基于PA-OFDR的分布式光纤双折射表征及复合材料检测应用探索
发布时间：2020-05-16 22:27
【摘要】：论文基于在光频域反射(OFDR)技术中使用二进制磁光晶体研制的首个光纤分布式偏振分析系统——偏振分析光频域反射系统(PA-OFDR),主要围绕单模光纤分布式双折射表征,包括弯曲-双折射系数的测量、残余双折射的测量、压力-双折射系数的测量等,以及该系统在复合材料弯曲形变检测的应用探索等方面展开研究。主要内容和创新点如下:1.PA-OFDR通过对单模光纤中的散射光偏振态变化进行分析,实现沿光纤分布的双折射信息的精确测量,其双折射测量分辨率2×10~(-7),双折射空间分辨率为0.25mm,反射空间分辨率为10μm,测量范围为100m,后向散射灵敏度可达-130dB。通过沿光纤分布式布置12个不同半径的光纤环模拟弯曲诱导双折射,利用PA-OFDR系统首次准确测得单模光纤的弯曲-双折射系数为6.601×10~(-10)m~2,与理论结果一致,验证了单模光纤弯曲诱导双折射理论公式的正确性。2.利用标准化的商用高精度非分布式偏振分析系统(NPA)对12个不同半径的单模光纤环模拟的弯曲诱导双折射分别进行测量,得到弯曲-双折射系数为6.490×10~(-10)m~2,与分布式测量结果的相对误差仅为1.68%,交叉相互验证了二者测量的准确性。使用两系统分别测量了单模光纤残余双折射,测量结果一致性好,相对误差仅为0.59%。3.使用PA-OFDR测量了无涂覆、普通涂覆以及金色涂覆单模光纤的压力-双折射系数分别为9.012×10~(-8)m/N、5.839×10~(-8)m/N、8.707×10~(-8)m/N,验证了压力诱导双折射理论公式的正确性,同时使用NPA测量了无涂覆光纤的压力-双折射系数为8.977×10~(-8)m/N,与分布式测量结果相对误差仅为0.39%,验证了PA-OFDR进行高精度分布式光纤压力传感的可行性。4.在碳纤维复合材料中嵌入光纤,通过对光纤双折射的测量反映复合材料发生不同程度的弯曲形变时其内部压力的变化情况,初步证明了分布式偏振分析系统在材料检测方面的应用价值。
【图文】：
图 1-1 OTDR 的工作原理图术的提出，国内外诸多研究者都开始了对分布式传DR 的分布式光纤传感方面，1980 年，Rogers[2]首次cal Time Domain Reflectometry, POTDR）技术可以用1981 年，Kim[3]等人使用 POTDR 非分布式地测量了98 年，Ellison[4]等人基于 POTDR 测量了光纤中固有分辨率为 0.3m，可用于监控制造过程中光纤的双折年，，Cameron[5]等人将 POTDR 用于测量光纤通信系化引起的偏振模色散的波动。2001 年，Wuilpart[6]等术提出了一种测量单模光纤中双折射空间分布的传hang[7]等人基于 POTDR 技术提出了一种分布式光纤，实现了空间分辨率为 10m 的分布式动态测量。射的分布式光纤传感方面，1983 年，Hartog[8]提出了
图 1-2 OFDR 的工作原理图R 技术主要用于光纤链路的分布式测量，测量距离一般在am[31]等人使用调频单纵模半导体激光器作为光源，利用空间分辨率对光纤故障的定位检测。1988 年，Dolfi[32]等 位巴克编码相位反转光调制器，实现了 mm 量级的空间assy[[33]等人研究了由激光器频率扫描的非线性引起的 O辅助干涉仪校正光频扫描中的非线性，使 OFDR 系统的0 年，Oberson[34]等人基于采用窄线宽（约 10kHz）可调反射率测量，该系统灵敏度为-110dB、动态范围为 8间分辨率为 16cm，在约 5m 的短距离测量时空间分辨率窄线宽技术和非线性相位噪声补偿方法的进步，OFDR 年，Geng[35]等人使用窄线宽光纤激光器作为 OFDR 系统测量。2013 年，Ding[36]等人采用去斜滤波技术对 OFDR
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN253;TB33
本文编号：2667441
【图文】：
图 1-1 OTDR 的工作原理图术的提出，国内外诸多研究者都开始了对分布式传DR 的分布式光纤传感方面，1980 年，Rogers[2]首次cal Time Domain Reflectometry, POTDR）技术可以用1981 年，Kim[3]等人使用 POTDR 非分布式地测量了98 年，Ellison[4]等人基于 POTDR 测量了光纤中固有分辨率为 0.3m，可用于监控制造过程中光纤的双折年，，Cameron[5]等人将 POTDR 用于测量光纤通信系化引起的偏振模色散的波动。2001 年，Wuilpart[6]等术提出了一种测量单模光纤中双折射空间分布的传hang[7]等人基于 POTDR 技术提出了一种分布式光纤，实现了空间分辨率为 10m 的分布式动态测量。射的分布式光纤传感方面，1983 年，Hartog[8]提出了
图 1-2 OFDR 的工作原理图R 技术主要用于光纤链路的分布式测量，测量距离一般在am[31]等人使用调频单纵模半导体激光器作为光源，利用空间分辨率对光纤故障的定位检测。1988 年，Dolfi[32]等 位巴克编码相位反转光调制器，实现了 mm 量级的空间assy[[33]等人研究了由激光器频率扫描的非线性引起的 O辅助干涉仪校正光频扫描中的非线性，使 OFDR 系统的0 年，Oberson[34]等人基于采用窄线宽（约 10kHz）可调反射率测量，该系统灵敏度为-110dB、动态范围为 8间分辨率为 16cm，在约 5m 的短距离测量时空间分辨率窄线宽技术和非线性相位噪声补偿方法的进步，OFDR 年，Geng[35]等人使用窄线宽光纤激光器作为 OFDR 系统测量。2013 年，Ding[36]等人采用去斜滤波技术对 OFDR
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN253;TB33
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1 尚艳玲;基于PA-OFDR的分布式光纤双折射表征及复合材料检测应用探索[D];河北大学;2019年
本文编号：2667441
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