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基于分布式布里渊光时域分析技术的形状传感研究

发布时间:2018-06-19 05:06

  本文选题:布里渊散射 + 布里渊光时域分析 ; 参考:《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文


【摘要】:经过几十年的发展,光纤传感技术在温度、振动、应变等环境变量的监测上已经有了长足的进步。布里渊光时域分析技术就是一门发展成熟的光纤传感技术。如何将测量到的基本变量利用算法得到更加复杂的监测变量成为光纤传感技术的另一条发展方向。光纤形状传感是利用光纤同时测量到的应变数据,经过特殊的算法将监测物体的形状还原出来的一种传感技术。光纤形状传感技术广泛应用于医疗、航空航天、智能系统以及结构健康监测等等领域,具有极大的应用潜力。本文研究的基于布里渊光时域分析的光纤形状传感技术具有长距离、分布式的特点,具体内容如下:(1)从理论上阐述了布里渊光时域分析技术中泵浦脉冲宽度与布里渊功率谱之间的关系,解释了差分脉冲对布里渊光时域分析技术提高空间分辨率的原理;推导了描述空间曲线特征的弗莱纳-雪列方程,将弯曲与布里渊频移联系起来,为后面的实验和算法提供了理论基础。(2)搭建了布里渊光时域分析系统,设计并制作了一种二维光纤形状传感器,对制作的形状传感器进行了详细的实验,实验中验证了布里渊频移变化量与弯曲曲率的关系,证明了二维形状传感器的温度不灵敏特性,最后完成了二维形状传感的数据采集、形状还原和误差分析。(3)完成了单模光纤和多芯光纤对光实验,并成功对多芯光纤的纤芯进行了定位,实现了多芯光纤形状特征参数的解调,对误差产生的原因进行了分析。
[Abstract]:After decades of development, optical fiber sensing technology in temperature, vibration, strain and other environmental variables monitoring has made great progress. Brillouin optical time domain analysis technology is a mature optical fiber sensing technology. How to obtain more complex monitoring variables by using the measured basic variables becomes another development direction of optical fiber sensing technology. Optical fiber shape sensing is a kind of sensing technology which uses the strain data measured simultaneously by optical fiber and restores the shape of monitoring object by special algorithm. Optical fiber shape sensing technology is widely used in medical, aerospace, intelligent systems and structural health monitoring, and has great application potential. The optical fiber shape sensing technology based on Brillouin optical time domain analysis studied in this paper has the characteristics of long distance and distributed. The main contents are as follows: (1) the relationship between the pump pulse width and Brillouin power spectrum in Brillouin optical time domain analysis technique is expounded theoretically, and the principle of improving spatial resolution by differential pulse pair Brillouin optical time domain analysis technique is explained. The Fliner-Snow equation describing the characteristics of the spatial curve is derived. The bending and Brillouin frequency shift are related to each other, which provides a theoretical basis for the later experiments and algorithms. (2) A Brillouin optical time domain analysis system is built. A two-dimensional fiber optic shape sensor is designed and fabricated. The experimental results show the relationship between Brillouin frequency shift and bending curvature. The temperature insensitivity of the two-dimensional shape sensor is proved. Finally, the data acquisition, shape reduction and error analysis of the two-dimensional shape sensor are completed. The fiber core of the multi-core fiber is successfully located, the demodulation of the shape characteristic parameters of the multi-core fiber is realized, and the cause of the error is analyzed.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN253;TP212

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本文编号:2038584

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