光纖傳感技術：基于Matlab的OFDR系統數值仿真

對于OFDR光纖傳感技術的原理就不再贅述，首先總結一下做OFDR系統仿真前的準備工作。

重要技術參數

空間分辨率：所能區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 、以及環境因素所造成的隨機相位變化

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

數值仿真分析

1. 窄線寬可調諧激光器/線性掃頻的單縱模激光器
連續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，可實現的傳感距離越長

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

當系統的Zmax的距離一定時，可調諧激光源的最小輸出功率必須大于一定的值，否則會引起系統的非線性效應。

2. 輸出光電流
參考光的光場:

加入衰減因素的反射系數:

測試光纖的光場:

拍頻信號的光電流:

以上就是利用Matlab做OFDR系統數值仿真時的核心公式。

微元法數值仿真

針對第二部分所描述的OFDR系統中的核心參數做定義：

%仿真選取應用最廣泛的二氧化硅材料，折射率n為1.45 c=3e+008; %%設定光的傳播速度 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; %%溫度或應力改變引起的光纖局部散射系數變化 g=1e-6; %%無擾動的瑞利散射系數在10^-6量級 Zmax=30; %%設計光纖總長度為30m f0=100; %%設置初始頻率為100Hz a=4.6e-3; %%功率衰減 E0=1; %%待測光纖入口處光強

選取傳感光纖鏈路中的某一點作為瑞利背向散射信號的反射點：

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 %%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的關系定義每一個微元點之間的間隔，樓主這里采用的是30m光纖每隔0.004m取一個微元點。同時為了仿真振動發生在OFDR系統中，則需要在微元點之間更改瑞利散射系數：

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

寫入循環將OFDR系統產生的波形擴展到時域或者距離域上，如下所示：

在更改瑞利散射系數仿真受到外界應力作用后，如下所示：

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

總結

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容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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