光纤与光栅传感技术在环境监测中的应用研究

发布时间：2021-05-06 03:40

　　光纤传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、灵敏度高以及可以实现大范围监测等诸多优点,逐渐成为传感领域的研究热点。其中,基于瑞利散射的分布式光纤振动传感系统可对光纤沿线的振动、压力以及传输损耗等参量进行连续的测量,可应用于海底光缆、周界安防监测等领域;基于光纤光栅的传感技术具有便于复用组网而实现分布式传感等优势,被广泛用于环境监测、大型军民设施健康检测、石油管道安全监测等领域。本文重点针对长距离分布式光纤振动传感系统的研制和时分复用光纤光栅传感系统性能的提升开展深入的研究,完成的主要工作如下:第一,总结了瑞利散射型光纤传感技术与光纤光栅传感技术的国内外研究现状,阐述了光时域反射与相位光时域反射技术的工作原理,研究了光纤光栅温度及应变的传感原理。第二,设计了拉曼放大系统的硬件电路,搭建了基于拉曼放大的分布式光纤振动传感系统,并实现了60 km的传感测量。第三,分析了包括光栅长度、光栅折射率调制深度、切趾函数等不同光学参数对光纤光栅反射谱特性的影响,并在此基础上,利用OptiGrating仿真平台进行了特定弱反射率光栅的设计与研究。最后,为了提高时分复用光纤光栅温度传感系统的性能,采用了... 

【文章来源】：上海第二工业大学上海市

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 瑞利散射型光纤传感技术的研究现状
        1.2.2 光纤光栅传感技术的研究现状
    1.3 论文主要内容及章节安排
第二章 瑞利散射型光纤传感技术及光纤光栅传感技术原理
    2.1 光时域反射与相位光时域反射传感技术
        2.1.1 瑞利散射
        2.1.2 光时域反射技术
        2.1.3 相位光时域反射技术
    2.2 光纤光栅传感原理
        2.2.1 温度传感模型
        2.2.2 应变传感模型
    2.3 本章小结
第三章 基于拉曼放大的分布式光纤振动传感系统设计
    3.1 系统总体方案设计
        3.1.1 光纤拉曼放大技术
        3.1.2 基于拉曼放大的分布式光纤振动传感系统模型
    3.2 拉曼放大系统的硬件电路设计
        3.2.1 系统关键模块选型
        3.2.2 系统各模块电路原理图设计
        3.2.3 PCB板设计
    3.3 实验与分析
    3.4 本章小结
第四章 光纤光栅特性分析与弱反射率光栅设计
    4.1 光纤光栅特性分析理论
        4.1.1 耦合模理论
        4.1.2 传输矩阵理论
    4.2 光纤光栅参数对反射谱特性影响分析
        4.2.1 光栅长度对反射谱的影响分析
        4.2.2 折射率调制深度对反射谱的影响分析
        4.2.3 切趾函数对反射谱的影响分析
    4.3 弱反射率光栅的设计
        4.3.1 OptiGrating光栅设计软件简介
        4.3.2 弱反射率的光栅设计
    4.4 本章小结
第五章 基于编码的时分复用光纤光栅传感系统研究
    5.1 传统单脉冲时分复用光纤光栅传感系统模型
    5.2 基于单一编码技术的时分复用光纤光栅传感系统模型
        5.2.1 基于Simplex编码的时分复用光纤光栅传感系统模型
        5.2.2 基于Golay编码的时分复用光纤光栅传感系统模型
    5.3 基于G-S复合编码的时分复用光纤光栅传感系统模型
    5.4 系统性能理论分析
        5.4.1 系统信噪比
        5.4.2 系统空间分辨率
    5.5 仿真实验与结果
        5.5.1 基于单脉冲的系统仿真
        5.5.2 基于Simplex编码与Golay编码的系统仿真
        5.5.3 基于G-S复合编码的系统仿真
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3171162