为了解决基于瑞利散射的布里渊光时域分析系统(BOTDA)中传感信号受噪声干扰严重的问题, 采用2维提升小波变换算法, 将测量信号从1维空间转换到2维空间, 进行阈值降噪处理。通过理论分析和实验验证, 取得了传统小波与2维提升小波降噪数据。结果表明, 2维提升小波变换比传统小波变换信噪比提高约10dB, 运算量减少了1/3; 2维提升小波充分利用测量信号时间上的相关性, 变换结构简单、运算速度快、降噪效果优于传统小波, 适用于瑞利BOTDA系统降噪。该结果对光纤传感系统中信号降噪的研究有一定参考价值。

提出一种不受电光调制器传输曲线温度漂移现象影响的基于瑞利散射的单端布里渊光时域分析系统, 并对系统所需的合成信号及温度特性进行分析, 通过搭建单端布里渊光时域分析温度传感系统测量系统的温度特性。结果表明: 通过测量布里渊增益谱获得的布里渊频移与温度呈良好的线性关系; 由单端布里渊光时域分析温度测量系统获得的布里渊频移的温度系数为1.109MHz/℃, 与传统双端布里渊光时域分析系统获得的1.20MHz/℃具有良好的一致性, 在1.77km光纤上可实现9.5m空间分辨率的温度传感测量。

搭建了一种新型的基于瑞利散射的布里渊光时域分析(Rayleigh Brillouin optical time domain analysis, RBOTDA)传感系统。该系统工作在单端, 能克服传统 BOTDA 双端接入的缺点; 采用两个EOM并联的结构产生含有连续基底光的脉冲光, 探测光由基底连续光的瑞利散射提供, 避免了多种受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering, SBS)作用带来的干扰, 信噪比更高, 传感距离更长; 采用双边带探测方法, 有效减少泵浦脉冲的损耗与非本地效应。建模解析了该系统中的SBS作用过程, 并实验验证了系统的可行性。结果表明, 布里渊增益谱完好地贴合洛伦兹曲线, 非本地效应得到了有效的抑制; 在2.4 km光纤上, 室温25 ℃下泵浦脉宽50 ns时, 布里渊频移为10.867 GHz, 布里渊线宽约为40.21 MHz。

理论分析了瑞利BOTDA(布里渊光时域分析)传感系统的动态范围, 提出了一种采用脉冲编码技术改善系统信噪比从而增大系统动态范围的方法。研究了瑞利BOTDA系统中格雷码和Simplex码的编码和解码原理, 通过对瑞利BOTDA系统采用叠加平均法和脉冲编码法后信噪比改善量的分析对比, 阐明了脉冲编码技术在增大瑞利BOTDA系统动态范围方面的优越性, 并利用Matlab软件进行了仿真验证。仿真结果表明, 该编码技术能够明显改善系统信噪比, 增大系统的动态范围。