BOTDR应变检测仪设计

发布时间：2020-07-26 08:18

【摘要】：随着我国城市化进程的加快,城市的发展方式和产业结构不断升级,为了满足城市现代化的需求,诸如地铁、桥梁及城市综合管廊等大型基础工程设施日益增多,其结构损伤容易引起事故,威胁人民财产和人身安全。由于基础工程设施具有铺设规模大、覆盖范围广、地质条件复杂与服役周期长等特点,对其健康状况的检测和安全事故的预防都提出了不小的挑战。因此,在基础工程设施安防领域亟需一种大范围、在线稳定监测结构损伤的手段。针对大型基础设施结构健康监测传统技术存在的维护成本高、测量范围有限、敏感元件易腐蚀及信息反馈周期长等诸多问题,研究以单根光纤作为传感和信号传输单元的BOTDR分布式光纤应变检测技术。针对该技术中电光调制器易受环境温度等因素影响,造成调制脉冲消光比不稳定的问题,提出一种SOA脉冲调制新方法,解决现有BOTDR应变检测稳定性问题,研发一种SOA脉冲调制式BOTDR应变检测仪,为基础工程设施安防提供一种结构损伤大范围、在线稳定监测技术,具有易维护、测量范围大、测量稳定性好、本质安全、抗电磁干扰和耐腐蚀等优势。本文主要从以下几个方面展开研究:(1)理论分析声光调制器与电光调制器的调制特性,针对声光调制器存在的调制速率慢以及电光调制器存在的调制不稳定的问题,深入研究SOA的脉冲调制特性,提出一种基于SOA脉冲调制的BOTDR应变检测方法;(2)设计SOA脉冲调制式BOTDR应变检测方案,选型关键器件,设计并编写MFC上位机监控软件,搭建实验系统,在线采集布里渊散射信号,实现应变信息的稳定解调;(3)实验研究消光比稳定性对系统信噪比的影响,对比声光调制器、电光调制器与SOA调制的脉冲特性与稳定性,测试并验证其对布里渊散射时序曲线和应变检测的影响。(4)理论分析空间分辨率、信噪比与测量精度等性能的影响因素,并实验验证脉冲宽度、入纤峰值功率、带通滤波器以及平均次数等因素对空间分辨率、信噪比与测量精度等性能的影响。(5)通过上述研究,匹配优化器件参数,权衡系统性能与响应速率,选择最优化方案,最终完成BOTDR应变检测仪系统集成与指标测试。测试指标表明研制的SOA脉冲调制式BOTDR应变检测仪可实现稳定可靠的应变检测,空间分辨率为1m,传感距离达27km,且当传感距离为10km时,应变检测精度为±60με。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH823.3

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本文编号：2770521