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1、工學碩士學位論文基于分布式應變測量的光纖形狀傳感研究劉子葉哈爾濱理工大學2018年3月國內圖書分類號：O433.1工學碩士學位論文基于分布式應變測量的光纖形狀傳感研究碩士研究生：劉子葉導師：張洪英申請學位級別：工學碩士學科、專業(yè)：光學工程所在單位：理學院答辯日期：2018年3月授予學位單位：哈爾濱理工大學ClassifiedIndex：O433.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringFiberShapeSensingBasedonDistributedStrainMeasure
2、mentCandidate：LiuZiyeSupervisor：ZhangHongyingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：OpticsEngineeringDateofOralExamination：March,2018HarbinUniversityofScienceandUniversity：Technology哈爾濱理工大學碩士學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學位論文《基于分布式應變測量的光纖形狀傳感研究》，是本人在導師指導下，在
3、哈爾濱理工大學攻讀碩士學位期間獨立進行研究工作所取得的成果。據本人所知，論文中除已注明部分外不包含他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文研究工作做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明。本聲明的法律結果將完全由本人承擔。作者簽名：劉子葉日期：2018年3月29日哈爾濱理工大學碩士學位論文使用授權書《基于分布式應變測量的光纖形狀傳感研究》系本人在哈爾濱理工大學攻讀碩士學位期間在導師指導下完成的碩士學位論文。本論文的研究成果歸哈爾濱理工大學所有，本論文的研究內容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人完全了解哈爾濱理工大學關于保存、使用
4、學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關部門提交論文和電子版本，允許論文被查閱和借閱。本人授權哈爾濱理工大學可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文，可以公布論文的全部或部分內容。本學位論文屬于保密□，在年解密后適用授權書。不保密□√。(請在以上相應方框內打√)作者簽名：劉子葉日期：2018年3月29日導師簽名：張洪英日期：2018年3月29日哈爾濱理工大學工學碩士學位論文基于分布式應變測量的光纖形狀傳感研究摘要光纖傳感技術是一種以光波為載體、光纖為媒質、感知和傳輸外界被測量信號的新型傳感技術。近年來，該技術已經逐步發(fā)展到各個領域
5、。布里淵光時域分析(Brillouinopticaltimedomainanalysis,BOTDA)是分布式光纖傳感技術的重要內容，以脈沖光和連續(xù)光相互作用產生受激布里淵散射為原理實現分布式測量。該技術具有空間分辨率高和傳感距離長的特點，可被廣泛應用于航空航天、國防建設等重要領域。本文利用該技術測量光纖的分布式應變，利用光纖應變系數得到BFS的變化情況，并結合相關算法將形狀還原出來，從而實現形狀傳感。具體研究內容如下：首先，闡述了傳統的BOTDA技術的相關原理，并解釋了差分脈沖對(differentialpulse-widt
6、hpair,DPP)BOTDA技術提高空間分辨率的原理；推導了布里淵頻移與光纖曲率之間的關系和Frenet-Serret公式在形狀還原中的表達形式。其次，搭建了實驗所用的DPP-BOTDA系統，設計并制作了二維和三維形狀傳感實驗的傳感器，完成了形狀傳感的測量。在二維形狀傳感實驗中，驗證了布里淵頻移變化量與光纖彎曲曲率的關系，并對二維的形狀進行了數據采集；在三維形狀傳感實驗中，找到了多芯光纖各纖芯的位置，并將其與單模光纖進行低損耗對接，對三維的形狀進行了數據采集。最后，利用理論得到的布里淵頻移和光纖曲率、扭率之間的關系，基于Fr
7、enet-Serret公式編寫算法，分別還原了在二維和三維情況下搭建的形狀，并分析了誤差的產生原因。關鍵詞受激布里淵散射；布里淵光時域分析；分布式傳感；形狀傳感I哈爾濱理工大學工學碩士學位論文FiberShapeSensingBasedonDistributedStrainMeasurementAbstractOpticalfibersensingtechnologyisanewkindoftechnologywhichusesthelight-waveasthecarrierandfiberasmediumtofeeland
8、transferexternalmeasuredsignals.Recently,thistechnologyhasdevelopedgraduallyinmanydomains.Brillouinopticaltimedomainanalysis(BOTDA)baseson
