光頻域反射計(jì)（Optical Frequency Domain Reflectometry,OFDR）因其高空間分辨率、高靈敏度、以及高傳感精度等優(yōu)勢(shì)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用�？烧{(diào)諧激光器是OFDR的關(guān)鍵器件,其掃頻線(xiàn)性度和掃頻范圍影響了系統(tǒng)的空間分辨率�？烧{(diào)諧激光器一般都存在非線(xiàn)性?huà)哳l現(xiàn)象,導(dǎo)致OFDR的空間分辨率下降,解決這一問(wèn)題是提高OFDR系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。所以本文對(duì)補(bǔ)償激光器的非線(xiàn)性調(diào)諧效應(yīng)進(jìn)行了研究,以提高系統(tǒng)的空間分辨率。本文具體工作內(nèi)容如下:首先研究了非均勻傅里葉變換（Non-Uniform Fourier Transform,NUFFT）方法和過(guò)零點(diǎn)重采樣方法對(duì)非線(xiàn)性調(diào)諧效應(yīng)的補(bǔ)償效果。在NUFFT方法中,非線(xiàn)性的補(bǔ)償是基于掃頻曲線(xiàn)進(jìn)行重采樣,所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中非線(xiàn)性的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)用60m延遲光纖補(bǔ)償155m待測(cè)光纖中的非線(xiàn)性,實(shí)現(xiàn)了0.44mm的空間分辨率;在過(guò)零點(diǎn)重采樣方法中,待測(cè)光纖的長(zhǎng)度最多只能達(dá)到馬赫曾德型輔助干涉儀延遲光纖長(zhǎng)度的1/2。實(shí)驗(yàn)用200m延遲光纖補(bǔ)償57m待測(cè)光纖中的非線(xiàn)性,實(shí)現(xiàn)了0.156mm的空間分辨率。為了解決上述方法... 

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【部分圖文】：

拍頻過(guò)程MATLAB仿真結(jié)果

第二章光頻域反射技術(shù)的原理18此時(shí)得到的時(shí)域信號(hào)就不是單一周期的正弦信號(hào)。線(xiàn)性?huà)哳l和非線(xiàn)性?huà)哳l下的拍頻信號(hào)時(shí)域圖分別如圖2-6（a）（b）所示。為了更直觀地了解激光器非線(xiàn)性?huà)哳l對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的影響，將拍頻信號(hào)從時(shí)域變換到頻域，得到圖2-6（c）（d）所示的結(jié)果。其中（c）圖表示線(xiàn)性?huà)哳l時(shí)拍頻信號(hào)頻譜圖，反射峰對(duì)應(yīng)一個(gè)單一頻率，有著較高的空間分辨率；（d）圖表示非線(xiàn)性?huà)哳l時(shí)拍頻信號(hào)頻譜圖，可以看出頻譜出現(xiàn)了展寬現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)空間分辨率下降，無(wú)法對(duì)光纖中的反射點(diǎn)進(jìn)行精確定位。因此，為了能夠?qū)饫w上的反射點(diǎn)進(jìn)行精確定位，必須要補(bǔ)償激光器的非線(xiàn)性調(diào)諧效應(yīng)。圖2-6拍頻時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)。（a）線(xiàn)性?huà)哳l下的拍頻信號(hào)時(shí)域圖；（b）非線(xiàn)性?huà)哳l下的拍頻信號(hào)時(shí)域圖；（c）線(xiàn)性?huà)哳l下的拍頻信號(hào)頻譜圖；（d）非線(xiàn)性?huà)哳l下的拍頻信號(hào)頻譜圖2.4本章小結(jié)本章首先介紹了基于光外差探測(cè)的光頻域反射技術(shù)的理論模型，并對(duì)拍頻過(guò)程進(jìn)行了MATLAB仿真，通過(guò)模擬兩列光波拍頻過(guò)程，得到拍頻頻率大小等于兩疊加光波的頻率之差。然后分析了OFDR中的關(guān)鍵器件——可調(diào)諧激光器，討論了它的線(xiàn)寬、掃頻線(xiàn)性度及掃頻范圍等性能與OFDR的性能之間的關(guān)系；推導(dǎo)出OFDR的理論空間分辨率主要由激光器的掃頻范圍決定；重點(diǎn)分析了激光器的非線(xiàn)性調(diào)諧效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。x(t)x(t)ttffX(f)X(f)(a)(b)(c)(d)

第三章傳統(tǒng)的非線(xiàn)性調(diào)諧效應(yīng)補(bǔ)償方法19第三章傳統(tǒng)的非線(xiàn)性調(diào)諧效應(yīng)補(bǔ)償方法激光器輸出非線(xiàn)性?huà)哳l信號(hào)時(shí)，得到的拍頻信號(hào)頻譜被展寬，導(dǎo)致系統(tǒng)的空間分辨率變差。為了提高系統(tǒng)的空間分辨率，我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)等頻率間隔采樣，進(jìn)行激光器的非線(xiàn)性調(diào)諧效應(yīng)補(bǔ)償，這是提高OFDR的空間分辨率、傳感范圍和傳感性能的關(guān)鍵技術(shù)。本章分析了非均勻傅里葉變換和過(guò)零點(diǎn)重采樣兩種補(bǔ)償非線(xiàn)性的方法，并進(jìn)行了MATLAB仿真及實(shí)驗(yàn)。3.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹根據(jù)1.2.2節(jié)的介紹，光頻域反射技術(shù)是基于調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，可以通過(guò)搭建馬赫曾德干涉儀或邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)光外差探測(cè)。由于激光器存在非線(xiàn)性調(diào)諧效應(yīng)，故而引入輔助干涉儀結(jié)構(gòu)，與主干涉儀信號(hào)進(jìn)行同步采集，體現(xiàn)相同的激光器非線(xiàn)性變化，以對(duì)主干涉儀待測(cè)信號(hào)進(jìn)行非線(xiàn)性補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，采用的是輔助干涉儀+主干涉儀的結(jié)構(gòu)形式，其中主干涉儀連接待測(cè)光纖得到測(cè)量信號(hào)，輔助干涉儀產(chǎn)生參考信號(hào)用于對(duì)主干涉儀信號(hào)的非線(xiàn)性補(bǔ)償。圖3-1OFDR的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖實(shí)驗(yàn)中所使用的可調(diào)諧激光器型號(hào)是LUNA公司的Phoenix1400HS，該激光器的掃頻范圍可從1515nm到1565nm，最大能夠達(dá)到50nm的波長(zhǎng)掃頻范圍，掃頻速率可以實(shí)現(xiàn)1-100nm/s，輸出功率的范圍是6-10mW。激光器發(fā)出的連續(xù)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[3]光頻域反射儀的平衡混頻式偏振分集光外差相干接收技術(shù)研究[D]. 王維康.上海交通大學(xué) 2015
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[5]全光信號(hào)處理輔助的高空間分辨率OFDR技術(shù)研究[D]. 許聃.上海交通大學(xué) 2015
[6]二維應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量的光纖光柵傳感理論與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 樊鵬.武漢理工大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3350272