● 摘要
布里渊分布式光纤传感技术是目前最具应用前景的分布式光纤传感技术之一，利用该技术可以实现对长距离上温度的分布检测。本文对布里渊分布式光纤传感技术的原理及发展状况做了简要的介绍，并着重介绍了分布式光纤传感系统中的信号采集与处理的方法，分析了现有的布里渊频谱拟合算法以及微弱信号检测方法。 本论文对于系统设计的思想和具体实现过程中的关键技术细节进行了详细的介绍，对于所使用的新技术进行了具体的说明，并论述实际应用中各种可能出现的问题和可能采取的解决方法。本文的研究成果主要包括： (1) 论述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的在国内外的发展状况，对光纤的布里渊散射机理，布里渊散射的温度、应变特性进行了详细的理论推导和分析，讨论了温度和应变的交叉解调方法。 (2) 对系统的整体工作流程和关键参数进行了分析，指出了系统在设计时应注意的问题，通过采用PCI数据采集卡的DMA传输技术实现了对信号的高速实时采集，通过采用光外差检测技术和数字累加平均技术可以显著改善系统信噪比，实现对布里渊散射信号的测量。 (3) 对分布式光纤温度传感器中温度解调所需要采用的布里渊散射谱模型和非线性拟合算法进行了深入的研究，着重分析了高斯-牛顿法和Levenberg-Marquardt算法，比较了两种算法的优劣，并对其进行了数值仿真实验。实验结果表明，通过使用pseuod-Voigt线型可以很好地逼近布里渊散射谱的Voigt线型并能大幅度的减少计算量，缩短计算时间，Levenberg-Marquardt算法相比于高斯-牛顿法具有更好的收敛性。 (4) 完成了分布式光纤温度传感器上位机端程序的编写，对分布式光纤温度传感系统进行了半实物仿真，成功利用PCI数据采集卡实现对信号的高速非失真采集，编写的应用程序可以对采集的信号进行实时的处理，完成信号的解调运算，并将结果进行图形化的显示。通过程序解调得到的温度值与设定温度值之间的误差在允许范围之内。