基于数字光频梳和多泵浦脉冲的超快速BOTDA传感系统

摘要

基于布里渊光时域分析（BOTDA）的传感技术具有长距离、连续分布式的测量特点，其可在几十公里的光纤上提供高精度的温度和应力传感，特别适用于一些大型土木工程和建筑物的结构健康监测。对于传统的BOTDA技术，由于在传感过程中需要通过频率扫描来获得布里渊增益谱（BGS）和布里渊频移（BFS），其测量时间一般较长。随着学者们的不断深入研究，BOTDA技术正朝着更快测量速度等方向一直发展，而可实现动态测量的快速BOTDA传感技术已引起了广泛的关注。 针对传统BOTDA技术测量时间长的问题，本文在对不同BOTDA技术进行研究的基础上，首次结合数字光频梳（DOFC）和多泵浦脉冲，提出了一个超快速BOTDA传感系统。在不需扫频的情况下，本文传感系统能快速获得传感所需的BGS和BFS分布，极大地缩短了系统的测量时间；而传感系统的空间分辨率可在不降低探测精度的条件下，得到成倍的提高。通过相关理论分析、具体系统搭建，和相应实验测试，本文的传感系统得到的研究成果如下： 1、本文提出的传感系统在10km传感光纤上可同时获得0.1ms的测量时间和12.5m的空间分辨率，其中12.5m的空间分辨率是目前同类型技术中所能达到的最高指标。 2、在获得上述两项指标的前提下，本文传感系统关于温度和应力的探测精度分别是1.6℃和44με，相应的测量最大偏差分别是0.3℃和小于10με。与同类型技术相比，本文传感系统能提供更高精度的温度和应力探测。 3、基于超快速响应特性，本文传感系统能实现振动频率达到1.2kHz的动态测试。 以上结果表明，本文所提出的基于DOFC和多泵浦脉冲的BOTDA传感系统可实现长距离、高精度和超快速的传感，其有望成为未来实时动态测量的关键技术之一。

目录

声明

第一章 绪论

1.1关于BOTDA的研究背景与意义

1.2快速BOTDA的研究现状

1.3本文的研究方案

1.4本文工作的优势

1.5本文研究工作安排

1.6本文主要术语说明

第二章 超快速BOTDA传感系统的原理

2.1引言

2.2 DOFC的产生原理与效果

2.3多泵浦脉冲的产生原理与效果

2.4接收端的原理

2.5超快速BOTDA传感系统的传感原理

2.6关于超快速BOTDA传感系统空间分辨率的讨论

2.7小结

第三章 超快速BOTDA传感系统的搭建

3.1引言

3.2 DOFC的具体实现过程

3.3多泵浦脉冲的具体实现过程

3.4传感系统接收端的处理过程

3.5小结

第四章 超快速BOTDA传感系统的验证实验和结果

4.1引言

4.2在常态下对传感系统进行布里渊效应测试

4.3传感系统关于分布式温度和应力传感的测试

4.4关于传感系统空间分辨率的测试实验

4.5超快速BOTDA传感系统关于振动的测试

4.6小结

第五章 总结与展望

参考文献

在学期间发表的学术论文及参与科研项目情况

攻读硕士期间所发表的文章

攻读硕士期间所参与的主要科研项目情况

致谢