多机理多参量分布式光纤传感技术的基础研究

论文摘要

分布式光纤传感器（Distributed Optical-fiber Sensor,简称DOFS）除了具有一般光纤传感器抗电磁干扰、耐腐蚀以及电绝缘性好等优点,还能在沿光纤路径上得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息。分布式光纤传感器的传感机理包括基于后向散射技术、基于光干涉技术、基于光纤布拉格光栅的准分布式技术、基于偏振光时域反射技术等。而基于后向散射的分布式光纤传感技术中又包括基于瑞利散射的传感技术、基于拉曼效应的传感技术、基于布里渊效应的传感技术等。这些传感机理中布里渊分布式光纤传感可以实现对温度和应变的测量,拉曼分布式光纤传感可以实现对温度的测量,光纤布拉格光栅传感可以实现对温度和应变的准分布式测量,光干涉分布式传感可以实现对外界振动的测量。文中将不同传感机理的分布式光纤传感相结合从而实现多参量的测量。首先针对布里渊分布式光纤传感存在交叉敏感问题,即难以实现对温度和应变的同时测量,提出并实现了双光纤系统进行双参量的测量。接着考虑到布里渊光时域分析技术和马赫曾德尔干涉仪分布式光纤传感技术都采用环路结构,提出共用主要光器件、传感光纤的方案将两种传感机理结合在一套系统中,实现对温度（或应力）和振动的共同测量。再注意到布里渊散射对温度和应力都敏感,而拉曼散射只对温度敏感,实现将拉曼与布里渊散射结合在一起进行双参量测量。最后将布拉格光栅与布里渊分布式光纤传感相结合,提出点式与分布式相结合的多参量测量。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 分布式光纤传感技术（DOFS）
• 1.2.1 分布式光纤传感技术的发展概况及现状
• 1.2.2 主要分布式光纤传感机理介绍
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 多机理多参量传感技术
• 2.1 不同传感机理的特点
• 2.2 布里渊分布式光纤传感机理及交叉敏感问题
• 2.2.1 布里渊散射及布里渊频移
• 2.2.2 布里渊频移温度特性
• 2.2.3 布里渊频移应变特性
• 2.2.4 布里渊散射中的交叉敏感问题
• 2.3 布里渊传感与其它传感相结合
• 2.3.1 布里渊双参量矩阵法
• 2.3.2 布里渊散射结合拉曼散射测量法
• 2.3.3 双布里渊频移同时测量法
• 2.3.4 布里渊散射结合布拉格光栅测量法
• 2.4 本章小结
• 第三章 多机理多参量布里渊传感技术
• 3.1 布里渊结合拉曼散射测量方法
• 3.1.1 Simplex编码光外调制
• 3.1.2 布里渊散射拉曼散射共同检测系统
• 3.2 布里渊与布拉格光纤光栅相结合测量
• 3.2.1 布拉格光纤光栅的应变和温度响应
• 3.2.2 布里渊散射与光纤光栅共同检测系统
• 3.3 布里渊散射结合马赫曾德尔干涉传感技术
• 3.3.1 马赫曾德尔干涉传感原理
• 3.3.2 互相关函数定位原理
• 3.3.3 BOTDA与Mach-Zehnder干涉相结合系统
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验结果
• 4.1 双光纤双参量BOTDA传感系统
• 4.1.1 双光纤双参量检测原理
• 4.1.2 双光纤种类的选择
• 4.1.3 双光纤双参量测试系统
• 4.2 BOTDA与马赫曾德尔相结合系统实验结果
• 4.2.1 实验测试系统构建
• 4.2.2 实验参数选择
• 4.2.3 马赫曾德尔振动传感测试结果
• 4.2.4 布里渊温度传感测试结果
• 4.3 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文情况