相位敏感型分布式光纤动态应变传感系统的研究

《相位敏感型分布式光纤动态应变传感系统的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文相位敏感型分布式光纤动态应变传感系统的研究作者姓名李炯学科专业光学指导教师杨中民教授所在学院物理与光电学院论文提交日期2018年4月ResearchonPhaseSensitiveDistributedFiberDynamicStrainSensingSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：JiongLiSupervisor：Prof.ZhongminYangSouthChinaUniversityofTechnol

2、ogyGuangzhou,China摘要分布式动态应变光纤传感是利用光纤中传输的光信息作为载体，对外界的扰动进行探测的传感技术。相比于现有的机械和电学检测方案，光纤传感技术方案具备抗电磁干扰、探测距离远和频带宽等诸多优点。目前分布式动态应变检测方案的研究主要集中于瑞利散射型的和布里渊散射型的检测方案。但在兼顾快速动态响应、高灵敏度和合适空间分辨率的方面，基于瑞利散射的相敏型分布式光纤传感技术具备更好的应用潜力和研究意义。本论文工作针对基于瑞利散射的分布式光纤动态应变传感技术进行了深入的理论及实验探索：基

3、于瑞利散射的相敏型光时域反射计（Phase-OTDR）和基于瑞利散射的相敏型光频域反射计（Phase-OFDR）。论文的主要工作如下：1，详细阐述Phase-OTDR传感系统的探测原理，针对目前研究中光源线宽对传感性能影响的具体机理及参数要求尚不明晰的问题，着重建立与光源线宽相关的瑞利散射光干涉及相干检测理论模型，深入分析光源相干性与传感信噪比的关系。理论分析结果表明：线宽会对传感信噪比产生较大影响，随着线宽展宽，检测信噪比将呈指数衰减。当光源线宽从2kHz增至1MHz，系统检测信噪比下降4.3dB。基

4、于可调线宽激光器开展相关实验，实验结果表明：当光源线宽从2kHz展宽到1MHz，检测信噪比下降4.1dB。线宽因素的实验结果与理论推导的结果相吻合。2，搭建基于瑞利散射的分布式光纤振动传感系统（Phase-OTDR）样机。详细介绍整个Phase-OTDR系统样机光学结构和信号数据处理流程。在光源线宽实验结果的指导下，选取2kHz线宽激光源作为种子光源；采用光学相干检测的技术方案，有效实现振动幅度和相位的解调；采用并行处理的数据分析算法，实现动态应变的分布式快速监测及实时分析。搭建动态应变测试平台，对整个

5、传感系统样机测试，实验结果表明：传感距离5km，空间分辨率5m，传感信噪比达到36dB，振动响应频率达到1500Hz，且样机具备实时运行监测功能。3，创新性提出一种基于相位直接解调的Phase-OFDR传感技术，实现高空间分辨率的应变分布式监测。针对此技术的优势进行详细的理论分析及技术构建，利用3×3耦合器的光路结构，通过对光信号进行移相以及配合差分相乘的算法，实现对应变致相位变化的直接解调，同时克服了光源调谐不稳定性的影响。相关实验结果表明：此Phase-OFDR方案能够检测和区分毫米级别的多个断点，

6、在200m长的传感光纤上，实I现10cm空间分辨率，100Hz动态应变检测，同时兼具静态应变监测的功能应变传感灵敏度达到1με。关键词：分布式光纤传感、相位解析、动态应变IIAbstractDistributeddynamicstrainfibersensingisasensingschemethatutilizeslighttransmittinginanopticalfiberasacarriertodetecttheexternaldisturbance.Comparedwiththeexisti

7、ngmechanicalandelectricaldetectionsolutions,opticalfibersensortechnologysolutionhastheadvantageofanti-electromagneticinterference,long-distancedetectionrange,andwidefrequencybandwidthandsoon.Atpresent,theresearchofdistributeddynamicstraindetectionschemes

8、mainlyfocusonRayleighscatteringandBrillouinscatteringdetectionschemes.Phase-OTDRandOFDR,whicharebothbasedontheRayleighbackscatteringscheme,havemoreapplicationpotentialandresearchsignificanceintakingaccountofthefastresponse