基于弱反射光纤光栅的准分布式传感研究及应用

论文摘要

光纤传感器近年来引起了人们的很大关注，它由单点检测逐渐发展成为多点准分布式和全分布式检测。与光纤分布式传感相比，光纤准分布式传感具有更高的空间分辨率和信噪比，因此，它在很多工业应用中可以提供更高的测量精度。针对如何提高传感系统的容量以及如何改善传感信号的解调方法的问题，本论文主要提出了一种基于全同弱反射光栅光纤的准分布式传感系统。为了将此系统有效用于地震波监测，我们进行了温度、应变以及加速度等物理量的传感测量，具体完成的工作如下：(1)对光纤传感器进行了简单介绍，分析了当前各种分布式和准分布式传感技术的优缺点，提出了一种新型的准分布式传感系统，并介绍了主要其原理及理论模型。(2)利用Matlab软件对该传感系统的复用容量进行了仿真分析，考虑了光纤光栅反射率，光纤光栅之间间隔，延时光纤的传输损耗以及探测器的灵敏度和动态范围等因素的影响，仿真结果表明，当光栅反射率低于0.04%时，复用容量可以超过1000个。(3)搭建了基于弱反射光栅光纤的准分布式传感实验系统，整个传感系统复用了9个全同的弱反射光纤布拉格光栅，进行了温度的单点和多点的同步传感测量，温度的分辨率可以达到0.09℃，同时不会有传感信号的丢失，并且复用光栅的数目与仿真计算结果相符。(4)研究了该传感系统在地震监测方面的应用，包括应变和加速度的传感测量，应变传感的分辨率达到0.9με，设计了一种新型的活塞式光纤光栅加速度传感头，对其进行了加速度测量，获得了高达1157.72pm/g的灵敏度和8.64105g分辨率，测量结果与理论计算相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景及意义
• 1.3 光纤传感器
• 1.4 本论文主要研究内容
• 2 基于全同弱反射光纤布拉格光栅复用的传感网络理论研究
• 2.1 光纤光栅传感理论与传感模型
• 2.2 弱反射光纤布拉格光栅的传感理论研究
• 2.3 传感系统容量分析
• 2.4 本章小结
• 3 基于全同弱反射光纤光栅复用的传感网络实验研究
• 3.1 弱反射光纤布拉格光栅的制作
• 3.2 基于全同弱反射光纤光栅复用的传感网络系统的设计
• 3.3 信号解调和温度传感
• 3.4 传感系统复用容量分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于弱反射光纤光栅准分布式传感在地震监测中的应用
• 4.1 基于弱反射光纤光栅的准分布式应变传感研究
• 4.2 基于弱反射光纤光栅的准分布式加速度传感研究
• 4.3 新型光纤光栅加速度传感器的研究及应用
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表论文目录
• 附录 2 攻读硕士学位期期间获批和申请专利