分布式传感光缆温度及应变特性研究

摘要

光纤传感技术由于其无可比拟的优势,在现代测量技术中受到人们越来越多的重视,尤其是分布式光纤传感技术,其可以实现对被测量长距离、实时性地监测,受到国内外研究学者的重点关注,已经被广泛应用在电力工程、军事防御、周界安防等领域。
　　目前对于提高测量精度在系统方面已经进行过众多研究,然而在实际的测量过程中,光缆对系统的测量精度也产生一定的影响,进而影响系统总体性能,本论文对布里渊光时域分析仪(BOTDA)中光缆的特性进行了理论及实验研究,研究内容主要分为两个方面:一是温度传感光缆的温度传递时间及其对系统响应时间的影响;二是应变传递光缆在不同的材料及布设方式下的应变传递性能。具体研究内容如下:
　　首先介绍了传热学的基本相关理论,在此基础之上分析了温度传感光缆的温度传递机制,并在有限元软件中建立模型进行仿真,接着设计温度传递实验进行验证,仿真与实验结果相吻合,为分析光缆温度传递时间提供了一种方法,并结合BOTDA系统进行光缆与紧包光纤的温度传递对比实验,结果表明光缆在一定条件下会影响系统的响应时间;
　　然后分析了应变传感光缆在不同的布设方式下的应变传递特性:首先分析了埋入式光缆的应变传递原理,建立埋入式应变传递光缆模型,并在有限元软件中对影响其应变传递性能的因素进行仿真分析,结果表明涂敷层的弹性模量越大、厚度越小,光缆的应变传递效果越好,相比之下,护套层材料对应变传递性能的影响较小,可忽略;接着在表面粘贴式光纤光栅(FBG)的应变传递理论基础之上,推导了应变传递光缆在表面粘贴布设方式下的应变传递机制,得到应变传递系数表达式,并在有限元软件中对定点布设和全面粘贴两种方式进行仿真,分别得到其所对应的应变传递系数曲线。
　　本论文的研究结果为工程应用中不同场合光缆的选择提供了一定的方法和指导,有望促进分布式光纤传感系统性能的进一步优化。

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图目录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 光纤传感技术的应用

1.3 分布式光纤传感技术的研究动向

1.4选题的意义以及论文的主要工作

第二章 BOTDA的传感原理

2.1 布里渊散射的基本理论

2.2 基于布里渊散射的光纤传感系统的基本原理

2.3 布里渊系统的测量指标

2.4 本章小结

第三章 分布式传感光缆的温度特性

3.1 光缆传热基本理论

3.2 基于布里渊分布式光纤传感系统动态测量模型

3.3 光缆温度传递仿真及实验

3.4 本章小结

第四章 分布式传感光缆的应变特性

4.1 光缆应变传递研究的目的及意义

4.2 埋入式光缆应变传递研究

4.3 表面粘贴式光缆应变传递研究

4.5 本章小结

第五章 不足与展望

5.1 论文工作总结

5.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果