辐射环境中BOTDR系统的恢复特性研究
发布时间：2022-01-13 01:23
布里渊光时域反射计（Brillouin optical time domain reflectometer,BOTDR）作为一种分布式光纤传感技术,具有抗电磁干扰、重量轻、体积小等诸多优点,因而被广泛地应用在地面大型结构健康监测领域。航天领域的研究人员也开始考虑将该技术引入航天器的结构监测。然而,航天器的工作环境存在空间辐射,会导致BOTDR系统的性能逐渐恶化。因此需要通过实验对BOTDR系统在辐射环境下的性能表现进行研究。辐射会在光纤中产生色心结构缺陷,导致其传感性能恶化。然而色心并非永久存在,而能不断自我修复。因此光纤在辐射环境中的性能变化其实是色心不断生成和修复共同作用的结果。通常地面模拟空间辐射实验并没有考虑恢复效应对传感光纤性能的影响。如果将恢复特性引入光纤在辐射环境下的性能变化模型中,会大大完善BOTDR系统在辐射环境下损伤的评估模型,从而减少航天器中BOTDR系统冗余设计。为了研究BOTDR系统的辐射恢复特性,本文将三种商用单模G.652.D光纤,1km长飞、1km康宁和1.5km藤仓作为BOTDR系统的传感光纤。将其放置在Co60辐射场中接受辐射速率为1.42Gy/mi...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－丨光纤中的布里渊散射示意图??在光纤中，不考虑光纤色散的影响，假设入射光的角频率为光纤中的声??
给ＢＯＴＤＲ在空间中应用提供参考。??因此，为了获取常用的单脉冲ＢＯＴＤＲ系统的辐射恢复模型，设计了地面模??拟辐射恢复实验，其实验的原理图如图３－１所示。在ＢＯＴＤＲ系统中，激光源产??生的光通过耦合器１被分为两束，其中一束光被脉冲调制器调制成４０ｎｓ的脉冲??探测光，并注入到待测光纤中。之后，从待测光纤中返回的背向布里渊散射光会??经由环形器在耦合器２中和另一束激光耦合。通过光电二极管接收耦合光，并在??微波扫频技术的帮助下获取电信号，从而能够获取光纤沿线的背向布里渊散射??谱。??关于样品待测光纤，虽然许多知名厂家具备制造抗辖射光纤的能力，然而，??１６??
??方式如原理图３－１中所示，将待施加拉力的光纤段缠绕在光纤盘上，并将光纤盘??撑幵一个小缝并固定住。??图３－２等距辐照面原理示意图??为了保证辐射场中三种样品光纤吸收的辐射剂量一致，引入了等距辐照面模??型来分析，如图３－２所示。首先，对于辐射场中的辐照体，其吸收的辐射剂量率??是和其与辐射源的距离平方成反比的。因此，在本实验中，以钴源为圆心的等半??径圆上放置三种光纤，则样品光纤吸收的辐射剂量是相同的。另外，虽然光纤盘??本身存在一定的体积，可能会造成不同部分的光纤吸收的辐射剂量不一致。但是??考虑到在本实验中，样品光纤的体积在ｌ〇ｃｍ３以下，因此可以认为样品光纤受到??的辐射是均匀的。具体的光纤样品尺寸和摆放方式如图３－３所示。??ｙ＿??图３－３光纤样品的实际尺寸和摆放方式??实验中具体的实验参数如下：??激光源的波长为１５５０ｎｍ；??
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间辐射物理及应用研究现状与挑战[J]. 陈伟,杨海亮,郭晓强,姚志斌,丁李利,王祖军,王晨辉,王忠明,丛培天. 科学通报. 2017(10)
[2]载人航天空间辐射主动防护方法[J]. 许峰,白延强,吴大蔚,杨成佳,刘洪涛,马洪波,贾向红. 航天医学与医学工程. 2012(03)
[3]空间用特种光纤的辐射致衰减效应[J]. 王学勤,张春熹,金靖,宋凝芳,袁慧铮. 红外与激光工程. 2011(12)
[4]辐射对光纤传感器性能影响的研究进展[J]. 周次明,张方,丁立,姜德生. 激光与光电子学进展. 2011(04)
[5]线性稳压器不同偏置下电离总剂量及剂量率效应[J]. 王义元,陆妩,任迪远,高博,席善斌,许发月. 原子能科学技术. 2010(S1)
[6]空间站:人类的太空居所[J]. 刘清. 科学之友（A版）. 2008(12)
[7]格雷互补序列在BOTDR中的应用研究及性能分析[J]. 李永倩,程效伟. 华北电力大学学报(自然科学版). 2008(01)
[8]隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究[J]. 施斌,徐学军,王镝,王霆,张丹,丁勇,徐洪钟,崔何亮. 岩石力学与工程学报. 2005(15)
[9]空间辐射对光通信中光纤的影响[J]. 黄常春,幺周石,胡渝. 光通信技术. 2004(11)
[10]空间辐射环境中的辐射效应[J]. 王同权,沈永平,王尚武,张树发. 国防科技大学学报. 1999(04)
硕士论文
[1]多类型光纤传感系统数据网络传输研究[D]. 左红梅.电子科技大学 2013
[2]空间辐射环境对掺铒光纤放大器（EDFA）的性能影响研究[D]. 唐成.哈尔滨工业大学 2007
[3]EDFA在空间辐射环境中性能分析[D]. 黄常春.电子科技大学 2005
本文编号：3585784
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－丨光纤中的布里渊散射示意图??在光纤中，不考虑光纤色散的影响，假设入射光的角频率为光纤中的声??
给ＢＯＴＤＲ在空间中应用提供参考。??因此，为了获取常用的单脉冲ＢＯＴＤＲ系统的辐射恢复模型，设计了地面模??拟辐射恢复实验，其实验的原理图如图３－１所示。在ＢＯＴＤＲ系统中，激光源产??生的光通过耦合器１被分为两束，其中一束光被脉冲调制器调制成４０ｎｓ的脉冲??探测光，并注入到待测光纤中。之后，从待测光纤中返回的背向布里渊散射光会??经由环形器在耦合器２中和另一束激光耦合。通过光电二极管接收耦合光，并在??微波扫频技术的帮助下获取电信号，从而能够获取光纤沿线的背向布里渊散射??谱。??关于样品待测光纤，虽然许多知名厂家具备制造抗辖射光纤的能力，然而，??１６??
??方式如原理图３－１中所示，将待施加拉力的光纤段缠绕在光纤盘上，并将光纤盘??撑幵一个小缝并固定住。??图３－２等距辐照面原理示意图??为了保证辐射场中三种样品光纤吸收的辐射剂量一致，引入了等距辐照面模??型来分析，如图３－２所示。首先，对于辐射场中的辐照体，其吸收的辐射剂量率??是和其与辐射源的距离平方成反比的。因此，在本实验中，以钴源为圆心的等半??径圆上放置三种光纤，则样品光纤吸收的辐射剂量是相同的。另外，虽然光纤盘??本身存在一定的体积，可能会造成不同部分的光纤吸收的辐射剂量不一致。但是??考虑到在本实验中，样品光纤的体积在ｌ〇ｃｍ３以下，因此可以认为样品光纤受到??的辐射是均匀的。具体的光纤样品尺寸和摆放方式如图３－３所示。??ｙ＿??图３－３光纤样品的实际尺寸和摆放方式??实验中具体的实验参数如下：??激光源的波长为１５５０ｎｍ；??
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间辐射物理及应用研究现状与挑战[J]. 陈伟,杨海亮,郭晓强,姚志斌,丁李利,王祖军,王晨辉,王忠明,丛培天. 科学通报. 2017(10)
[2]载人航天空间辐射主动防护方法[J]. 许峰,白延强,吴大蔚,杨成佳,刘洪涛,马洪波,贾向红. 航天医学与医学工程. 2012(03)
[3]空间用特种光纤的辐射致衰减效应[J]. 王学勤,张春熹,金靖,宋凝芳,袁慧铮. 红外与激光工程. 2011(12)
[4]辐射对光纤传感器性能影响的研究进展[J]. 周次明,张方,丁立,姜德生. 激光与光电子学进展. 2011(04)
[5]线性稳压器不同偏置下电离总剂量及剂量率效应[J]. 王义元,陆妩,任迪远,高博,席善斌,许发月. 原子能科学技术. 2010(S1)
[6]空间站:人类的太空居所[J]. 刘清. 科学之友（A版）. 2008(12)
[7]格雷互补序列在BOTDR中的应用研究及性能分析[J]. 李永倩,程效伟. 华北电力大学学报(自然科学版). 2008(01)
[8]隧道健康诊断BOTDR分布式光纤应变监测技术研究[J]. 施斌,徐学军,王镝,王霆,张丹,丁勇,徐洪钟,崔何亮. 岩石力学与工程学报. 2005(15)
[9]空间辐射对光通信中光纤的影响[J]. 黄常春,幺周石,胡渝. 光通信技术. 2004(11)
[10]空间辐射环境中的辐射效应[J]. 王同权,沈永平,王尚武,张树发. 国防科技大学学报. 1999(04)
硕士论文
[1]多类型光纤传感系统数据网络传输研究[D]. 左红梅.电子科技大学 2013
[2]空间辐射环境对掺铒光纤放大器（EDFA）的性能影响研究[D]. 唐成.哈尔滨工业大学 2007
[3]EDFA在空间辐射环境中性能分析[D]. 黄常春.电子科技大学 2005
本文编号：3585784
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