【摘要】：隨著我國城市化進(jìn)程的加快,城市的發(fā)展方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷升級,為了滿足城市現(xiàn)代化的需求,諸如地鐵、橋梁及城市綜合管廊等大型基礎(chǔ)工程設(shè)施日益增多,其結(jié)構(gòu)損傷容易引起事故,威脅人民財產(chǎn)和人身安全。由于基礎(chǔ)工程設(shè)施具有鋪設(shè)規(guī)模大、覆蓋范圍廣、地質(zhì)條件復(fù)雜與服役周期長等特點,對其健康狀況的檢測和安全事故的預(yù)防都提出了不小的挑戰(zhàn)。因此,在基礎(chǔ)工程設(shè)施安防領(lǐng)域亟需一種大范圍、在線穩(wěn)定監(jiān)測結(jié)構(gòu)損傷的手段。針對大型基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳統(tǒng)技術(shù)存在的維護(hù)成本高、測量范圍有限、敏感元件易腐蝕及信息反饋周期長等諸多問題,研究以單根光纖作為傳感和信號傳輸單元的BOTDR分布式光纖應(yīng)變檢測技術(shù)。針對該技術(shù)中電光調(diào)制器易受環(huán)境溫度等因素影響,造成調(diào)制脈沖消光比不穩(wěn)定的問題,提出一種SOA脈沖調(diào)制新方法,解決現(xiàn)有BOTDR應(yīng)變檢測穩(wěn)定性問題,研發(fā)一種SOA脈沖調(diào)制式BOTDR應(yīng)變檢測儀,為基礎(chǔ)工程設(shè)施安防提供一種結(jié)構(gòu)損傷大范圍、在線穩(wěn)定監(jiān)測技術(shù),具有易維護(hù)、測量范圍大、測量穩(wěn)定性好、本質(zhì)安全、抗電磁干擾和耐腐蝕等優(yōu)勢。本文主要從以下幾個方面展開研究:(1)理論分析聲光調(diào)制器與電光調(diào)制器的調(diào)制特性,針對聲光調(diào)制器存在的調(diào)制速率慢以及電光調(diào)制器存在的調(diào)制不穩(wěn)定的問題,深入研究SOA的脈沖調(diào)制特性,提出一種基于SOA脈沖調(diào)制的BOTDR應(yīng)變檢測方法;(2)設(shè)計SOA脈沖調(diào)制式BOTDR應(yīng)變檢測方案,選型關(guān)鍵器件,設(shè)計并編寫MFC上位機(jī)監(jiān)控軟件,搭建實驗系統(tǒng),在線采集布里淵散射信號,實現(xiàn)應(yīng)變信息的穩(wěn)定解調(diào);(3)實驗研究消光比穩(wěn)定性對系統(tǒng)信噪比的影響,對比聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器與SOA調(diào)制的脈沖特性與穩(wěn)定性,測試并驗證其對布里淵散射時序曲線和應(yīng)變檢測的影響。(4)理論分析空間分辨率、信噪比與測量精度等性能的影響因素,并實驗驗證脈沖寬度、入纖峰值功率、帶通濾波器以及平均次數(shù)等因素對空間分辨率、信噪比與測量精度等性能的影響。(5)通過上述研究,匹配優(yōu)化器件參數(shù),權(quán)衡系統(tǒng)性能與響應(yīng)速率,選擇最優(yōu)化方案,最終完成BOTDR應(yīng)變檢測儀系統(tǒng)集成與指標(biāo)測試。測試指標(biāo)表明研制的SOA脈沖調(diào)制式BOTDR應(yīng)變檢測儀可實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的應(yīng)變檢測,空間分辨率為1m,傳感距離達(dá)27km,且當(dāng)傳感距離為10km時,應(yīng)變檢測精度為±60με。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH823.3

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本文編號：2770521