis,BOTDA)由于其能够实现长距离、高精度温度和应变的分布式测量而备受关注[1-3]。

BOTDA技术的基本原理是利用泵浦光和探测光之间的受激布里渊散射效应,通过测量布里渊频移来反演光纤沿线的温度和应变信息。

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