基于分布式应变测量的光纤形状传感研究

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1、工学硕士学位论文基于分布式应变测量的光纤形状传感研究刘子叶哈尔滨理工大学2018年3月国内图书分类号：O433.1工学硕士学位论文基于分布式应变测量的光纤形状传感研究硕士研究生：刘子叶导师：张洪英申请学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：O433.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringFiberShapeSensingBasedonDistributedStrainMeasure

2、mentCandidate：LiuZiyeSupervisor：ZhangHongyingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：OpticsEngineeringDateofOralExamination：March,2018HarbinUniversityofScienceandUniversity：Technology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于分布式应变测量的光纤形状传感研究》，是本人在导师指导下，在

3、哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：刘子叶日期：2018年3月29日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于分布式应变测量的光纤形状传感研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用

4、学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密□√。(请在以上相应方框内打√)作者签名：刘子叶日期：2018年3月29日导师签名：张洪英日期：2018年3月29日哈尔滨理工大学工学硕士学位论文基于分布式应变测量的光纤形状传感研究摘要光纤传感技术是一种以光波为载体、光纤为媒质、感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。近年来，该技术已经逐步发展到各个领域

5、。布里渊光时域分析(Brillouinopticaltimedomainanalysis,BOTDA)是分布式光纤传感技术的重要内容，以脉冲光和连续光相互作用产生受激布里渊散射为原理实现分布式测量。该技术具有空间分辨率高和传感距离长的特点，可被广泛应用于航空航天、国防建设等重要领域。本文利用该技术测量光纤的分布式应变，利用光纤应变系数得到BFS的变化情况，并结合相关算法将形状还原出来，从而实现形状传感。具体研究内容如下：首先，阐述了传统的BOTDA技术的相关原理，并解释了差分脉冲对(differentialpulse-widt

6、hpair,DPP)BOTDA技术提高空间分辨率的原理；推导了布里渊频移与光纤曲率之间的关系和Frenet-Serret公式在形状还原中的表达形式。其次，搭建了实验所用的DPP-BOTDA系统，设计并制作了二维和三维形状传感实验的传感器，完成了形状传感的测量。在二维形状传感实验中，验证了布里渊频移变化量与光纤弯曲曲率的关系，并对二维的形状进行了数据采集；在三维形状传感实验中，找到了多芯光纤各纤芯的位置，并将其与单模光纤进行低损耗对接，对三维的形状进行了数据采集。最后，利用理论得到的布里渊频移和光纤曲率、扭率之间的关系，基于Fr

7、enet-Serret公式编写算法，分别还原了在二维和三维情况下搭建的形状，并分析了误差的产生原因。关键词受激布里渊散射；布里渊光时域分析；分布式传感；形状传感I哈尔滨理工大学工学硕士学位论文FiberShapeSensingBasedonDistributedStrainMeasurementAbstractOpticalfibersensingtechnologyisanewkindoftechnologywhichusesthelight-waveasthecarrierandfiberasmediumtofeeland

8、transferexternalmeasuredsignals.Recently,thistechnologyhasdevelopedgraduallyinmanydomains.Brillouinopticaltimedomainanalysis(BOTDA)baseson