本文關(guān)鍵詞：多功能分布式光纖傳感技術(shù)研究

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【摘要】：分布式光纖傳感技術(shù)是一種以光纖作為傳輸介質(zhì)和傳感元件的新型傳感技術(shù),能對(duì)被測(cè)參量進(jìn)行分布式監(jiān)測(cè),具有傳統(tǒng)機(jī)電傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),例如體積小,重量輕,抗電磁干擾能力強(qiáng),靈敏度高等�；谙辔幻舾泄鈺r(shí)域反射的分布式傳感技術(shù)能對(duì)擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè),基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)能對(duì)表征結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的溫度和應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但目前分布式光纖傳感領(lǐng)域均以單一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述參量的單一監(jiān)測(cè),要實(shí)現(xiàn)多參量的監(jiān)測(cè)需要多個(gè)系統(tǒng),成本很高,因此需要研究多功能/多參量傳感技術(shù)�；谧园l(fā)布里淵散射的分布式傳感系統(tǒng)中普通單模光纖的受激閾值較低,容易產(chǎn)生受激現(xiàn)象;另外對(duì)于常規(guī)的溫度和應(yīng)變雙參量同時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中光功率對(duì)溫度、應(yīng)變不夠敏感,因此測(cè)量精度低。本文針對(duì)分布式光纖傳感技術(shù)存在的上述缺陷進(jìn)行了相關(guān)研究,并找到相應(yīng)解決辦法,為分布式光纖傳感技術(shù)的工程化應(yīng)用解決了部分難題。本文的主要研究?jī)?nèi)容有:(1)介紹了光纖中的三種后向散射光,在此基礎(chǔ)上介紹了基于相位敏感光時(shí)域反射的分布式光纖傳感原理和基于布里淵散射的分布式光纖傳感原理,從原理和結(jié)構(gòu)圖上說(shuō)明了用單個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多功能多參量監(jiān)測(cè)的可行性。(2)介紹了分布式光纖傳感技術(shù)的分類(lèi),重點(diǎn)介紹了基于相位敏感光時(shí)域反射計(jì)的分布式傳感技術(shù)和基于受激布里淵散射的分布式傳感技術(shù),并分析了將兩種技術(shù)結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)多功能多參量傳感的優(yōu)點(diǎn)和廣闊應(yīng)用前景。(3)通過(guò)綜合分析提出了基于相位敏感光時(shí)域反射計(jì)(Φ-OTDR)和基于受激布里淵散射時(shí)域分析儀(BOTDA)的多功能多參量傳感方案,根據(jù)方案特點(diǎn)給出了各器件的選型和參數(shù)的設(shè)計(jì);分析了多功能傳感方案實(shí)現(xiàn)入侵監(jiān)測(cè)時(shí)的相鄰入侵信號(hào)臨界分辨問(wèn)題,通過(guò)玻爾茲曼擬合方法在2m空間分辨率下實(shí)現(xiàn)了1.23m的雙峰分辨精度,同時(shí)獲得了脈沖寬度與系統(tǒng)能識(shí)別的相鄰入侵信號(hào)最小間距的關(guān)系。另一方面分析了多功能傳感方案實(shí)現(xiàn)應(yīng)變測(cè)量時(shí)的應(yīng)變頻移系數(shù),通過(guò)洛倫茲擬合得到的應(yīng)變頻移系數(shù)與理論值在誤差范圍內(nèi)一致,并由此獲得該系統(tǒng)在3m空間分辨率下的應(yīng)變測(cè)量精度為3.17??;分析了多功能傳感方案測(cè)量溫度時(shí)的溫度頻移系數(shù),同樣利用洛倫茲擬合方法獲得系統(tǒng)在3m空間分辨率下的溫度測(cè)量精度為0.45℃。(4)介紹了特種光纖的種類(lèi),重點(diǎn)介紹了保偏光纖、色散補(bǔ)償光纖和光子晶體光纖的原理以及在光纖傳感技術(shù)上的應(yīng)用;研究了普通光纖和高非線(xiàn)性光纖光纖的布里淵散射光譜特征,包括兩種光纖布里淵增益帶寬,中心頻率以及受激布里淵閾值的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)高非線(xiàn)性光纖布里淵增益帶寬更寬,中心頻率更小,受激布里淵閾值為78m W,比普通單模光纖的7.9m W更高,因此在某些需要用BOTDR系統(tǒng)的場(chǎng)合下可以降低受激布里淵效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響;通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得到了高非線(xiàn)性光纖的溫度頻移系數(shù)為0.413MHz/℃,應(yīng)變頻移系數(shù)為0.0309MHz/??;基于理論研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提出一種基于高非線(xiàn)性光纖的溫度和應(yīng)變雙參量測(cè)量方案,并給出方案中各器件的選型要求。
【關(guān)鍵詞】：光纖傳感 多功能分布式傳感 應(yīng)變監(jiān)測(cè) 溫度監(jiān)測(cè) 入侵監(jiān)測(cè)
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN253
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 分布式光纖傳感技術(shù)簡(jiǎn)介12-17
• 1.2.1 分布式光纖傳感技術(shù)的特征參量12-13
• 1.2.2 典型的分布式光纖傳感器13-17
• 1.3 基于相位敏感光時(shí)域反射計(jì)的分布式傳感技術(shù)17
• 1.4 基于受激布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)17-18
• 1.5 課題研究背景和研究現(xiàn)狀18-20
• 1.6 課題主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 光纖中的散射以及分布式光纖傳感原理22-29
• 2.1 光纖中的三種散射22-24
• 2.1.1 瑞利散射22-23
• 2.1.2 布里淵散射23-24
• 2.1.3 拉曼散射24
• 2.2 基于Φ-OTDR的分布式光纖傳感原理24-26
• 2.3 基于BOTDA的分布式光纖傳感原理26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 多功能分布式光纖傳感系統(tǒng)的研究29-52
• 3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)29-31
• 3.2 器件的選用與參數(shù)設(shè)計(jì)31-39
• 3.3 多功能系統(tǒng)相鄰入侵信號(hào)臨界分辨問(wèn)題的研究39-44
• 3.3.1 基于多功能傳感的相鄰兩點(diǎn)入侵實(shí)驗(yàn)40-41
• 3.3.2 相鄰兩點(diǎn)入侵臨界分辨的研究41-43
• 3.3.3 脈沖寬度與相鄰兩點(diǎn)入侵臨界分辨距離的關(guān)系43-44
• 3.4 多功能系統(tǒng)應(yīng)變傳感精度的研究44-50
• 3.4.1 基于多功能傳感的應(yīng)變傳感實(shí)驗(yàn)44-45
• 3.4.2 布里淵頻移的洛倫茲線(xiàn)型擬合45-49
• 3.4.3 多功能傳感中應(yīng)變測(cè)量精度的研究49-50
• 3.5 多功能系統(tǒng)溫度測(cè)量結(jié)果50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 第四章 基于高非線(xiàn)性光子晶體光纖的溫度和應(yīng)變傳感實(shí)驗(yàn)52-65
• 4.1 特種光纖簡(jiǎn)介52-54
• 4.1.1 保偏光纖52-53
• 4.1.2 色散補(bǔ)償光纖53
• 4.1.3 光子晶體光纖53-54
• 4.2 高非線(xiàn)性光子晶體光纖溫度和應(yīng)變傳感的實(shí)驗(yàn)研究54-61
• 4.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖54-56
• 4.2.2 高非線(xiàn)性光纖的溫度和應(yīng)變傳感研究56-61
• 4.3 利用高非線(xiàn)性光纖實(shí)現(xiàn)溫度、應(yīng)變雙參量同時(shí)監(jiān)測(cè)方案61-63
• 4.3.1 理論基礎(chǔ)61-62
• 4.3.2 基于高非線(xiàn)性光纖的溫度、應(yīng)變雙參量同時(shí)監(jiān)測(cè)方案62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 總結(jié)65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果72-73
• 致謝73

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