光纖傳感技術(shù)：基于Matlab的OFDR系統(tǒng)數(shù)值仿真

對于OFDR光纖傳感技術(shù)的原理就不再贅述，首先總結(jié)一下做OFDR系統(tǒng)仿真前的準(zhǔn)備工作。

重要技術(shù)參數(shù)

空間分辨率：所能區(qū)分光纖鏈路中的相鄰事件的能力（主要由光脈沖寬度和探測器帶寬決定）

傳感距離：激光器掃頻周期（光纖最大長度限制），激光器線寬，激光器光功率，采樣率（通過控制采集點(diǎn)的多少來控制傳感距離的長度）

相位噪聲：激光器的初始相位變化、非線性掃頻 、以及環(huán)境因素所造成的隨機(jī)相位變化

掃頻范圍與系統(tǒng)空間分辨率、掃頻速率、光源線寬：（主要與TLS光源原始性能參數(shù)有關(guān)）

數(shù)值仿真分析

1. 窄線寬可調(diào)諧激光器/線性掃頻的單縱模激光器
連續(xù)改變激光輸出波長的激光器，需滿足線性掃頻，滿足光外差探測的這兩個條件。
1.1 掃頻范圍越大，空間分辨率越高

其中Zmax表示光纖鏈路長度，表示待測光纖鏈路背向瑞利散射的探測時間。
1.2 線寬越窄，功率越大，可實(shí)現(xiàn)的傳感距離越長

其中Lc表示相干長度，表示激光器輸出光的相干時間，當(dāng)相干長度大于光線的長度時才可以使得整個系統(tǒng)正常工作
1.3 激光器功率，功率過小過大都會使得OFDR系統(tǒng)的性能急劇下降

當(dāng)系統(tǒng)的Zmax的距離一定時，可調(diào)諧激光源的最小輸出功率必須大于一定的值，否則會引起系統(tǒng)的非線性效應(yīng)。

2. 輸出光電流
參考光的光場:

加入衰減因素的反射系數(shù):

測試光纖的光場:

拍頻信號的光電流:

以上就是利用Matlab做OFDR系統(tǒng)數(shù)值仿真時的核心公式。

微元法數(shù)值仿真

針對第二部分所描述的OFDR系統(tǒng)中的核心參數(shù)做定義：

%仿真選取應(yīng)用最廣泛的二氧化硅材料，折射率n為1.45 c=3e+008; %%設(shè)定光的傳播速度 n=1.45; %%傳感光纖的折射率 r=2.6e+009; %%光源線性掃頻速率/Hz g1=5.3e-6; %%溫度或應(yīng)力改變引起的光纖局部散射系數(shù)變化 g=1e-6; %%無擾動的瑞利散射系數(shù)在10^-6量級 Zmax=30; %%設(shè)計光纖總長度為30m f0=100; %%設(shè)置初始頻率為100Hz a=4.6e-3; %%功率衰減 E0=1; %%待測光纖入口處光強(qiáng)

選取傳感光纖鏈路中的某一點(diǎn)作為瑞利背向散射信號的反射點(diǎn)：

tdelay=2*z*n/c; %%計算光纖中的傳播時延 t=n*z/c; %%計算光開始傳播到結(jié)束的時間 f=f0+r*t; %%光信號頻率 G=g*exp(-a*tdelay*c/n); %%加入衰減因素的瑞利反射系數(shù) %%計算一個微元的拍頻光電流 A(1,i)=E0.^2*(1+G+2*sqrt(G)*cos(2*pi*(f0*tdelay-r*tdelay.^2/2+r*tdelay*t+Phase1-Phase2)));

利用t與z的關(guān)系定義每一個微元點(diǎn)之間的間隔，樓主這里采用的是30m光纖每隔0.004m取一個微元點(diǎn)。同時為了仿真振動發(fā)生在OFDR系統(tǒng)中，則需要在微元點(diǎn)之間更改瑞利散射系數(shù)：

G=g*exp(-a*tdelay*c/n);

寫入循環(huán)將OFDR系統(tǒng)產(chǎn)生的波形擴(kuò)展到時域或者距離域上，如下所示：

在更改瑞利散射系數(shù)仿真受到外界應(yīng)力作用后，如下所示：

以上就是利用微元法仿真OFDR系統(tǒng)的主要流程，涉及到光纖傳感技術(shù)的數(shù)值仿真基本都可以參考上述利用微元法來進(jìn)行仿真處理。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的光纤传感技术：基于Matlab的OFDR系统数值仿真的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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