基于φ-OTDR的光纤分布式宽频振动传感技术研究

发布时间：2023-06-02 21:16

　　随着经济技术的发展,我国已进入大型基础设施的大规模建设阶段,其中主要包括地下传输系统(如给排水管道、燃气管道、煤炭传输系统),轨道交通系统(如高铁轨道、地铁轨道、轻轨轨道)和大型土木建筑(如大型桥梁)等,实际应用中需要监测这些长距离基础设施的健康状态,并且在故障发生时能迅速识别并报警。故障发生时常伴随应变、温度和振动等多个物理量的变化,其中振动是比较重要的测试参数之一,如管道的裂缝、泄漏,土木结构中材料的断裂等都伴随振动事件的发生,这些振动事件的频率范围可高达兆赫兹数量级。目前采用的监测方式主要为电传感器,该类传感器大都是点式传感结构、且易受到电磁干扰并需要实时实地电力供应。分布式光纤传感能对传感光纤沿线每一个位置实现远程实时监测,并且具有抗电磁干扰,体积小和多点测量等优势。目前,能实现真正分布式测量的系统主要基于后向散射原理,然而现有基于后向散射的分布式振动监测系统的频率响应范围受到监测距离的限制,特别是在长达几十甚至上百公里的长距离监测应用中。本文针对现有基于后向瑞利散射技术的光纤分布式振动传感中存在的问题,以长距离分布式振动监测中实现宽频率响应和高空间分辨率为目标展开研究,分析了...

【文章页数】：103 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 光纤分布式振动传感技术研究现状
        1.2.1 光纤准分布式振动传感技术
        1.2.2 基于干涉原理的光纤分布式振动传感技术
        1.2.3 基于后向散射原理的光纤分布式振动传感技术
    1.3 本文的研究意义及内容
2 基于 φ-OTDR的宽频振动传感技术理论基础
    2.1 引言
    2.2 基于 φ-OTDR的分布式传感技术原理
        2.2.1 光纤中的后向瑞利散射
        2.2.2 基于后向瑞利散射的 φ-OTDR
        2.2.3 φ-OTDR的信号处理技术
    2.3 φ-OTDR的探测频率拓宽技术
        2.3.1 φ-OTDR与干涉仪的融合
        2.3.2 振动测量的非均匀采样模型
3 基于 φ-OTDR与干涉仪融合的振动传感系统
    3.1 引言
    3.2 基于调制光脉冲的融合型传感系统
        3.2.1 基于调制光脉冲的融合型传感系统的工作原理
        3.2.2 基于调制光脉冲的融合型传感系统的振动测量实验
        3.2.3 振动测量实验结果分析与讨论
    3.3 基于时间复用技术的融合型传感系统
        3.3.1 基于时间复用技术的融合型传感系统的工作原理
        3.3.2 基于时间复用技术的融合型传感系统的振动测量实验
        3.3.3 振动测量实验结果分析与讨论
    3.4 本章小结
4 基于频分复用技术的 φ-OTDR振动传感系统
    4.1 引言
    4.2 基于频分复用技术的 φ-OTDR传感系统的工作原理
        4.2.1 基于频分复用技术的 φ-OTDR传感系统的理论分析
        4.2.2 基于频分复用技术的 φ-OTDR传感系统的信号处理
    4.3 基于频分复用技术的 φ-OTDR传感系统的振动测量实验
    4.4 振动测量实验结果分析与讨论
    4.5 本章小结
5 基于非均匀周期采样的 φ-OTDR振动传感系统
    5.1 引言
    5.2 基于非均匀周期采样的 φ-OTDR传感系统的工作原理
    5.3 基于非均匀周期采样的 φ-OTDR传感系统的振动测量实验
    5.4 振动测量实验结果分析与讨论
    5.5 本章小结
6 全文总结与展望
    6.1 内容总结
    6.2 论文创新点
    6.3 论文不足及进一步研究展望
致谢
参考文献
附录
    A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文
    B. 作者在攻读博士学位期间取得的科研成果目录



本文编号：3828059