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《相位敏感型分布式光纖動態(tài)應變傳感系統(tǒng)的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、碩士學位論文相位敏感型分布式光纖動態(tài)應變傳感系統(tǒng)的研究作者姓名李炯學科專業(yè)光學指導教師楊中民教授所在學院物理與光電學院論文提交日期2018年4月ResearchonPhaseSensitiveDistributedFiberDynamicStrainSensingSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：JiongLiSupervisor：Prof.ZhongminYangSouthChinaUniversityofTechnol
2、ogyGuangzhou,China摘要分布式動態(tài)應變光纖傳感是利用光纖中傳輸?shù)墓庑畔⒆鳛檩d體，對外界的擾動進行探測的傳感技術(shù)。相比于現(xiàn)有的機械和電學檢測方案，光纖傳感技術(shù)方案具備抗電磁干擾、探測距離遠和頻帶寬等諸多優(yōu)點。目前分布式動態(tài)應變檢測方案的研究主要集中于瑞利散射型的和布里淵散射型的檢測方案。但在兼顧快速動態(tài)響應、高靈敏度和合適空間分辨率的方面，基于瑞利散射的相敏型分布式光纖傳感技術(shù)具備更好的應用潛力和研究意義。本論文工作針對基于瑞利散射的分布式光纖動態(tài)應變傳感技術(shù)進行了深入的理論及實驗探索：基
3、于瑞利散射的相敏型光時域反射計（Phase-OTDR）和基于瑞利散射的相敏型光頻域反射計（Phase-OFDR）。論文的主要工作如下：1，詳細闡述Phase-OTDR傳感系統(tǒng)的探測原理，針對目前研究中光源線寬對傳感性能影響的具體機理及參數(shù)要求尚不明晰的問題，著重建立與光源線寬相關的瑞利散射光干涉及相干檢測理論模型，深入分析光源相干性與傳感信噪比的關系。理論分析結(jié)果表明：線寬會對傳感信噪比產(chǎn)生較大影響，隨著線寬展寬，檢測信噪比將呈指數(shù)衰減。當光源線寬從2kHz增至1MHz，系統(tǒng)檢測信噪比下降4.3dB?；?/p>
4、于可調(diào)線寬激光器開展相關實驗，實驗結(jié)果表明：當光源線寬從2kHz展寬到1MHz，檢測信噪比下降4.1dB。線寬因素的實驗結(jié)果與理論推導的結(jié)果相吻合。2，搭建基于瑞利散射的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)（Phase-OTDR）樣機。詳細介紹整個Phase-OTDR系統(tǒng)樣機光學結(jié)構(gòu)和信號數(shù)據(jù)處理流程。在光源線寬實驗結(jié)果的指導下，選取2kHz線寬激光源作為種子光源；采用光學相干檢測的技術(shù)方案，有效實現(xiàn)振動幅度和相位的解調(diào)；采用并行處理的數(shù)據(jù)分析算法，實現(xiàn)動態(tài)應變的分布式快速監(jiān)測及實時分析。搭建動態(tài)應變測試平臺，對整個
5、傳感系統(tǒng)樣機測試，實驗結(jié)果表明：傳感距離5km，空間分辨率5m，傳感信噪比達到36dB，振動響應頻率達到1500Hz，且樣機具備實時運行監(jiān)測功能。3，創(chuàng)新性提出一種基于相位直接解調(diào)的Phase-OFDR傳感技術(shù)，實現(xiàn)高空間分辨率的應變分布式監(jiān)測。針對此技術(shù)的優(yōu)勢進行詳細的理論分析及技術(shù)構(gòu)建，利用3×3耦合器的光路結(jié)構(gòu)，通過對光信號進行移相以及配合差分相乘的算法，實現(xiàn)對應變致相位變化的直接解調(diào)，同時克服了光源調(diào)諧不穩(wěn)定性的影響。相關實驗結(jié)果表明：此Phase-OFDR方案能夠檢測和區(qū)分毫米級別的多個斷點，
6、在200m長的傳感光纖上，實I現(xiàn)10cm空間分辨率，100Hz動態(tài)應變檢測，同時兼具靜態(tài)應變監(jiān)測的功能應變傳感靈敏度達到1με。關鍵詞：分布式光纖傳感、相位解析、動態(tài)應變IIAbstractDistributeddynamicstrainfibersensingisasensingschemethatutilizeslighttransmittinginanopticalfiberasacarriertodetecttheexternaldisturbance.Comparedwiththeexisti
7、ngmechanicalandelectricaldetectionsolutions,opticalfibersensortechnologysolutionhastheadvantageofanti-electromagneticinterference,long-distancedetectionrange,andwidefrequencybandwidthandsoon.Atpresent,theresearchofdistributeddynamicstraindetectionschemes
8、mainlyfocusonRayleighscatteringandBrillouinscatteringdetectionschemes.Phase-OTDRandOFDR,whicharebothbasedontheRayleighbackscatteringscheme,havemoreapplicationpotentialandresearchsignificanceintakingaccountofthefastresponse
