【摘 要】
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光频域反射计（optical frequency domain reflectometry,OFDR）具有高空间分辨率、高传感精度、高灵敏度的优点,在光纤链路检测、应变及形状传感、温度传感、振动传感等领域具有广泛的应用价值。但OFDR应用于应变传感时,受到光源非线性扫频效应、大应变下距离域错位等问题的制约,限制了OFDR技术更为普遍的应用。本文从OFDR应变传感原理入手,提出补偿光源扫频非线性和提
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光频域反射计（optical frequency domain reflectometry,OFDR）具有高空间分辨率、高传感精度、高灵敏度的优点,在光纤链路检测、应变及形状传感、温度传感、振动传感等领域具有广泛的应用价值。但OFDR应用于应变传感时,受到光源非线性扫频效应、大应变下距离域错位等问题的制约,限制了OFDR技术更为普遍的应用。本文从OFDR应变传感原理入手,提出补偿光源扫频非线性和提升应变传感性能的方法,搭建了应变传感系统,进行了理论分析和实验验证,研究了系统在形状重建和自动化数据处理领域的应用。本文的主要内容如下:研究了OFDR光源非线性扫频效应及补偿方法。分析了光源非线性扫频对系统空间分辨率的影响,研究了基于软硬件的补偿方法,对比了它们的优缺点。实验验证了基于外时钟同步采样的硬件补偿方法,补偿后在10m测量长度下达到0.107mm空间分辨率。提出基于过零点校正的软件补偿方法,补偿后在155m测量长度下达到0.13mm空间分辨率。讨论了应变造成的信号距离域错位及其补偿方法。分析了应变造成的局部光纤段距离域错位对互相关应变解调性能的影响,提出基于局部光纤段起点校正的错位补偿方法,在光纤远端应变值大于1000με时准确解调应变。开展了应变传感实验。搭建应变传感系统,实现一维分布式应变传感,在10m测量长度下达到4.4mm应变传感空间分辨率和20με应变分辨率,且光谱漂移量与应变变化量在小应变条件下呈明显线性关系,线性拟合优度R为0.99898。构建形状重建模型,建立表面形变和光纤轴向应变的传递模型,设计算法重建出表面二维形状。此外,编写自动化数据处理程序,集成了数据采集和处理功能,调试程序并进行优化,实现自动化数据处理。
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