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基于布里渊散射的温度应变同时传感技术研究

孙世林  
【摘要】:分布式光纤传感器不仅具有一般光纤传感器的优点,还可以在沿光纤路径上同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息,准确地测出光纤沿线任一点上的应力、温度、振动和损伤等信息,易于实现长距离、分布式监测。在各种分布式光纤传感技术中,基于布里渊散射的分布式光纤传感技术能够同时实现光纤沿线温度应变的长距离、大动态、高精度连续检测,广泛应用于油气管道监测、电缆状态监控、城市基础设施、大型建筑物的结构健康监控、火灾及山体滑坡预警等方面,获得了国内外研究人员的广泛关注。 论文结合教研室基于微波电光频移的BOTDA实验系统,开展双波长法和双光纤法实现温度应变双参量同时传感的研究。本论文的主要研究成果和创新包括: (1)详细推导了布里渊频移、功率与温度、应变的关系,得到了实用的传感公式。对比分析了目前国内外实现温度应变双参量传感的实验方案。 (2)详细介绍了基于微波电光频移的BOTDA实验系统,分析并讨论了关键器件选取,信号采集与分析。对常温下常见的几种光纤在1536nm、1550nm、1559nm泵浦波长下的布里渊频移进行了测量。在此系统基础上搭建了光纤布里渊频移温度、应变系数标定的实验系统,标定了G652D、G657、G657B3、抗弯这四种光纤分别在1536nm、1550nm、1559nm泵浦波长下的布里渊频移系数矩阵。 (3)提出了采用多项式拟合法求解光纤的布里渊频移,在不降低布里渊频移的测量精度前提下,缩短了数据处理时间。 (4)提出了双光纤法和双波长法来实现光纤布里渊分布式温度应变同时传感的实验方案,推导出了两种方案的测量精度的计算公式。根据标定的光纤的系数矩阵,在系统的频移测量精度可以达到0.27MHz时,双波长法可以实现的最佳温


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