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《基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)研究姓名：常天英申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：檢測技術(shù)與自動化裝置指導(dǎo)教師：賈磊;崔洪亮20090412山東大學(xué)博士學(xué)位論文摘要近年來，以光纖中散射光為傳感載體的分布式光纖傳感器以其獨特的優(yōu)勢，比如傳感光纖質(zhì)輕柔軟、抗電磁干擾、分布式測量以及傳感傳輸集于一身等，在傳感領(lǐng)域內(nèi)得到眾多研究者的青睞。完全分布式光纖傳感系統(tǒng)主要有兩種，一種是基于拉曼散射，另一種是基于布里淵散射。其中基于拉曼散射的分布式傳感系統(tǒng)已被研究成熟，基本商業(yè)化；由于基于布里淵散射的分布式傳感系統(tǒng)能夠同
2、時測量溫度和應(yīng)變兩大參數(shù)，所以相比較基于拉曼散射的分布式傳感系統(tǒng)更有優(yōu)勢，但由于布里淵散射光檢測的困難性，致使發(fā)展不夠成熟，至今未大規(guī)模商業(yè)化。本文在深入研究布里淵散射機理的前提下，詳細分析前人研究的過程及方法之后，針對布里淵散射光檢測的特點，提出一套切實可行并且有別于前人方法的基于布里淵散射的分布式光纖溫度應(yīng)變傳感系統(tǒng)方案，據(jù)此對該系統(tǒng)進行逐步研發(fā)，在該過程中進行一系列的實驗驗證和測試，并且考慮相關(guān)的算法和影響因素，采取一定的措施。該系統(tǒng)方案簡單來說是采用DFB(分布式反饋)激光器發(fā)出窄線寬的連續(xù)光后經(jīng)光電調(diào)制器
3、外調(diào)制成脈沖光，之后采用EDFA(摻鉺光纖放大器)進行放大，被放大的脈沖光作為入射光進入傳感光纖以獲得該光纖中的布里淵后向散射信號。該方式采用單端輸入的方式來獲得布里淵散射信號，這樣便于該系統(tǒng)的安裝使用；提出了采用同源外差干涉法來解調(diào)信號，該方法避免了一般干涉法對兩束光強度相近的要求，簡化了測試系統(tǒng)；另外采取一定措施來加強信號，以便于后續(xù)處理；同時應(yīng)用電的方式來同時得到布里淵頻移和強度的變化，這樣就可以對溫度和應(yīng)變進行解調(diào)，實現(xiàn)對二者的同時測量。最后，進行了一系列的實驗研究和系統(tǒng)測試及結(jié)果分析。具體地說，全文包括以
4、下幾個方面：第一章緒論，在概述中簡單介紹一些基本知識，包括光纖的傳輸特性，普通單模光纖中散射光的分類以及各自的定義，兩種主要光纖傳感技術(shù)：光纖光柵傳感技術(shù)和分布式光纖傳感技術(shù)(其中又包括基于瑞利散射、基于拉曼散射以及基于布里淵散射)，然后綜述了基于布里淵散射光纖傳感技術(shù)的研究現(xiàn)狀和課題意義，最后介紹了本文所做的主要工作。第二章布里淵散射及其傳感技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是研究課題的理論部分，從山東大學(xué)博士學(xué)位論文理論上分析布里淵散射的一系列特性。具體來說，本章詳細介紹普通單模光纖中布里淵散射的分類以及各自產(chǎn)生的機理；并且分析
5、其光譜的特性，包括布里淵頻移的大小、譜圖形狀、強度分布等；最后闡述如何實現(xiàn)對傳感光纖所受溫度和應(yīng)變的測量。第三章基于布里淵散射的分布式光纖傳感系統(tǒng)，本畢業(yè)論文的兩大核心內(nèi)容之一，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)方法、關(guān)鍵器件性能分析和使用、軟件開發(fā)以及實驗平臺。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，給出系統(tǒng)的總體介紹，描述信號的流程；在系統(tǒng)方法中，介紹了系統(tǒng)中所使用的四種獨特方法，包括同源外差干涉解調(diào)布里淵信號的基本原理和獨特優(yōu)勢；加強信號的兩種方法，一是雙脈沖法增強布里淵散射信號，另一個是加強外差干涉中的瑞利成份；電方法解調(diào)溫度和應(yīng)變的結(jié)構(gòu)圖、理論依
6、據(jù)和計算方法；布里淵光強度的歸一化計算方法以及系統(tǒng)性能指標(biāo)分析；在關(guān)鍵器件性能分析和使用中，對系統(tǒng)中的主要器件進行較詳細的介紹，包括性能指標(biāo)，選定原則以及周圍電路控制原理等；軟件開發(fā)部分，就該系統(tǒng)的具體要求，敘述對數(shù)據(jù)采集卡的軟件控制、數(shù)據(jù)流程以及平均計算過程等相關(guān)內(nèi)容；在實驗平臺中給出整套系統(tǒng)的實物圖片；最后作了一小結(jié)。第四章實驗研究，包括摻鉺光纖放大器的研究、入射光參數(shù)變化對后向散射光譜圖影響的研究以及非線性現(xiàn)象的研究。具體來說，即針對本系統(tǒng)的要求，給出摻鉺光纖放大器的實驗研究；通過調(diào)整入射光的參數(shù)來研究光纖后
7、向散射光與入射光的關(guān)系；若入射光參數(shù)合適的時候，光纖非線性現(xiàn)象的出現(xiàn)，通過大量實驗來驗證其規(guī)律性和相關(guān)因素的影響，最后剖析其產(chǎn)生的可能原因。第五章系統(tǒng)測試及結(jié)果分析，是本論文另一核心內(nèi)容。在信號測試中，用頻譜分析儀測試得N多'I-差干涉的高頻信號，用示波器得到表征沿光纖分布的散射光的特征信號；并且給出對普通單模光纖所受溫度、應(yīng)變的測試結(jié)構(gòu)、過程以及結(jié)果。在以上的實驗中得到頻譜分析儀上波峰頻率為10．8420GHz，與布里淵頻移的理論值相符，示波器上的兩路波形反映了沿光纖傳輸?shù)暮笙蛏⑸涔庑畔?，在溫度實驗中得到的升溫?/p>
8、降溫的關(guān)系系數(shù)分別為1．0843MHz／oC和1．0462MHz／oC，該實驗數(shù)據(jù)接近于前人報道的數(shù)據(jù)1．2MHz／oC，它們之間的差值主要是由于儀器誤差，在應(yīng)變實驗中得到的室溫下的關(guān)系系數(shù)為山東大學(xué)博士學(xué)位論文0．049MHz／1．te，與前人報道的數(shù)據(jù)一致，這些實驗表明了整個系統(tǒng)的可行性和準(zhǔn)確性。第六章總結(jié)與展望，對本論文進行總結(jié)，并且分析該系統(tǒng)存在的問
