多功能分布式光纖傳感技術(shù)研究.pdf

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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78mW,比普通單模光纖