高速和高空间分辨率分布式布里渊光纤传感技术研究

发布时间：2023-04-20 03:36

　　分布式布里渊光纤传感技术以连续无盲区、传感点数多、测量距离长等优势,在大型基础设施的结构健康监测、地质地球物理研究等领域有重要的应用价值。但由于传感机理的限制,传统的分布式布里渊光纤传感技术存在测量时间长(分钟量级)和空间分辨率低(米级)的问题,其应用领域和实用价值受到严重地制约。因此,如何提升测量速率和空间分辨率是分布式布里渊传感技术的研究难点与热点问题。本论文开展高速和高空间分辨率的分布式光纤传感技术的研究工作,以实现测量时间短至微秒量级,空间分辨率高达毫米量级的高性能分布式传感。在高速布里渊传感技术方面,针对传统布里渊增益单侧斜坡带宽较窄的问题,本论文提出了基于布里渊相移-增益比的快速分布式光纤传感技术,利用布里渊相移和增益之比实现对布里渊频移的测量。该布里渊相移-增益比的斜坡较传统的增益斜坡具有更大的可用带宽。在30 ns方波泵浦脉冲光条件下,布里渊相移-增益比的斜坡具有200 MHz的可用带宽,为传统增益斜坡带宽(48MHz)的四倍多,实现了最大为2467με的动态应变测量,测量采样率最高达101 k Hz。在此基础上,进一步提出多斜坡辅助的传感技术,利用捷变频调制构建多个首...

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 分布式布里渊光纤传感技术的快速测量研究现状
        1.2.1 正交偏振降噪技术
        1.2.2 光学捷变频技术
        1.2.3 斜坡辅助技术
        1.2.4 光学频率梳技术
        1.2.5 快速测量技术的对比分析
    1.3 分布式布里渊光纤传感技术的高空间分辨率研究现状
        1.3.1 特殊脉冲技术
        1.3.2 算法解调技术
        1.3.3 高空间分辨率方案的对比分析
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 基于矢量受激布里渊散射的快速分布式测量技术研究
    2.1 引言
    2.2 布里渊光时域分析技术的传感原理
        2.2.1 BOTDA的基本原理
        2.2.2 BOTDA快速测量的限制因素
    2.3 布里渊相移-增益比斜坡的原理
    2.4 结合捷变频调制的斜坡辅助型 BOTDA 系统
    2.5 实验装置
    2.6 实验结果与讨论
        2.6.1 布里渊相移-增益比的静态测量
        2.6.2 斜坡辅助型BOTDA的振动测量
    2.7 本章小结
第3章 基于光学啁啾链的超快分布式测量技术研究
    3.1 引言
    3.2 光学啁啾链型BOTDA的原理
    3.3 光学啁啾链型BOTDA的仿真分析
    3.4 实验装置
    3.5 实验结果及讨论
        3.5.1 静态测量和二次相关算法
        3.5.2 基于光学啁啾链BOTDA的快速振动测量
    3.6 本章小结
第4章 基于上升沿解调算法的高空间分辨率分布式测量技术研究
    4.1 引言
    4.2 传统 BOTDA 空间分辨率的影响因素
    4.3 上升沿解调算法的原理
    4.4 实验装置
    4.5 实验结果及讨论
        4.5.1 叠加效应的验证
        4.5.2 上升沿解调算法的验证
        4.5.3 毫米量级空间分辨率的验证
    4.6 本章小结
第5章 基于相移布里渊动态光栅的高空间分辨传感机制研究
    5.1 引言
    5.2 相移布里渊动态光栅的基本原理
    5.3 相移布里渊动态光栅的仿真分析
        5.3.1 瞬态型相移布里渊动态光栅
        5.3.2 增强型相移布里渊动态光栅
    5.4 实验装置
    5.5 实验的结果及讨论
        5.5.1 高空间分辨率的分布式双折射测量
        5.5.2 相移布里渊动态光栅反射信号的测量
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3794809