王亚辉 赵乐 胡鑫鑫 郭阳 张建忠乔丽君 王涛 高少华 张明江†

1) (太原理工大学, 新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室, 太原 030024)

2) (太原理工大学物理与光电工程学院, 太原 030024)

近年来, 基于受激布里渊散射的分布式光纤传感技术已广泛应用于土木结构健康监测、灾害预警、国防安全等诸多领域, 振动等动态参量的实时传感和精准检测已成为备受瞩目的研究热点.本文提出一种基于增益开关调制和双斜坡辅助的混沌布里渊光相关域分析传感技术, 实现高精度、大范围动态应变监测.首先, 理论分析了单斜坡辅助系统中混沌激光固有的时延特征和功率随机波动特性对测量精度的影响和限制; 然后,利用增益开关调制产生48.6 dB的高消光比脉冲, 使得混沌信号时延旁瓣和非零基底诱发的噪声场被大幅抑制, 仿真结果表明声波场信噪比提升3.31 dB, 实验测得混沌布里渊增益谱信号背景噪声比提升1倍, 动态应变测量精度由 ± 40.2 µe提高至 ± 23.1 µe; 最后, 利用双斜坡辅助技术, 消除混沌激光固有功率波动的影响,动态应变测量精度进一步提升至 ± 8.1 µe, 系统稳定性良好, 且动态范围仍保持800 µe, 为现代传感网络的高精度、大范围动态应变监测提供了一种新的解决方案.

1 引 言

21世纪以来, 大型工程安全监测需求日趋严峻, 分布式光纤传感技术在智能电网、油气管网、交通基础设施、水利工程、军事边境安防等重要领域已获得广泛应用[1,2].其中, 基于受激布里渊散……