基于保偏光纤拍长测量的分布式传感技术研究

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随着光纤传感技术的广泛应用,迫切需要研究具有高灵敏度、超高空间分辨率(mm量级)的分布式光纤传感器。基于光频域反射(Optical Frequency DomainReflectometry,OFDR)探测的传感系统由于接收灵敏度高、空间分辨率与接收机带宽成反比等显著特点,成为光纤传感领域新的研究热点。论文提出一种采用保偏光纤拍长测量,结合OFDR系统探测,实现超高空间分辨率的分布式光纤压力传感方法。依据偏振耦合模理论建立了保偏光纤拍长与外部压力的关系模型,通过仿真分析和实验研究了拍长与压力的变化关系。在此基础上,设计、制作了扫频窄线宽光源,搭建了OFDR系统,并进一步进行实验验证。主要内容如下:1.基于弹光效应和偏振耦合模原理建立了外部压力与保偏光纤拍长的关系模型,获得了拍长随外部压力变化的计算式。采用Sagnac干涉保偏光纤拍长测量方法,通过理论仿真获得了当外力大小一定时,保偏光纤的拍长随着压力作用角θ的改变呈现出以π为周期的正弦变化;当作用角θ一定时,拍长随压力的变化表现为近似线性关系的结论。结论为传感系统的研究奠定了基础。2.提出了一种基于混合Sagnac环测拍长的压力测试方法。设计制作压力施加装置,对该方法进行压力测试实验验证。实验结果与理论分析一致。3.依据光外差探测原理,研究了保偏光纤拍长测量结合OFDR系统探测的光纤压力传感原理、系统组成。通过仿真分析,在理论上提出了一种能够实现压力高分辨率定位与定量测量的分布式光纤压力传感器。4.开展了扫频窄线宽光源和OFDR系统的实验研究。采用可饱和吸收体结合F-P滤波器的方法制作了扫频范围500GHz,线宽小于10KHz的扫频窄线宽光源。设计和搭建了OFDR系统,并进行了实验验证。
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