A thorough analysis of the key factors impacting on the performance of Brillouin distributed optical fiber sensors is presented. An analytical expression is derived to estimate the error on the determination of the Brillouin peak gain frequency, based for the first time on real experimental conditions. This expression is experimentally validated, and describes how this frequency uncertainty depends on measurement parameters, such as Brillouin gain linewidth, frequency scanning step and signal-to-noise ratio. Based on the model leading to this expression and considering the limitations imposed by nonlinear effects and pump depletion, a figure-of-merit is proposed to fairly compare the performance of Brillouin distributed sensing systems. This figure-of-merit offers to the research community and to potential users the possibility to evaluate with an objective metric the real performance gain resulting from any proposed configuration

چکیده

یک آنالیز جامع از عوامل مهم موثر بر عملکرد سنسورهای فیبر نوری با توزیع بریلوئن ارائه می شود. یک عبارت تحلیلی استخراج می شود تا خطای تعیین فرکانس بهره پیک بریلوئن را برای نخستین بار در شرایط تجربی واقعی تخمین بزند. این عبارت با آزمایش مقایسه می شود و توضیح می دهد چطور این عدم قطعیت فرکانس به پارامترهای اندازه گیری مثل پهنای خط بهره بریلوئن، گام روبش فرکانس و نسبت سیگنال به نویز بستگی دارد. بر اساس مدلی که به این عبارت منجر می شود و نیز در نظر گرفتن محدودیت های ناشی از اثرات غیرخطی  و تخلیه دمش، یک کمیت میزان خوبی پیشنهاد می شود تا عملکرد سیستم های حسگر با توزیع بریلوئن را مقایسه نسبی نماید. این میزان خوبی به محققان و کاربران بالقوه این امکان را می دهد تا بهره عملکرد واقعی حاصل از هر پیکربندی پیشنهادی را با یک استاندارد عینی ارزیابی نمایند.

1-مقدمه

در طی چند سال گذشته، حسگر فیبر نوری با توزیع بریلوئن به یکی از واضح ترین زمینه های تحقیق در حسگری فیبر نوری تبدیل شده است که عمدتا به دلیل توانایی آن در اندازه گیری کشش و دمای توزیع یافته در راستای چند ده km از فیبر نوری با رزولوشن مکانی تا حد چند سانتی متری است (1). در واقع به دلیل تکنیک های برجسته و پیشرفته ، پیشروی قابل توجهی اخیرا گزارش شده است. از طرف دیگر، با استفاده از رش های مبتنی بر دامنه – همبستگی، پالس های دیفرانسیلی و توری های دینامیک (2-10)، رزولوشن مکانی دست کم دو مرتبه بزرگی از مقیاس متر به سانتی متر بهبود یافته است. از طرف دیگر با استفاده از تسهیم (11)، تسهیم فرککانس – دامنه (12)، تقویت اپتیکی از راه دور (13-18)، تکنیک های کدگذاری پالس دمش هوشمند (19-26) یا ترکیبی از این دو روش آخر (27-30)، محدوده فاصله از حدود 30 km تا 150 km گسترش یافته است...