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基于FBG的长距离传感系统及应用

作　者: 封莎
导　师: 饶云江
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 超长距离传感系统 光纤布拉格光栅 电力安全监测系统 拉曼放大
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着我国大型建筑、长距离管道、铁路、油气矿井等的快速发展,研究先进的长距离传感系统对这些设施进行安全健康监测显得尤为迫切。长距离光纤传感系统是一种利用光纤作为传感媒介的传感系统,可以分为分布式传感系统和准分布式传感系统。本课研究的是采用FBG(光纤光栅)传感器来搭建长距离(准)分布式传感系统,并研究将其运用于超长距离的传感(300km),长距离多点同时监控,电力安全监测(同时测量温度及应变)等方面。首先,本文对FBG及其传感系统的工作原理、应用及发展现状进行了系统的介绍,并总结分析了FBG的复用及解调技术。接着介绍并分析了各种光放大技术的原理和优缺点,根据传感系统的特点和实际需要选择了将EDFA与后向光纤拉曼放大技术应用于长距离光纤传感系统。然后搭建了超长距离光纤布拉格光栅传感系统,提出了基于可调激光器和声光脉冲调制的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统,同时利用掺铒光纤放大器和拉曼放大相结合的放大方案大幅度提高了光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的传输距离,实现了300km超长距离的传感系统。设计并搭建了基于低反射率(每个FBG的反射率均为5%)的FBG传感系统,利用FBG时分复用的原理,将多个中心波长相同的低反射率FBG分别设置在系统的不同位置,构成准分布式光纤传感系统,以实现各传感点的应变测量。采用电光调制器大大降低了系统的成本,监测距离可达125公里,在其静态应变实验中,线性度均可达到0.999以上,测量精度高,并且可以实现多点同时监测。最后参与设计并搭建了基于FBG的电力安全监测系统,利用FBG传感器的温度应变特性,提出将其应用于输电导线覆冰舞动监测领域,将两个FBG同时封装在一起以同时检测温度及应变的方法,采用特殊材料以达到电力安全监测的特殊要求。本系统采用WDM波分复用FBG传感网络,不同反射波长的N个布拉格光栅沿光纤长度排列,分别放置于监测对象的N个不同监测部位,以实现对N个监测对象的实时、在线监测。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-22
  1.1 FBG 传感器  9-17
    1.1.1 FBG 传感器原理及特性  9-12
    1.1.2 FBG 传感器封装技术  12
    1.1.3 FBG 的复用及解调  12-15
    1.1.4 光纤传感系统分类  15-17
  1.2 长距离传感系统的研究现状  17-20
    1.2.1 准分布式传感系统的研究现状  17-19
    1.2.2 分布式长距离传感系统研究现状  19-20
  1.3 课题研究内容及意义  20-22
第二章 超长距离FBG 传感系统  22-44
  2.1 引言  22
  2.2 EDFA 放大原理及结构  22-24
    2.2.1 EDFA 放大原理  22-23
    2.2.2 EDFA 结构  23-24
  2.3 拉曼放大器原理及结构  24-31
    2.3.1 拉曼放大原理  24-25
    2.3.2 拉曼放大分类  25-26
    2.3.3 拉曼放大器结构  26-28
    2.3.4 拉曼增益系数测量  28-31
  2.4 超长距离光纤布拉格光栅传感系统  31-42
    2.4.1 系统主要仪器及器件  31-35
    2.4.2 系统基本原理  35-40
    2.4.3 实验总结果及分析  40-42
  2.5 本章小结  42-44
第三章 基于低反射率FBG 的长距离准分布式传感系统  44-52
  3.1 系统基本原理  44
  3.2 系统实验主要器件  44-45
    3.2.1 光源  44
    3.2.2 电光调制器  44-45
    3.2.3 FBG 传感器  45
  3.3 实验系统  45-51
    3.3.1 基于EDFA 放大的FBG 准分布式传感系统  45-49
    3.3.2 基于EDFA/FRA 放大的FBG 准分布式传感系统  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章 电力安全监测系统  52-61
  4.1 引言  52
  4.2 应用方案  52-53
  4.3 系统重要器件  53-58
    4.3.1 光源及解调  53-55
    4.3.2 光源及解调特殊材料及封装的传感器  55-58
  4.4 实验系统  58-60
    4.4.1 实验原理  58-59
    4.4.2 现场实验及结果  59-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章 结论及展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-67
攻硕期间取得的研究成果  67-68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 物理传感器 > 光传感器
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