学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于BOTDA分布式光纤传感系统精度的试验研究

作　者: 赵园园
导　师: 凡友华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: BOTDA 受激布里渊散射分布式光纤传感布里渊散射光功率谱误差分析
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 159次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

由于重大工程结构具有体积大、范围广、监测部位隐蔽等特点,传统的监测手段不能满足如大型桥梁结构、海洋平台结构、大型水坝、核电站、生命线工程等重要关系国计民生的结构或基础设施的健康监测的需要。布里渊光时域分析技术(Brilouin Optical Time-Domain Analysis,BOTDA)是一种基于受激布里渊背向散射原理的分布式光纤应变传感技术,它突破了传统的点式传感的概念,可实现真正意义上的连续分布式监测,其在温度、应变测量上所能达到的测最精度、传感长度和空间分辨力高于其它传感技术。因此BOTDA已成为国际上先进发达国家竟相研发的大型土木工程健康诊断的高端传感技术。论文紧紧围绕这一技术,开展了一系列的研究工作:详细说明了布里渊光纤传感的基本原理及BOTDA测量原理,对光纤温度和应变传感性能进行了试验研究并给出了两种传感光纤应变系数和温度系数。目前的解调仪在空间分辨率、温度分辨率以及应变分辨率上离实际工程应用还有一定的差距。空间分辨率越高,传感精度越高,针对土木工程结构长期健康监测的需要,本文重点分析研究了空间分辨率对布里渊光谱测量频率的影响,通过数值计算出不同空间分辨率下的背向布里渊光谱,得出空间分辨率越高,获得的后向布里渊光谱展宽越宽,布里渊增益降低,从而布里渊频移的测量精度变差,因此通过优化设计,使系统的分辨率和测量误差达到最佳。在大量的分布式应变传感实际应用问题中,现有布里渊光时域分析分辨力范围内的应变一般不是一个常量。而且在分辨力范围内应变的不均匀变化也会引起布里渊散射谱的变化,并引起布里渊频移的测量误差。本文将从理论上分析在其分辨力范围内的线性应变变化和非线性应变变化对布里渊谱测量的影响,推导了后向布里渊散射谱与不均匀应变的函数关系。数值分析结果表明不均匀应变的增加,不仅使布里渊频移随之线性增大,也会使后向布里渊散射谱峰值非线性降低,谱峰变得平坦。传感光纤固定于简支梁上模拟线性应变变化,试验基于BOTDA技术测得了沿传感光纤的后向布里渊散射谱数据和应变分布,得到不同应变变化的谱曲线变化与理论分析相吻合。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题背景  9
  1.2 本课题研究的目的及意义  9-11
  1.3 国内外相关技术发展现状  11-13
    1.3.1 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的研究现状  11-13
    1.3.2 分布式光纤传感技术在土木工程的应用现状  13
  1.4 课题主要研究内容  13-15
第2章分布式光纤传感的原理和理论研究  15-25
  2.1 引言  15
  2.2 光纤布里渊散射原理  15-16
  2.3 光纤布里渊散射传感原理  16-18
  2.4 基于BOTDA 技术的分布式光纤传感系统工作原理  18-20
  2.5 DITEST STA-R Series 主要技术性能指标  20-21
  2.6 光纤应变传感性能的试验研究  21-24
  2.7 本章小结  24-25
第3章布里渊光谱对测量精度的影响  25-38
  3.1 引言  25
  3.2 基于BOTDA 技术的传感系统和FBG 对比试验研究  25-29
    3.2.1 FBG 介绍及传感基本原理  25-26
    3.2.2 FBG 和BOTDA 性能比较  26-27
    3.2.3 试验过程  27-29
  3.3 不同空间分辨下的BOTDA 测量系统的精度分析  29-37
    3.3.1 空间分辨率  29-30
    3.3.2 布里渊增益光谱测量  30
    3.3.3 布里渊增益光谱的数值计算  30-34
    3.3.4 测量误差分析  34-35
    3.3.5 测量精度分析的试验验证  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章不均匀应变对BOTDA 测量系统精度的影响分析  38-52
  4.1 引言  38
  4.2 理论分析  38-40
    4.2.1 BOTDA 系统中的布里渊光信号功率  38-39
    4.2.2 后向布里渊散射光特征  39-40
  4.3 线性应变对BOTDA 测量系统精度的影响分析  40-44
  4.4 试验分析  44-47
  4.5 非线性应变对BOTDA 测量系统精度的影响分析  47-51
    4.5.1 函数逼近  47-48
    4.5.2 非线性应变变化的线性一致逼近  48-51
  4.6 本章小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-57
致谢  57

基于BOTDA分布式光纤传感系统精度的试验研究

内容摘要

全文目录

相似论文