布里渊传感中高精度测量的布里渊谱去卷积法.pdfVIP

维普资讯 第24卷第 3期 电 力 科 学 与 工 程 VO1．24．No．3 2008年 5月 ElectricPowerScienceandEngineering M ay，2008 布里渊传感中高精度测量的布里渊谱去卷积法 李旭东，李永倩，程效伟 (华北电力大学 电气与电子工程学院，河北 保定071003) 摘要：在泵浦探测型布里渊分布式传感器中，结合直流和短脉冲 (1ns)激光作为探测光，可用底部为高 新型和顶部为洛伦兹型的双重结构采描述布里渊光谱。由于两者的相互作用，利用从洛伦兹型部分提取厘 米级分辨率的空间信息改进 了一种光谱去卷积方法，考虑应变区域相关性，在洛伦兹型部分确定布里渊谱 峰的数量和频率，从而获得精确应变信息。最后，对最优直流电压进行了探讨。 关键词：布里渊传感；消光比；去卷积 中图分类号：TN929 文献标识码：A 0 引 言 1 理论基础 基于布里渊散射泵浦探测型光纤传感器可实现 本文利用单模光纤中受激布里渊散射 (SBS) 应变 (或温度)分布式测量。应变的测量基于布里 数学模型 ，在泵浦探测型布里渊传感中结合直 渊谱线中心频率偏移 ()的测量，频移与特定位 流和短脉冲探测光，提出了一种新的布里渊光谱去 置的应变情况线性相关。频移测量的分辨率取决于 卷积方法。利用此方法可同时获得高精度应变测量 最小可测布里渊频移 …： 和厘米级空间分辨率。为方便研究，使用脉冲光作 △ ，l、 为探测光，连续光作为泵浦光，但由于电光调制器 口一、，二Io丽』Vn， 具有有限的消光比，直流成分是不可避免的，因此 式中△ 为布里渊谱宽；SNR为信噪比。式 (1)表 脉冲光中通常包含有直流成分 (连续光)，那么可 明，对于布里渊传感，在使用脉冲宽度大于声子寿 通过定义消光 比R=(Ppul。。+Pd。)／尸d。量化脉冲光与 命f(约为 10ns)的脉冲情况下，~vBocAvB正比关 其所包含直流成分的强度比值。真正实验中可通过 系总体有效。于是通过BOTDA系统可实现分布式 调节电光调制器的直流偏置电压来改变消光比。 传感测量，空问分辨率由=cw／2n决定，式中W为 布里渊谱线 由泵浦探测相互作用的两部分构 stokes脉冲宽度。布里渊传感中的空间分辨率和应 成：底部高斯型代表脉冲与泵浦作用，顶部洛伦兹 变分辨率，依赖于脉冲宽度、布里渊谱宽和信噪 型代表直流与泵浦作用。如图1所示，R一o。曲线 比。一方面，尽管使用短脉冲探测光可提高空间分 显示的是由于短脉冲(w=1ns)与泵浦相互作用而得 辨率，但布里渊谱线 (脉冲光谱与 自发布里渊增益 到的较宽的高斯型。然而，其它曲线为几种典型有 谱的卷积)已被展宽为高斯型，这是因为脉冲宽度 限消光比下谱线的双重结构，底部较宽的高斯型加 减小到声子寿命以下，降低了应变测量的精度，见 上顶部较窄的洛伦兹型。高斯型提供定位应变信息 式 (1)；另一方面，使用较长脉冲可获得高精度应 (空间相关半个脉宽长度)，洛伦兹型提供精度 (线 变测量，这是因为布里渊谱线缩窄为洛伦兹型，由 宽较窄)但不提供定位应变信息 (空间相关整个光 式 (1)可知减小了 ，而此处代价则是降低了空 纤长度)。在给定一个有限消光比时，洛伦兹型有 间分辨率。因此一般认为，高精度应变测量和米级 两个作用：一个是脉冲宽度之外的直流连续光 (探 以下的空间分辨率是不能同时获得的。 测光)与泵浦连续光作用；另一个是脉冲宽度之内 收稿 日期 ：2007-08·16． 作者简介：李旭东 (1982一)，男，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生