FBG-FP阵列的高空间分辨率高精度分布式传感研究

发布时间：2025-05-08 04:18

　　光纤传感技术以其独特的优势,成为目前智能结构健康监测技术中研究较为广泛的技术。针对大型结构、复合材料内部裂纹、金属结构腐蚀等主要损伤类型,由于其具有隐蔽性强、结构失效机理复杂、结构破坏程度难以判断等特点,需进行超高空间分辨率、复用容量大、精度高的传感检测。本文采用间距极小的超短弱反射的光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)构筑的光纤光栅法布里珀罗(Fiber Bragg Grating Fabry-Perot,FBG-FP)阵列搭建传感网络,基于光频域反射技术搭建传感光路,通过对解调原理、解调算法和实验验证等相关问题的研究,实现一种具有超高空间分辨率、超大容量、高精度的全分布式光纤传感新方法与新技术。主要研究内容如下:(1)FBG-FP阵列的传感机理与复用容量研究。以FBG的耦合模式方程为基础推导FBG-FP的光谱数学表达式,并分析其温度和应变的传感机理。数值模拟多重反射效应和光谱阴影效应对FBG-FP传感阵列的复用极限的制约,证明降低反射率可抑制上述两种效应,并进一步提出采用光栅间隔不小于栅长和中心波长随机分布的传感阵列可分别抑制多径反射效应和光谱阴影效应,其中波长...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1光外差式BOTDR分布式光纤传感解调系统结构图

图1-1光外差式BOTDR分布式光纤传感解调系统结构图1989年，Horiguchi等人[9]最早提出了BOTDA的概念。BOTDA与BOTDR结构上最大的不同之处在于BOTDA为双独立光源，BOTDA系统原理如图1-2所示。当外界环境变化影响了布里渊....

图1-2BOTDA分布式光纤传感解调系统结构图

图1-1光外差式BOTDR分布式光纤传感解调系统结构图1989年，Horiguchi等人[9]最早提出了BOTDA的概念。BOTDA与BO上最大的不同之处在于BOTDA为双独立光源，BOTDA系统原理如图。当外界环境变化影响了布里渊放大条件，通过调节两光....

图1-3ROTDR分布式光纤传感解调系统结构图

图1-3ROTDR分布式光纤传感解调系统结构图OTDR、BOTDA以及ROTDR都在长距离方面优势明显，但其空间能达到米量级或分米量级左右。相比之下，基于瑞利散射效应的O的空间分辨率要高很多，但目前仍只能达到厘米量级。散射效应较将导致光纤分布式传感系统的信噪比较低，....

图1-4基于OTDR的长光栅分布式解调原理图

分辨率和光信号的脉宽呈反比关系，若想将传感空间分辨率由1m提高到1cm，对应的光信号的脉宽需由10ns降低至100ps以内。但是窄脉冲光的调制成本不仅高且会降低OTDR系统的信噪比和动态范围。利用高耦合效率的长光栅为提高OTDR解调系统的空间分辨率提供一个新....

本文编号：4044309