BOTDA分布式光纤温度测量系统研究

发布时间：2017-05-23 16:06

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【摘要】：分布式布里渊光纤传感器是近年来国际上研究最具潜力的传感技术之一,该技术在石油管道、桥梁、大坝、地铁、隧道等大型工程结构的健康监测中具有非常重要的应用价值。本文主要包括以下几部分内容： 1)详细概述了布里渊光纤传感系统研究现状,分析了光纤中布里渊散射原理及温敏特性,建立了布里渊频移与温度之间函数关系； 2)提出了利用电光调制(EOM)移频技术进行分布式光纤布里渊温度传感新方法,解决了使用两台激光器存在的系统结构复杂、工作不稳定等问题,通过实验观测到了电光调制输出光,提出了避免电光调制输出双边带光对传感系统影响的方法； 3)设计并研制了光电转换电路、背景光调节电路、程控增益放大电路、滤波电路和窄脉冲产生电路,对光电转换电路的探测能力进行了实验,测试结果表明：该电路可以探测到20nw的窄脉冲激光信号,满足布里渊微弱信号探测的需要,该电路还具有根据背景光和信号光的强度自动调节零点和增益的功能； 4)针对布里渊信号信噪比低的问题,提出了利用数字平均法对传感信号进行处理的方法,分析数字平均法的测量原理、实现方法及算法,采用VB语言编程实现了数据的采集处理； 5)通过理论和实验研究了标准单模光纤的受激布里渊散射阈值,测得4km的普通单模光纤的输入阈值为7mW；结合研制的软硬件,搭建了基于EOM的分布式布里渊光纤温度传感系统实验装置,对F-28标准单模光纤进行了温度测量实验和温度分布测量实验,测得温度系数为1M/℃；测量的空间分辨率为20m。
【关键词】：布里渊散射 分布式光纤传感器 温度传感器 电光调制 多点数字平均处理
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH811
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 概述14
• 1.2 分布式布里渊光纤传感技术研究现状14-18
• 1.2.1 基于自发布里渊散射的传感技术15-16
• 1.2.2 基于受激布里渊散射的传感技术16-18
• 1.3 布里渊散射信号的检测与处理方法18-20
• 1.4 本文主要要做的工作20-22
• 第二章 BOTDA传感原理分析22-27
• 2.1 光纤中的光散射22
• 2.2 光纤中的布里渊散射22-25
• 2.3 布里渊散射光的温敏特性25-26
• 2.4 光纤空间定位技术26
• 2.5 小结26-27
• 第三章 基于电光调制移频的传感新方法27-34
• 3.1 BOTDA传感原理27-28
• 3.2 基于电光调制器的传感系统方案28-30
• 3.3 传感系统方案的改进30-31
• 3.4 EOM输出信号观测31-33
• 3.5 小结33-34
• 第四章 光电探测与处理电路研制34-49
• 4.1 光电探测与放大电路设计34-40
• 4.1.1 总体设计方案34-35
• 4.1.2 光电转换电路设计35-38
• 4.1.4 探测电路性能测试38-40
• 4.2 信号处理电路设计40-44
• 4.3 脉冲电路设计44-48
• 4.4 小结48-49
• 第五章 信号采集处理49-58
• 5.1 数字平均算法原理49-51
• 5.2 实现方法51-52
• 5.3 算法分析52
• 5.4 系统的软件设计52-57
• 5.4.1 数据采集卡的选择52-54
• 5.4.2 数字平均处理流程图54-55
• 5.4.3 软件实现55-57
• 5.5 小结57-58
• 第六章 光纤中受激布里渊散射阈值研究58-62
• 6.1 理论分析58-59
• 6.2 实验测量59-61
• 6.3 实验分析61
• 6.4 小结61-62
• 第七章 分布式布里渊光纤传感系统研究62-70
• 7.1 实验装置62-63
• 7.2 温度测量实验63-65
• 7.3 分布式温度测量实验65-69
• 7.3.1 实验操作过程65-67
• 7.3.2 分布式传感实验67-69
• 7.4 小结69-70
• 第八章 总结与展望70-72
• 8.1 总结70-71
• 8.2 展望71-72
• 参考文献72-74
• 致谢74-75
• 研究成果及发表的学术论文75-76
• 作者和导师简介76-77
• 附件77-78

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1 延凤平,单英,简水生;受激布里渊散射光纤陀螺(SBS-FOG)中传输光偏振稳定性的研究[J];铁道学报;2001年02期

2 汤秀章，，姚刚，王孝君;KrF激光在SF_6气体中受激布里渊散射的研究[J];中国原子能科学研究院年报;1994年00期

3 ;其他应用[J];中国光学与应用光学文摘;2001年02期

4 巩稼民,梁猛,王永昌,方强,梁青;SRS、SBS效应对双向光纤通信系统中光信号功率的衰减[J];西安交通大学学报;2000年07期

5 何伟明,杨s

本文编号：388413