智能电网中的分布式光纤传感技术及应用研究

论文摘要

本论文以智能电网中对于电缆、变压器绕阻等大电流发热器件的温度、应力测量监控为背景,主要论述了光纤光栅温度传感器、布里渊光时域反射仪温度、应力分布式传感器、布里渊光时域分析仪温度、应力分布式传感器这三种光纤传感系统。论文每一章节均详细介绍了该传感器的应用范围、工作原理以及优缺点,并提出了相应的发明专利或实用新型系统设计,对现有系统进行了改进以获得更简单的结构,更好的性价比或者更优异的性能指标。并通过实验验证其可行性。为了获得更好的空间分辨率和温度、应力分辨率,论文设计了一种新型的基于布里渊光时域分析仪的光纤传感系统。并且鉴于该系统对光源的特殊要求,设计了一种基于微环外腔的窄线宽分布式反馈半导体激光器,采用弱耦合和控制损耗的方法使激光器输出光的线宽<100kHz,并通过仿真实验进行验证所设计的结构可以达到大约88kHz的窄线宽输出。此外,为了使该光源系统具有可调谐波长范围广、能够同时实现大范围波长间的粗调和在确定波长左右精调的特性,论文进一步设计了一种两微环阵列外腔结构,利用微环阵列的“游标效应”实现大约88kHz线宽, 62nm左右的扫描范围以及粗调精调两种波长扫描模式。论文最后提出了一种基于微环的光源器件单片集成设计,采用InP作为衬底材料,集成了两个窄线宽DFB激光器和光延时线,可以作为缩减商用化BOTDA系统成本的一个方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 智能电网中的光纤传感系统
• 1.3 论文研究的内容与安排
• 2 光纤光栅温度传感系统
• 2.1 光纤光栅传感的基本原理
• 2.2 一种简化的准分布式光纤光栅测温系统
• 2.3 系统性能分析
• 2.4 本章小结
• 3 基于布里渊光时域反射仪和光纤光栅的光纤传感系统
• 3.1 布里渊光时域反射仪传感原理
• 3.2 基于自发布里渊散射和光纤光栅融合的光纤传感系统
• 3.3 系统难点分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于布里渊光时域分析仪的分布式光纤传感系统
• 4.1 布里渊光时域分析仪传感原理
• 4.2 变压器绕阻变形和温度的分布式光纤在线监测系统
• 4.3 光纤埋入铜匝内弯折试验
• 4.4 本章小结
• 5 基于微环外腔的窄线宽分布式反馈半导体激光器
• 5.1 微环外腔压窄线宽原理
• 5.2 微环阵列的“游标效应”
• 5.3 仿真实验及数据分析
• 5.4 布里渊光时域分析仪中光源器件的单片集成设计
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读学位期间发表论文目录
• 附录 2 英文缩写对照表