本文關(guān)鍵詞：融合弱光柵的改進型瑞利分布式光纖傳感系統(tǒng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于瑞利散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)可對光纖沿線的振動、壓力以及傳輸損耗等參量進行長距離連續(xù)的測量,可應用于通信線纜損耗監(jiān)測、橋梁、大壩等大型建筑的健康監(jiān)測、石油管道及海底光纜等大范圍、長距離設施的健康監(jiān)測等領(lǐng)域�；谌鹄⑸涞姆植际焦饫w傳感系統(tǒng)相比基于布里淵和拉曼散射的分布式光纖傳感系統(tǒng),在傳感機理和信號檢測方式上更為簡單,因此基于瑞利散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)在傳感距離、靈敏度和響應速度上具有相對較大的優(yōu)勢。然而由于單模光纖的瑞利散射非常弱,從根源上影響了基于瑞利散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)的信噪比,限制了系統(tǒng)的傳感距離和靈敏度；另外基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)在傳感功能上相對單一,無法對溫度及應變等參量進行準確地測量,限制了其應用范圍�；诠饫w光柵的傳感系統(tǒng)具有相對較高的信噪比,傳感功能也更加豐富,但是由于其響應速度較慢,較難實現(xiàn)對高頻振動以及多點振動的測量；另外基于光纖光柵的傳感系統(tǒng)亦無法實現(xiàn)全分布式的傳感以滿足實際應用的需求。因此融合光纖光柵與基于瑞利散射的分布式光纖傳感系統(tǒng),實現(xiàn)信噪比更高與功能更加豐富的分布式光纖傳感系統(tǒng)更能滿足實際應用的需求。為此本文在研究瑞利分布式光纖傳感系統(tǒng)優(yōu)缺點以及應用需求的基礎(chǔ)上,設計和制作了能夠用來提升基于瑞利散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)信噪比和功能的弱反射光纖光柵；進而提出融合弱反射光纖光柵的信噪比增強型瑞利散射分布式光纖傳感系統(tǒng)的方案；另外融合瑞利散射的分布式光纖傳感和光纖光柵的準分布式傳感特性,提出功能增強型的全分布式光纖傳感系統(tǒng)方案。本論文的主要工作如下：1)利用模式耦合方程,分別分析了布拉格光纖光柵反射譜和長周期光纖光柵透射譜特性,并利用數(shù)值仿真的方法分析了光纖光柵反射率、中心波長以及譜寬與紫外曝光強度、光柵長度等刻制條件之間的關(guān)系,為刻制適合與分布式光纖傳感系統(tǒng)相融合的弱反射和長周期光纖光柵提供理論基礎(chǔ)；研究了弱反射和長周期光纖光柵的刻制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和刻制步驟,并對刻制的弱反射和長周期光纖光柵相關(guān)參數(shù)進行了測量和分析。2)提出了一種基于寬譜弱反射光纖光柵和偏振光時域反射技術(shù)(POTDR)的分布式振動傳感系統(tǒng),提升了POTDR系統(tǒng)的信噪比和振動測量的靈敏度。通過數(shù)值仿真的方法,分析了脈沖寬度與光柵間隔對系統(tǒng)信噪比提升的影響,并在此基礎(chǔ)上提出通過匹配脈沖寬度與光柵間隔實現(xiàn)對POTDR系統(tǒng)信噪比連續(xù)均勻的提升。另外利用數(shù)值仿真的方法,對本方案中弱反射光纖光柵的集成容量進行了分析,結(jié)果表明當光柵的反射率為10-5時,系統(tǒng)最多可集成4472個弱反射光纖光柵。實驗中利用反射率為1.1×10、譜寬為8nm的弱反射光纖光柵,將POTDR系統(tǒng)的信噪比提升了11 dB,壓力及振動測量靈敏度分別被提升了10.7 dB和9 dB。3)提出了一種結(jié)合窄譜弱反射光纖光柵、長周期光纖光柵以及光時域反射技術(shù)(OTDR)的多功能型光纖傳感系統(tǒng)。多個窄譜弱反射光纖光柵可被放置在所需部位對溫度、應變進行準分布式測量,長周期光纖光柵被作為線性濾波器將窄譜弱反射光纖光柵中心波長的變化轉(zhuǎn)換為功率的變化,實現(xiàn)快速的溫度、應變解調(diào),測量靈敏度分別達到了5.9×10-3/℃和4.2×10-4/με；同時在光纖光柵位置上實現(xiàn)了振動尤其是多點振動的準分布式測量,實現(xiàn)了對動靜態(tài)事件的同時測量；在非光纖光柵位置上,利用背向瑞利散射光實現(xiàn)對彎曲等靜態(tài)事件的分布式傳感,進而實現(xiàn)分布式及重點部位監(jiān)測的多功能傳感；因此本方案極大拓展了單一光纖傳感系統(tǒng)的傳感功能。
【關(guān)鍵詞】：分布式光纖傳感 瑞利散射 弱反射光纖光柵 長周期光纖光柵 振動 溫度 應變
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN253;TP212
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 光纖傳感技術(shù)及分類13-15
• 1.2 基于瑞利散射的全分布式光纖傳感技術(shù)研究進展15-18
• 1.2.1 光時域反射儀(OTDR)16
• 1.2.2 相干光時域反射儀(COTDR)16-17
• 1.2.3 相位光時域反射儀(Φ-OTDR)17-18
• 1.2.4 偏振光時域反射儀(POTDR)18
• 1.3 光纖光柵的研究進展18-22
• 1.3.1 布拉格光纖光柵18-21
• 1.3.2 新型光纖光柵21-22
• 1.4 本論文的選題背景和主要工作22-25
• 1.4.1 本論文的選題背景22-23
• 1.4.2 本論文的主要工作23-25
• 第二章 瑞利分布式光纖傳感技術(shù)及光纖光柵傳感技術(shù)25-40
• 2.1 OTDR和POTDR傳感技術(shù)25-34
• 2.1.1 光纖中的散射25-27
• 2.1.2 光時域反射(OTDR)技術(shù)27-31
• 2.1.3 基于偏振的光時域反射(POTDR)技術(shù)31-34
• 2.2 基于光纖光柵的傳感技術(shù)34-39
• 2.2.1 布拉格光纖光柵36-38
• 2.2.2 長周期光纖光柵38-39
• 2.3 本章小結(jié)39-40
• 第三章 弱反射與長周期光纖光柵理論、制造工藝及性能測試40-56
• 3.1 布拉格與長周期光纖光柵理論40-45
• 3.1.1 布拉格光纖光柵的反射譜41-43
• 3.1.2 長周期光纖光柵的透射譜43-45
• 3.2 弱反射與長周期光纖光柵制造工藝與性能測試45-55
• 3.2.1 寬譜弱反射光纖光柵制造工藝及性能46-51
• 3.2.2 窄譜弱反射光纖光柵制造工藝及性能51-52
• 3.2.3 長周期光纖光柵制作工藝及性能52-55
• 3.3 本章小結(jié)55-56
• 第四章 基于寬譜弱反射光纖光柵的POTDR信噪比增強研究56-76
• 4.1 理論與仿真研究56-68
• 4.1.1 光纖光柵間隔與脈沖寬度對系統(tǒng)信噪比的影響56-57
• 4.1.2 結(jié)合弱反射光纖光柵的POTDR系統(tǒng)仿真57-68
• 4.2 實驗研究68-75
• 4.2.1 基于弱光柵陣列的POTDR系統(tǒng)的信噪比測量69-71
• 4.2.2 靜態(tài)壓力的實驗測量71-72
• 4.2.3 動態(tài)振動的實驗測量72-75
• 4.3 本章小結(jié)75-76
• 第五章 基于光時域反射技術(shù)及光纖光柵的多功能分布式光纖傳感系統(tǒng)76-94
• 5.1 新型傳感系統(tǒng)方案76-80
• 5.2 多功能光纖傳感系統(tǒng)實驗研究80-93
• 5.2.1 實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)80-85
• 5.2.2 溫度及應變傳感性能85-88
• 5.2.3 分布式傳感性能88-89
• 5.2.4 準分布式振動傳感性能89-93
• 5.3 本章小結(jié)93-94
• 第六章 總結(jié)與展望94-97
• 6.1 總結(jié)94-95
• 6.2 本文的創(chuàng)新性95
• 6.3 展望95-97
• 致謝97-99
• 參考文獻99-111
• 攻讀博士學位期間取得的成果111-114

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

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  本文關(guān)鍵詞：融合弱光柵的改進型瑞利分布式光纖傳感系統(tǒng)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：359611