基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术研究

发布时间：2021-05-17 01:26

　　目前,分布式布里渊光纤传感技术已广泛应用于公路、桥梁、隧道和油气管道等大型基础设施的结构健康监测领域。但是受限于传感器原理,传统的分布式布里渊光纤传感技术只能测量温度和应变信息。为了满足不断衍生出的实际测量需求,本论文提出基于光纤布里渊动态光栅的流体静压强/盐度分布式测量技术。该技术基于光纤的相双折射对流体静压强或盐度的敏感性,利用布里渊动态光栅测量光纤相双折射变化,从而实现对静压强/盐度的分布式测量。首先,本论文开展了布里渊动态光栅的理论研究,理论分析了影响传感性能的诸多因素,为优化实验系统参数、提高测量精度和传感距离提供理论支撑。本论文以布里渊增强型四波混频为理论模型,描述了布里渊动态光栅激发和读取过程。通过求解耦合波方程,数值分析探测光功率对光栅反射谱的影响,结果表明:提高探测光功率会降低反射率、展宽反射谱,降低信噪比和测量精度;研究了泵浦抽空效应对传感距离的限制,表明连续泵浦光会引起泵浦抽空效应,限制传感距离。因此,为了提升传感距离,应该采用脉冲泵浦光激发布里渊动态光栅。该内容为进一步优化系统、提高测量精度提供理论支撑。进而,针对相关学者对布里渊动态光栅能否测量相双折射仍存在争... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
        1.1.1 光纤分布式传感器的研究意义
        1.1.2 光纤流体静压强/盐度分布式测量技术的需求分析
        1.1.3 课题研究目的简述
    1.2 光纤布里渊动态光栅分布式测量技术研究现状
        1.2.1 布里渊动态光栅研究历程
        1.2.2 布里渊动态光栅分布式测量的研究现状
    1.3 光纤流体静压强/盐度测量研究现状
        1.3.1 光纤流体静压强测量技术研究现状
        1.3.2 光纤溶液盐度测量技术研究现状
        1.3.3 传统静压强/盐度测量技术研究现状总结
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 光纤中布里渊动态光栅理论研究
    2.1 引言
    2.2 受激布里渊散射与布里渊动态光栅产生机理
    2.3 光纤布里渊动态光栅特性分析
        2.3.1 相位匹配条件
        2.3.2 布里渊增强四波混频模型
        2.3.3 探测光对布里渊动态光栅反射谱的影响
        2.3.4 泵浦抽空效应对测量距离的限制
    2.4 本章小结
第3章 光纤相双折射和群双折射差异研究
    3.1 引言
    3.2 保偏光纤相双折射和群双折射的特性分析
        3.2.1 相双折射和群双折射介绍
        3.2.2 基于Sagnac干涉仪的光纤双折射测量技术
    3.3 保偏光纤中相双折射和群双折射的理论分析
        3.3.1 保偏光纤双折射的理论计算
        3.3.2 布里渊动态光栅测量相双折射的理论依据
        3.3.3 Sagnac干涉仪测量群双折射的理论依据
    3.4 光纤相双折射和群双折射的实验测量
        3.4.1 基于Sagnac干涉仪的光纤群双折射测量
        3.4.2 基于布里渊动态光栅的光纤相双折射测量
        3.4.3 实验结果的对比分析
    3.5 本章小结
第4章 基于布里渊动态光栅的流体静压强分布式测量技术研究
    4.1 引言
    4.2 流体静压强分布式测量技术的理论分析
        4.2.1 流体静压强对光纤布里渊频移的影响
        4.2.2 流体静压强对光纤双折射频移的影响
    4.3 基于布里渊动态光栅流体静压强分布式测量实验
        4.3.1 实验装置
        4.3.2 实验结果及分析
    4.4 静压强分布测量系统温度串扰补偿技术
    4.5 本章小结
第5章 基于布里渊动态光栅的盐度分布式测量技术研究
    5.1 引言
    5.2 基于溶胀材料光纤盐度传感器的理论分析
        5.2.1 大分子聚合材料吸湿溶胀原理
        5.2.2 聚酰亚胺材料溶胀特性
        5.2.3 理论分析涂覆层溶胀对传感光纤的影响
    5.3 基于布里渊动态光栅的光纤盐度分布式传感器
        5.3.1 聚酰亚胺涂覆层传感光纤的制备
        5.3.2 传感光纤及盐度测量过程介绍
        5.3.3 传感光纤布里渊频移的特性分析
        5.3.4 基于布里渊动态光栅的盐度分布式测量实验
        5.3.5 系统重复性的验证及温度自补偿特性
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]用于液压传感的双芯光子晶体光纤（英文）[J]. 李海涛,王晓亮,折丽娟,陈达如.  光子学报. 2017(07)
[2]Design of PANDA ring-core fiber with 10 polarization-maintaining modes[J]. Haozhe Yan,Shangyuan Li,Zhengyang Xie,Xiaoping Zheng,Hanyi Zhang,Bingkun Zhou.  Photonics Research. 2017(01)
[3]Industrial and medical applications of fiber Bragg gratings（Invited Paper）[J]. Zhengyong Liu,Hwa-Yaw Tam.  Chinese Optics Letters. 2016(12)
[4]Pressure dependence of Brillouin frequency shift in bare silica optical fibers[J]. 顾海栋,董惠娟,张广玉,何俊,徐宁,Douglas. J. Brown.  Chinese Optics Letters. 2012(10)



本文编号：3190795