一、高分辨率光纤应变传感技术的研究（论文文献综述）
丁志超[1]（2021）在《光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究》文中指出光学传感器因其结构简单、响应速度快、设计灵活及抗电磁干扰等优点,在推动新一代物联网和智能传感技术的发展中起着举足轻重的作用。同时这些新兴技术的发展也对光学传感的相关性能和技术提出了更高要求。本学位论文从提升传感器的性能参数方面入手提出了三种传感系统,即具有三段高双折射光纤（HBFs）的高双折射光纤环镜（HiBi-FLM）传感器、高双折射光纤环镜结合光纤布拉格光栅（FBG）传感器、基于游标效应的级联高双折射光纤环镜传感器,每个传感系统都涉及到新的传感机制。此外,论文还提出了两种基于边缘滤波的、用于光纤光栅传感器波长解调的方法,分别是基于高双折射光纤环镜的FBG波长解调系统、基于致密阵列宽带锯齿波（JAWS）滤波器的FBG波长解调系统,两个波长解调系统都涉及到新的波长解调方法。论文主体内容的每一章都围绕一种传感系统或波长解调系统展开,从理论与实验两方面分别介绍了系统原理、关键器件设计与实现及系统的性能参数,取得的主要研究成果及创新点如下:1.提出并搭建了结合三段高双折射光纤（HBFs）的高双折射光纤环镜传感系统。设计了一种结合三段高双折射光纤的高双折射光纤环镜传感器,使用琼斯矩阵推导了具有任意段HBF的HiBi-FLM透射谱表达式,通过将三段HBFs式HiBi-FLM的透射谱表达式对温度、应变进行微分得到透射谱中谐振谷的温度、应变灵敏度表达式,仿真了结合三段HBFs的HiBi-FLM的透射谱,仿真结果与实验测量基本吻合。实验证明了此传感器的温度与应变区分能力,所提出传感器的温度和应变测量分辨率分别为±0.3℃、±12με。2.提出并搭建了结合一段HBF和一个FBG的HiBi-FLM传感系统。由于HiBiFLM透射谱中谐振谷和FBG谐振峰的温度、应变灵敏度不同,因此可通过将测量目标谐振谷和FBG谐振峰的温度、应变灵敏度构成传感系数矩阵。使用提出的传感器进行温度、应变同时测量时,只需测出目标谐振谷和FBG谐振峰的波长漂移,再结合传感系数矩阵,可解耦温度和应变变化分别对波长漂移的影响,得出环境温度和应变的变化量。实验测量了所提出传感结构的温度、应变响应特性,传感器的温度、应变测量分辨率分别被实验测量为±0.5℃和±22με。3.提出并搭建了基于级联HiBi-FLM的具有游标效应的高灵敏度温度传感系统。由于HiBi-FLM透射谱具有周期性,因此可将其看作光学刻度尺,通过级联两个分度值略微不同的光学刻度尺,可在级联输出中形成游标光谱,从而放大单个HiBi-FLM透射谱的周期,当单个HiBi-FLM的透射谱发生小的漂移时,级联结构的游标谱将向相应方向发生一个放大倍数的漂移,从而实现测量灵敏度和分辨率的放大。理论阐述和仿真了基于级联光纤干涉仪的光学游标效应的具体实现过程,给出了游标效应放大倍数的计算公式并推导了级联干涉仪透射谱的方程。提出使用洛伦兹拟合算法和高斯拟合算法来拟合游标谱的包络,恢复了目标包络峰值,从而实现对级联结构游标谱移的精确标定。实验制作了级联HiBi-FLM传感器,测量了所制作传感器的温度特性,实验结果表明级联结构透射谱波长漂移灵敏度是单个HiBi-FLM的M倍,M与理论预测值基本一致。提出通过减小两个干涉仪的自由光谱范围（FSR）之差可进一步提升级联结构的灵敏度和分辨率,实验制作了FSR之差更小的两个HiBiFLMs,并测量了单个和级联HiBi-FLM结构的温度响应特性,实现了级联结构温度灵敏度、分辨率的更大倍数放大。4.提出并搭建了基于交叉HiBi-FLMs的FBG波长快速解调系统。阐述了基于边缘滤波器的波长解调系统的众多优点,提出可将两个HiBi-FLMs透射谱中周期性的上升沿（或下降沿）用作边缘滤波器来解调FBG的谐振波长,两个信道的解调结果取对数再相减是FBG谐振波长的一次函数,从而实现对FBG环境参量的线性映射。实验制作了满足实验需要的具有特定FSRs的两个HiBiFLM,在系统设计中使用波分复用和时分复用技术实现对多路传感信号的同时解调,从而实现同时对多点振动情况进行动态监测并重建了铁管振幅的幅度谱。所提出波长解调系统具有结构简单、成本低、设计灵活、解调速度快等优点,其有望在超快动态现象监测、地震监测和高分辨率传感领域得到广泛应用。5.提出并搭建了基于致密阵列宽带锯齿（JAWS）滤波器的FBG波长解调系统。使用菲涅尔衍射分析方法推导了有限反射虚像相位阵列（FRVIA）的谱色散公式,并仿真了FRVIA的色散谱和基于FRIVA的JAWS滤波器的光谱。实验制作了基于FRVIA的JAWS滤波器,测量的JAWS滤波器的光谱与仿真结果基本一致。使用搭建的JAWS滤波器实现了对三路FBGs信号的实时动态解调,监测到了铁管振幅的实时动态变化,并计算了应变波在铁管中的传播速度。推导了采集到的电压数据和铁管振幅之间的映射关系。所提出的波长解调系统可实现对变化频率小于等于200 k Hz的FBG环境参量信号的探测与解调,它具有解调速度快、抗电磁干扰、使用灵活、成本低等优点,其有望在分子动力学传感和航空航天诊断等超快动态现象监测、高速通信、超快超高分辨率传感、结构健康监测、医疗等领域得到广泛应用。
龚锐[2]（2021）在《基于OFDR的分布式光纤传感若干关键技术研究》文中研究表明随着5G物联网时代的到来,物联网正逐渐深入日常生活的各个方面,各行业对万物互联的需求也日益增加。作为物联网技术感知层的重要组成部分,传感器受到了广泛的研究和关注。光频域反射技术（OFDR）作为一种重要的分布式光纤传感技术,因其所具有的高空间分辨率、高信噪比、高灵敏度等优势,近年来受到越来越多关注,并在航空航天、精密仪器、医学、大型建筑等领域拥有广泛的应用。当前国内外的OFDR相关研究中,大多都采用了基于电脑端软件信号处理的方案,这种处理方法虽然便于实验调试,但因电脑端软件串行处理等因素大大影响处理速度,导致OFDR传感时间一般在分钟级别,无法满足OFDR技术的高速化需求。本论文针对OFDR高速化传感需求,设计了高速化OFDR信号处理方案,基于实验室当前已有的基于FPGA开发板所搭建的高速OFDR系统,设计并试验验证了 OFDR高速高空间分辨率应变传感、二维实时形状传感的实验方案,验证了所设计高速化OFDR信号处理方案的有效性。论文主要内容如下:1.针对OFDR高速化传感的需求,推导并得出了可调谐光源参数和OFDR系统各项指标之间的关系模型,设计了高速OFDR系统的光源连续扫频方案,包括光源扫频参数、工作模式设置等,并试验验证了该连续扫频方案的可行性。2.设计了基于“应变-曲率”参数映射模型和切角递推形状恢复算法的高速OFDR二维形状传感方案,并分别在MATLAB和LAB VIEW两个处理平台上实现了切角递推算法的形状重建过程。经试验验证,所设计的二维形状传感方案,能够测量到的物体最大形变曲率为10m-1,且最高传感速率可达16Hz,并在LABVIEW软件界面上实现了实时形状变化显示,验证了该二维形状传感方案的可行性。3.针对OFDR系统对高速率、高空间分辨率、长距离的传感需求,设计了高速实时应变参量传感、微小零件高分辨率应变传感、长距离应变传感的实验方案,并进行了试验验证。实验结果表明,本系统在5m的传感距离下整体传感时间不超过50ms,微小零件的高分辨率传感精度可达5mm,最长传感距离可达50m,验证了所设计实验方案的有效性。
楚琦[3]（2021）在《基于布里渊和瑞利散射双机制分布式光纤传感技术研究》文中认为分布式布里渊光纤传感技术具备测量距离长,传感点数多,且测量范围可达光纤承受极限等优势,在结构健康监测领域有着广阔的应用前景。但该技术测量分辨率低,限制了其在某些领域中的应用。而瑞利传感技术虽然能够分辨微小细节变化,但其存在累积测量误差缺陷,不适用于大测量范围的传感。为此,本文提出一种基于布里渊和瑞利散射的双机制融合型分布式光纤传感方案,通过在单根光纤上融合布里渊和瑞利传感来取长补短,从而突破现有单一传感机制的技术瓶颈,以实现兼备高分辨率和大测量范围的分布式应变传感。本文的主要研究工作如下:首先,分析了布里渊光时域分析技术和相位敏感光时域反射技术的基本原理,并分别仿真模拟出二者的传感机制。通过构造融合布里渊和瑞利散射的双重机制传感模型,探究两种传感共同作用下的物理机制。其次,设计并搭建双机制传感实验装置,利用同一组扫频脉冲在单根测试光纤上同时提取布里渊和瑞利传感信号,完成光纤布里渊和瑞利应变系数的测定。此外,进行了两组不同振幅的周期性振动传感实验。利用瑞利传感实现高分辨率的相对应变测量,结合布里渊传感提供的绝对应变参考,可以实现3.4 nε的高分辨率绝对振动传感。最后,通过数值仿真和实验验证两方面对大应变测量过程中瑞利传感的累积误差效应进行了研究,并初步分析了误差产生的原因。开展不同运动状态下的兼备微小细节变化的大量程双机制动态传感实验,其中应变细节变化体现为振幅分别是1.5με和750 nε的80 Hz锯齿波振动信号。通过引入自适应噪声对消技术,并利用布里渊传感提供绝对测量基准来校正瑞利传感的累积系统误差,以实现双机制传感融合。自适应融合结果的应变测量范围取决于布里渊传感,应变分辨率取决于瑞利传感,从而在mε量级的基准上,实现了动态测量范围达311.9με、分辨率达4.8 nε的兼具二者优势的双机制动态应变传感。
邴帆[4]（2021）在《基于光电振荡器的应变传感技术的研究》文中指出微波光子学是一门将射频工程与光子学相结合的新兴的交叉学科,突破了传统电学和光学中一些无法解决的难题,且不断有新的理论及技术被提出,应用范围也越来越广泛。作为微波光子学的一个重要的分支——光电振荡器（optoelectronic oscillator,OEO）,因其能产生频率范围广、稳定性高、相位噪声低、可调谐的微波信号,自其被发明之日起便受到了人们广泛的关注。近年来,基于OEO的传感器因其特有的优势迅速地进入了人们的视野中,通过将传统的光纤传感器与OEO相结合,将解调过程从光域转换到电域中,利用成熟的高精度的微波监测手段,实现了高灵敏度、高分辨率、高解调速度的传感。本文主要对基于OEO的传感技术进行深入的研究,通过将OEO与两种不同的光纤器件结合,提出了两种应变的传感方案,分别为:（1）将OEO与高双折射（high-birefringence,Hi-Bi）光纤相结合,提出了一种新型应变传感方法。应变会引起Hi-Bi光纤中快慢轴上传输的两个正交偏振光之间的相位差改变,通过合理控制输入到马赫-曾德尔调制器中的光信号的偏振态,将该相位差变化映射至OEO振荡微波信号的频率变化,进而通过监测频率变化实现应变的解调。理论和实验都表明OEO产生的振荡微波信号频率与应变呈线性关系,应变灵敏度实验结果为369.3 Hz/με,测量范围达到700με,当频率分辨率达到1 Hz时,应变分辨率可以达到0.0027με。（2）利用基于线性啁啾光纤光栅（linearly chirped fiber Bragg grating,LCFBG）的OEO,实现了一种大范围应变测量方法。应变会引起LCFBG的宽带的反射光谱波长产生偏移,由于LCFBG具有高色散延时特性,使得在其中传输并被反射的光信号的传输时间发生改变,导致OEO环路的总时延发生改变,则OEO振荡微波信号的频率也产生变化,通过监测频率变化实现应变的解调。对该方案进行理论分析和实验验证,结果都表明OEO产生的振荡微波信号频率与应变呈线性关系,且应变灵敏度实验结果为1.983 k Hz/με,测量范围达到5000με。
冯谦[5]（2021）在《多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用》文中研究表明传感光纤凭借其灵敏度高、稳定性好、抗电磁干扰、功率损失小、耐高温、耐腐蚀等诸多优势,在土木建筑、航空航天、交通工程、海上平台、燃料能源等领域得到了广泛应用。然而,光纤类传感器在实际工程中感测时普遍存在一个问题,即光纤传感同时对多个外部参量（应变、温度、振动等）交叉敏感,直接导致被测量无法直接测得或者采集数据失真。另一方面,不同光纤感测技术各自拥有独立的采集系统,各系统采样频率、触发时间等的不同步造成数据采集无法实时同步,给后期数据处理带来困难。本文在国内外研究的基础上,将多芯光纤从通信领域引入到土木传感监测领域,研究了七芯光纤的多参量同步感知性能,梳理了七芯光纤封装方式并分析了其应变转递机制。为面向工程应用,设计研发了多种智能产品及一体化同步解调系统。此外,提出了基于相位敏感光时域反射仪（φ-OTDR）的振动定量识别算法,实现了分布式振动定量监测。最后通过三个具有工程背景的实验验证了七芯光纤多参量同步感知系统的有效性。本文的主要研究内容和成果如下:（1）提出了七芯光纤纤芯功能布局方法并通过交叉试验验证了七芯光纤具有多参量同步感知功能。依据纤芯数量需求、芯间低串扰、配套耦合器成熟度等原则,选取沟道型七芯传感光纤作为本文研究对象。基于提高工程测量精度的原则,提出了纤芯功能布局方法,消除了温度-应变交叉敏感效应,弯曲-应变敏感效应,针对不同工程应用场景给出了相应的纤芯功能布局图。设计实施了七芯光纤的感知性能试验,包括:七芯光纤单参量单独感知试验和多参量同步感知试验,前者标定了七芯光纤光栅（FBG）和布里渊光时域反射仪（BOTDR）的应变灵敏度系数和温度灵敏度系数,测得了拉曼光时域反射仪（ROTDR）的温度常数系数,得出了偏振敏感光纤振动传感技术（POFVS）的测振范围;在此基础上,后者验证了七芯光纤各纤芯既可单独解调、发挥功能,又可互相补充、互相修正、协同工作的功能,为后续研究奠定了基础。（2）实现了七芯裸纤的封装保护,并通过理论分析和有限元分析探究了封装光缆的应变传递机制。结合国内外单芯裸纤封装方式,提出了七芯裸纤的两条封装保护路线,一是封装成传感光缆,二是复合成系列智能产品。值得说明的是,第一条封装路线中Hytrel材料紧套封装传感光缆对刻制光栅的七芯裸纤同样适用,实现了一条光纤上点式传感与分布式传感同步发挥作用。此外,通过理论分析和有限元仿真探究了七芯传感光缆的应变传递机制,结果显示,传感光缆应变传递具有端距效应,低传递率段小于200 mm。第二条封装路线是将七芯光纤植入结构补强材料中,研制出兼具力学和感知性能的智能碳布、智能碳板、智能玻纤筋和智能钢绞线,性能试验显示智能产品的力学性能满足标准要求,传感光纤与基材之间的协调变形能力良好。（3）研发了适用于多芯光纤多参量同步采集的一体化解调装置。针对目前各类光纤传感技术所采用的解调设备各自独立且又无法同步采集的劣势,研制出一种轻量便携、高度集成的多芯光纤多参量同步解调装置,集成了包括FBG、ROTDR和POFVS三种常用功能的光纤感测模块,可直接解调输出点式应变、环境温度和振动频率等感测参量。（4）提出了一种基于多参数优化算法的振动定量识别方法。为进一步拓展七芯光纤的多功能性,同时为周界安防工程应用实验做铺垫。本文改进了多子群社会群体算法并引入到鉴幅型φ-OTDR多参数优化算法中,基于此提出了一种新的振动扰动定量识别方法,计算出的最大应变能、时均应变、变异系数三个宏观导出量及其矢量合成量均可实现扰动定量识别。在理论研究的基础上,通过室内PZT振动试验和室外岩土扰动试验,验证了本方法可以量化不同程度的振动扰动事件。从而弥补了鉴幅型φ-OTDR光纤传感技术只能定位而无法定量的不足。（5）验证了七芯传感光纤及多参量同步采集装置的有效性和实用性。设计并实施吊车钢梁、长输管道、周界安防三个面向实际工程的应用型试验,根据试验对象特点,有针对性地进行七芯光纤功能布局优化设计,选取了不同的感测参数、不同的光纤传感方案。结果显示,在钢结构梁和管道试验中,采用FBG、ROTDR和POFVS组合的七芯光纤监测方案实现了应变、温度和振动频率的同步测量;在周界安防监测工程应用中,采用φ-OTDR、FBG和ROTDR组合的七芯光纤监测方案实现了扰动位置、扰动程度、应变、温度和持时等监测参量的同步解调,有效提高了系统的识别成功率和信息利用率。
王亚辉[6]（2021）在《高空间分辨率混沌布里渊光相关域分析技术》文中提出基于受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering,SBS）的分布式光纤传感技术可实现光纤沿线温度、应变、振动等物理参量检测而广泛应用于大型基础设施结构健康、军事边境安防、深海空天开发等监测领域,长距离精准定位和高精度实时测量的应用需求日趋迫切。然而,传统光时域分析（Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA）技术采用脉冲激光作为传感信号,利用脉冲飞行法确定光纤中待测物理量变化的位置,因脉冲宽度受布里渊声子寿命的限制导致空间分辨率难以突破1 m;光相关域分析（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis,BOCDA）技术采用正弦调频激光作为传感信号,利用光场相关法测定光纤中物理量变化的位置,但受周期性相干光场的限制其传感距离仅有数百米。因此,传统SBS分布式光纤传感技术在原理上存有空间分辨率与传感距离难以兼顾的矛盾,同时扫频测量布里渊增益谱（Brillouin Gain Spectrum,BGS）解调沿线温度应变信息使其动态响应能力大幅受限,传感技术实际应用被严重制约。针对上述问题,本论文提出混沌布里渊光相关域分析技术,以类噪声、宽频谱、宽光谱的混沌激光为传感信号,利用混沌激光自相关特性提升传感距离、宽带特性提高空间分辨率、高斯型光谱特性展宽混沌BGS,建立了混沌激光时延特征（Time Delay Signature,TDS）抑制、带宽增强、光谱线宽调控影响系统传感性能的理论模型,最终辅以时域门控、锁相探测、斜坡辅助等方案,实现了长距离、高空间分辨率兼顾的快速混沌BOCDA传感。主要研究内容如下:（1）深入分析了BOCDA传感机理,阐述了BOCDA技术在传感距离、空间分辨率、测量速度等方面的研究进展和面临的挑战,为后续混沌布里渊分布式光纤传感的发展方向提供理论指导。（2）建立了混沌BOCDA传感模型,深入探究了混沌SBS特性。首先介绍了混沌激光的实验产生装置,并阐明了混沌激光的频域宽带、时域自相关特性。阐述了混沌BOCDA的物理机制,仿真得极度相关位置处的高斯型宽带混沌泵浦光-Stokes光拍频谱,揭示了混沌布里渊相干光场的空间位置与混沌激光自相关特性、空间范围与混沌激光宽带特性之间的耦合机理,仿真实现了光纤沿线分布式应变传感。实验揭示了Stokes光在SBS过程中的非线性增益特性,依此建立了Stokes光的线宽变化方程,实现了混沌布里渊增益谱的谱宽调控。（3）提出了基于时延抑制混沌激光的时域门控型长距离BOCDA方案,实现了十千米传感距离、厘米级空间分辨率的温度传感。首先,根据混沌TDS对探测光增益和声波场信噪比的恶化程度,建立了混沌TDS限制传感距离的理论模型。其次,仿真分析并实验验证了采用脉冲持续时间约等于混沌激光外腔反馈时间的脉冲时域门控,可大幅抑制混沌激光TDS和非零基底激发的SBS噪声场。最终,实验利用消光比24.30 d B、持续时间120 ns的时域门控方案将SBS声波场信噪比提高了约5.62 d B,混沌BGS的信号背景噪声比提高了1.48 d B以上,系统有效传感距离被提升至10.2 km,突破了传统BOCDA数百米传感距离的限制,空间分辨率仍保持9.0 cm。（4）提出了基于带宽增强混沌激光的毫米级空间分辨率BOCDA方案,实现了空间分辨率优于3.5 mm、有效传感点数（距离/空间分辨率）大于47000的静态应变传感。首先,根据混沌激光带宽调试过程中的相关峰宽度变化趋势,建立了带宽增强混沌提高系统空间分辨率的理论模型。其次,数值分析了锁相探测方案对混沌BOCDA测量信噪比的大幅提升,当混沌激光源带宽为10 GHz,系统测量信噪比提高了约0.86 d B。最后,实验在165 m传感距离上将系统空间分辨率提高至3.5 mm,且最高分辨率可达3.1 mm,有效传感点数大于47000。（5）提出了基于宽带混沌BGS的单斜坡辅助型大动态范围BOCDA方案,实现了测量范围1200με、相较传统方案提升1倍的动态应变传感。首先,仿真阐述了斜坡辅助原理及传统BGS谱宽对动态范围的限制,实验确立了混沌TDS与增益谱主峰-次峰比之间的线性负相关关系,建立了斜坡辅助宽带混沌BGS的理论模型。其次,提出了一种单斜坡辅助型混沌BOCDA方案,混沌激光光谱-3 d B线宽为5.60 GHz,BGS的半高全宽可达55 MHz。最后,实验将动态应变范围提升至1200με,是传统单斜坡辅助方案的2倍以上,同时空间分辨率保持3.5 cm。（6）提出了基于宽带混沌BGS的双斜坡辅助型高精度BOCDA方案,实现了800με测量范围下±8.1με动态应变测量精度、20με动态应变分辨率的高精度传感。首先,理论分析了混沌激光固有的功率随机波动特性对单斜坡辅助型混沌BOCDA系统测量精度的影响,建立了双斜坡辅助提升动态应变测量精度的理论模型。其次,提出双斜坡辅助方案,实验将动态应变测量精度提升至±8.1με,相对误差仅±1%,动态范围800με。最后,实验验证了该方案的静态应变分辨率达10με,动态应变分辨率达20με。
周俊楠[7]（2021）在《PA-OFDR分布式光纤横向压力与应变传感及复合材料弯曲检测应用探索》文中指出本论文使用在光频域反射（OFDR）技术中引入偏振发生器（PSG）和偏振分析器（PSA）模块的偏振分析光频域反射（PA-OFDR）技术,主要研究基于PA-OFDR的分布式光纤横向压力和应变传感性能参数表征、横向压力与应变双参量同时测量以及对内嵌光纤的复合材料进行弯曲检测应用探索。主要内容和创新点如下:1.对PA-OFDR分布式横向压力传感性能进行研究。对光纤上10个不同位置同时施加压力并测量,得到光纤沿线的双折射分布信息,验证了传感系统的分布式压力测量能力以及测得了压力诱导双折射系数:9.177×10-8。通过不同的横向压力条件实验,验证出传感系统最小可测压力为0.661 N/m,传感空间分辨率为3.7 mm,最大传感距离为103.5 m。2.对PA-OFDR分布式应变传感性能进行研究。通过对应变前后测量的瑞利散射分布进行互相关运算得到应变发生位置,通过滑动窗口截取数据进行互相关运算得到瑞利散射分布位移信息——光纤形变信息,对光纤形变信息进行微分运算求得光纤应变。利用读数显微镜、等强度悬臂梁验证了传感系统应变测量的准确性,同时得知应变测量波动随时间而逐渐变小,且在60 min后波动大小仅为5.92μ?,测得应变测量分辨率为11.54μ?。通过在光纤上设置两个、多个相同应变区并进行测量,验证了传感系统的分布式应变测量能力,比较了无涂覆、普通涂覆（聚丙烯酸酯）、金色涂覆（聚酰亚胺）光纤在相同条件下测量的应变量,得到金色涂覆和无涂覆的应变量较为一致,普通涂覆层得到的应变量偏小4.27%。3.验证了基于PA-OFDR技术的分布式横向压力和应变同时测量的可行性。在不同应变量下施加相同压力,得到了高度一致的压力诱导双折射系数,验证了压力和应变相互不影响。4.初步验证了PA-OFDR技术具有复合材料弯曲形变检测的能力。对内嵌不同直径光纤的碳纤维复合材料板进行不同半径的弯曲,通过测量其双折射沿光纤的变化,可以反映复合材料板内部应力的变化。使用ANSYS软件模拟内嵌光纤的复合材料弯曲形变,得到与实验一致的变化趋势。
孙美嘉[8]（2021）在《锥形光纤的微应变传感特性理论研究》文中研究表明应变是工程领域评估建筑结构健康的重要参数,因此对其进行及时有效的检测非常重要。相较于传统电学传感器,光纤传感器具有耐腐蚀、体积小、抗电磁干扰等优点被广泛应用于应变的测量。然而,微小应变和复杂环境中的应变测量一直是光纤应变传感器的研究热点和难点。本文以锥形结构的光纤为研究对象,对其微应变传感特性进行理论研究。论文首先分析了全光纤在线型马赫-曾德尔干涉型传感器的原理,并利用光束传播法对直锥光纤和S锥光纤中纤芯与包层能量变化情况进行了对比分析,结果表明S锥光纤较直锥光纤更易激发包层模式;其次,依据马赫-曾德尔干涉理论,建立了波长与应变的传感关系以及干涉光强与应变的传感模型;利用有限元分析法分别对比分析了直锥单模光纤、直锥光子晶体光纤、S锥单模光纤和S锥光子晶体光纤的应变传感特性。结果表明S锥光子晶体光纤较其它三种光纤在测量相同光纤伸长量时,灵敏度最好。然后,根据分析结果设计了一种基于模间干涉的S锥形光子晶体光纤微应变传感器。利用有限元分析法从波长变化和光强变化两方面探究了S锥光子晶体光纤的锥区长度、锥区直径、轴向偏移、空气孔及其占空比等参数对其应变传感特性的影响。最后,以逆压电型光纤电压传感器为应用对象,针对其结构复杂,易产生弯曲损耗等弊端,提出了一种基于锥形光纤的新型逆压电光纤电压传感器方案,即通过测量加电压后石英晶体纵向产生的微小应变来检测电压的值,并简要分析了其理论上的可行性。此外,为了推进锥形光纤应变传感器的实用化,还对锥形光纤的实验室制作进行了初步探究。本文的研究为微应变传感器的设计提供了新的想法和理论基础,同时由于S锥形光子晶体光纤的结构设计灵活,为微应变的传感器的优化提供了更多的分析角度。此外,将设计的新型光纤结构应用到逆压电式光纤电压传感器中,大大简化了系统结构,解决了制作工艺和弯曲损耗的问题,为新型逆压电式光纤电压传感器的研究提供理论参考。
程文胜[9]（2021）在《基于超弱光纤光栅的曲线重构方法研究》文中研究表明超弱光纤光栅（Ultra Weak Fiber Bragg Grating,uwFBG）不仅继承了传统光纤布拉格光栅（FBG）传感器特点,还具有复用容量大、机械性能好、易于成缆等优势,其单光纤上可容纳高达上万个传感单元,有效缓解了传感网络对容量的需求,在结构监测领域备受青睐。自2013年超弱光栅解调仪和拉丝塔光栅（Draw Tower Grating,DTG）在线制备技术获得突破后,深入研究uwFBG的封装结构及新应用成为热点。本文围绕uwFBG的封装结构及形变监测方法开展研究,提出一种耐腐蚀、刚性强的玻璃纤维增强塑料（Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP）的uwFBG（GFRP-uwFBG）封装结构,结合具体的制造工艺,从软件仿真和实验两方面分析GFRP-uwFBG的温度及应变特性;理论分析基于uwFBG的曲线重构算法及适用性,探索uwFBG应用于金属固支梁结构和滑坡模型内部土体的形变监测方法。本课题的主要研究内容如下:（1）研究了各曲线重构算法的原理,分析各种算法的误差来源和适用条件。阐述了各种曲线重构算法的数学原理,采用Lab VIEW或MATLAB编程实现了切角递推、斜率递推以及坐标变换等平面曲线的重构,以及正交曲率和三芯曲率空间曲线的重构,评估各种算法误差影响因素及适用条件。（2）建立了GFRP-uwFBG光缆ANSYS仿真模型,对GFRP-uwFBG光缆的温度及应变特性进行仿真和标定。结合GFRP-uwFBG光缆的制作工艺,采用ANSYS软件建立仿真模型,分析多层GFRP-uwFBG的温度及应变特性。采用水浴法对实际光缆进行标定,在温度范围14.83-44.10℃内,温度传感系数为17.864pm/℃,传感器温度线性度达到99.99%±0.005%;在应变范围0-3130,应变传感系数为1.247pm/,传感器应变线性度约为99.89%。（3）结合曲线重构算法,开展uwFBG传感阵列的结构形变监测试验。采用uwFBG传感阵列表贴在双端固支梁上获取其应变分布,采用改进切角递推算法进行应变-形变反演,重构出双端固支梁在不同荷载下的形变,与实测值的最大误差小于9.59%;设计了一种基于uwFBG的F-PPR测斜管,通过ANSYS仿真和应变片对比实验,验证F-PPR测斜管上uwFBG应变监测的准确性,将uwFBG传感阵列植入水动力型滑坡体模型内部,采用改进的平面坐标变换算法进行应变-形变重构,实时反演出F-PPR测斜管的形变。上述研究表明,uwFBG的GFRP封装结构具有较好的温度/应变特性,采用uwFBG能感测结构的应变分布,结合反演算法可以较好地获取结构的形变,可用于金属结构形变及滑坡体深部变形的监测。
张婧[10]（2021）在《基于阵列波导光栅的高频动态应变传感系统》文中认为地震、飓风以及洪水等灾难性事件的频繁发生会严重影响工程结构的健康状态并诱发潜在的危及生命的情况。这些外力的影响在设计之初是不容易被预测到的。由于这些原因,近年来被称为结构健康监测（SHM）的技术已经出现,为工程学科的不同分支开辟了新的研究领域。结构健康监测的主要目的是在结构的使用寿命内检测结构或材料的性能退化程度。SHM系统中包含有大量的节点阵列,这些节点连续地监测一定数量的传感器,根据所监视传感器的数据变化,从而跟踪特殊结构的健康状态。SHM系统能够有效评估结构的健康状态并评价其几何性质的变化。因此,识别结构损伤并监测其演变的需要推动了SHM技术的发展。本文对基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的SHM技术进行了综述。FBG的固有特性使其成为SHM中最有前途的技术之一。基于FBG的传感器利用了光纤的特性,即传输损耗低、抗电磁干扰、电隔离、重量轻等优点。这些特性使得它们非常适合应用于恶劣的环境中。此外,还应考虑到FBG本身固有的高信噪比、结构紧凑性、高线性度、高灵敏度、抗电磁干扰性等优点。并且FBG具备抗散列环境、低噪声（由波长域中的信息编码产生）,以及在同一光纤中复用大量基于FGB传感器的可能性等特性减少了传统传感中使用的多条和重型布线的需要。FBG传感器容易受到外界环境的影响,外界应变通过光栅元件的膨胀或收缩以及应变-光学效应直接影响光纤布拉格响应。因此国内外学者对光纤光栅解调技术进行了深入的研究,并且提出了多种传感解调方案,但这些方案在解调速度,灵敏度等方面都不能令人满意。因此针对上述问题,本文基于光纤布拉格光栅传感解调技术主要做了以下工作:（1）简要阐述对比了光纤布拉格光栅传感器的国内外研究现状,从理论方面研究了FBG的传感特性以及传感原理。对几种常见的FBG解调技术分别就其优缺点进行了对比分析。基于此得出了本课题的研究内容,深入分析研究了阵列波导光栅（AWG）作为FBG波长解调元件在波分复用系统中的应用前景以及AWG的结构和复用/解复用的工作原理。提出了一种基于ASE宽带光源解调技术的FBG传感系统。因为ASE宽带光源有较大的输出功率,光源的温度稳定性高,并且输出光谱平坦度好,因此可以保证从FBG传感器中反射回来的窄带光信号的功率足够强且稳定输出。实验结果表明基于ASE宽带光源解调技术的FBG传感系统能应用于监测压电传感器产生的振动信号,频率响应范围在1k Hz到20k Hz之间时的时域响应良好。（2）针对基于ASE宽带光源解调技术的FBG传感系统响应频率低且范围小的问题,提出了一种基于阵列波导光栅解调的掺铒光纤环形激光动态应变传感系统。该传感系统是由环形激光腔,传感部分以及解调部分共同构成的。其中基于掺铒光纤放大器（EDFA）的光纤环形激光器结合光纤布拉格光栅作为光纤激光器的波长选择元件,用来探测外界的动态应变信号;激光腔的外部配置一个阵列波导光栅作为强度解调器。掺铒光纤放大器具备与偏振无关的高增益,不存在菲涅耳反射以及有限的量子噪声等优点既被用作环形激光器的光源,又被用作增益介质。实验首先研究了该传感系统运用压电传感器产生的振动信号的频率响应范围,即12k Hz到40k Hz。为了研究不同振动装置对解调结果的影响,我们将FBG传感器放置于工作频率为33k Hz的超声波清洗机中,实验结果表明该传感系统成功实现了水中超声波探测。接着我们把FBG用光学胶粘贴在铝板上,并使用外部撞击的方式驱动FBG传感器。该传感系统探测到的响应频率为50k Hz。最后证明了该传感系统能够实现双通道FBG传感器的同步探测。（3）利用光纤环形结构的优势,最后提出了一种更加优化的系统,即基于阵列波导光栅解调的半导体环形激光动态应变传感系统。该系统中半导体光放大器（SOA）因其具有显着的不均匀展宽特性而明显优于掺铒光纤放大器。通过与基于阵列波导光栅解调的掺铒光纤环形激光动态应变传感系统对比,可以得出该传感系统运用压电传感器产生的频响范围为48k Hz到120k Hz。并且成功实现了水中超声探测。接着我们把FBG用光学胶粘贴在铝板上,并分别使用外部撞击以及50W的超声波换能器驱动FBG传感器。该传感系统探测到的响应频率分别为60k Hz和40k Hz。最后证明了该传感系统能够实现双通道FBG传感器的同步探测。
二、高分辨率光纤应变传感技术的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、高分辨率光纤应变传感技术的研究（论文提纲范文）
（1）光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩略词 |
| 1.绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤传感器概述 |
| 1.2.1 基于高双折射光纤环镜的光纤传感器 |
| 1.2.2 光纤光栅传感器 |
| 1.3 游标效应概述 |
| 1.4 光纤光栅波长解调技术 |
| 1.5 虚像相位阵列 |
| 1.6 本论文结构安排 |
| 2.HIBI-FLM及有限反射虚像相位阵列相关理论分析 |
| 2.1 基于干涉效应的HIBI-FLM的理论分析 |
| 2.1.1 HiBi-FLM的传输理论 |
| 2.1.2 基于一段HBF的HiBi-FLM的传输特性 |
| 2.1.3 基于两段HBF的HiBi-FLM传输特性 |
| 2.1.4 包含三段HBF的HiBi-FLM传输特性 |
| 2.2 基于游标效应的光传感器结构理论分析 |
| 2.2.1 游标效应的工作原理 |
| 2.2.2 级联式游标效应 |
| 2.2.3 游标谱谱移的确定方法 |
| 2.2.4 并联式游标效应 |
| 2.3 基于FRVIA的致密阵列宽带锯齿滤波器 |
| 2.4 小结 |
| 3.基于HIBI-FLM的温度和应力双参量传感器 |
| 3.1 基于三段HBF的HIBI-FLM的温度和应力双参量传感器 |
| 3.1.1 温度和应力双参量传感原理 |
| 3.1.2 温度和应力双参量传感实验 |
| 3.2 基于HIBI-FLM结合FBG的温度和应变双参量传感器 |
| 3.2.1 基于HiBi-FLM结合FBG的温度-应变双参量传感器结构 |
| 3.2.2 温度和应变传感特性 |
| 3.3 本章小结 |
| 4.基于游标效应的高灵敏度HIBI-FLM温度传感器 |
| 4.1 基于级联干涉仪的高灵敏度温度传感器 |
| 4.1.1 级联HiBi-FLMs实现测量灵敏度放大的原理 |
| 4.1.2 温度传感特性 |
| 4.2 级联HIBI-FLMS传感器性能的进一步提升 |
| 4.3 分析与讨论 |
| 4.4 本章总结 |
| 5.基于交叉HIBI-FLMS的FBG波长高速解调系统 |
| 5.1 边缘滤波器的波长解调原理 |
| 5.2 解调系统工作原理 |
| 5.3 解调原理及实验 |
| 5.4 讨论 |
| 5.5 小结 |
| 6.基于JAWS滤波器的FBG波长解调系统 |
| 6.1 基于低损致密阵列宽带锯齿滤波器的FBG波长高速解调系统 |
| 6.2 基于FRVIA的JAWS滤波器 |
| 6.3 基于JAWS滤波器的波长解调系统及解调实验 |
| 6.4 对所提出波长解调系统的分析 |
| 6.5 小结 |
| 7.总结与展望 |
| 7.1 本论文工作总结 |
| 7.2 下一步拟进行的工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）基于OFDR的分布式光纤传感若干关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 光纤传感技术概述 |
| 1.3 瑞利散射型分布式光纤传感技术 |
| 1.3.1 基于瑞利散射的光时域反射技术 |
| 1.3.2 基于瑞利散射的光频域反射技术 |
| 1.4 OFDR技术研究及发展现状 |
| 1.5 研究内容和结构 |
| 第二章 高速OFDR系统原理研究及信号处理方案设计 |
| 2.1 OFDR系统原理研究 |
| 2.1.1 光频域反射仪的拍频干涉原理 |
| 2.1.2 OFDR系统应变温度传感原理 |
| 2.2 光源非线性调谐效应及补偿方法 |
| 2.2.1 光源的非线性调谐效应 |
| 2.2.2 基于硬件的光源非线性补偿方法 |
| 2.3 高速OFDR系统关键参数分析 |
| 2.3.1 光源参数分析 |
| 2.3.2 系统传感时间 |
| 2.4 OFDR数据处理算法概述 |
| 2.4.1 OFDR参量传感整体算法 |
| 2.4.2 互相关处理算法 |
| 2.5 OFDR二维形状传感算法原理 |
| 2.5.1 应变—曲率参数映射模型 |
| 2.5.2 切角递推形状恢复算法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 OFDR系统整体设计及搭建 |
| 3.1 高速OFDR系统整体结构设计 |
| 3.2 OFDR光路系统器件选型介绍 |
| 3.2.1 激光器的选型 |
| 3.2.2 光电探测器的选型 |
| 3.3 OFDR光路系统的搭建与调试 |
| 3.3.1 辅助干涉仪的搭建 |
| 3.3.2 主干涉仪的搭建 |
| 3.3.3 光路系统调试 |
| 3.4 FPGA数据采集及处理平台选型介绍 |
| 3.4.1 数据采集卡的选型与分析 |
| 3.4.2 FPGA评估板的选型 |
| 3.5 FPGA数据采集及处理平台的搭建 |
| 3.5.1 连续采集的逻辑 |
| 3.5.2 FPGA数据采集及处理系统的整体结构 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 OFDR系统实验设计及验证 |
| 4.1 OFDR应变传感实验 |
| 4.1.1 高速实时应变传感实验 |
| 4.1.2 50米长距离应变传感实验 |
| 4.1.3 高空间分辨率微小零件应变传感实验 |
| 4.2 OFDR二维形状传感实验 |
| 4.2.1 静态二维形状传感实验 |
| 4.2.2 动态高速二维形状传感实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文工作总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 缩略词索引 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果 |
（3）基于布里渊和瑞利散射双机制分布式光纤传感技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 基于布里渊散射的BOTDA技术研究现状 |
| 1.2.2 基于瑞利散射的Φ-OTDR技术研究现状 |
| 1.2.3 国内外文献综述简析 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 基于布里渊和瑞利散射的分布式传感理论研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于受激布里渊散射的BOTDA系统传感原理 |
| 2.2.1 受激布里渊散射 |
| 2.2.2 基于受激布里渊散射的传感机制 |
| 2.2.3 BOTDA的基本原理 |
| 2.3 基于瑞利散射的Φ-OTDR系统传感原理 |
| 2.3.1 瑞利散射 |
| 2.3.2 扫频Φ-OTDR技术传感机理 |
| 2.4 基于布里渊和瑞利散射的双机制传感理论研究 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于布里渊和瑞利散射的双机制振动测量 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双机制动态分布式传感实验研究方案 |
| 3.2.1 扫频脉冲调制方案 |
| 3.2.2 实验装置 |
| 3.3 双机制传感特性研究 |
| 3.3.1 光纤布里渊应变传感系数 |
| 3.3.2 光纤瑞利应变传感系数 |
| 3.4 高分辨率振动测量研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 高分辨率大测量范围双机制动态传感研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 扫频Φ-OTDR系统累积误差仿真分析 |
| 4.3 动态传感实验的累积测量误差 |
| 4.4 基于ANC的自适应传感校正 |
| 4.4.1 自适应噪声对消器原理 |
| 4.4.2 自适应校正结果及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
（4）基于光电振荡器的应变传感技术的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微波光子学 |
| 1.3 光电振荡器 |
| 1.3.1 常见的光电振荡器结构 |
| 1.3.2 新型的光电振荡器结构 |
| 1.3.3 光电振荡器在传感中的应用 |
| 1.4 本论文主要工作及章节安排 |
| 2 光电振荡器的基础理论 |
| 2.1 光电振荡器的基本结构 |
| 2.2 马赫-曾德尔调制器基本原理 |
| 2.3 光电振荡器的理论分析 |
| 2.3.1 起振条件 |
| 2.3.2 电光调制器响应函数的线性化 |
| 2.3.3 振荡频率和振幅 |
| 2.3.4 频谱 |
| 2.3.5 噪声信号比 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于光电振荡器和高双折射光纤的应变传感的研究 |
| 3.1 高双折射光纤 |
| 3.1.1 高双折射光纤基本结构及相关参数 |
| 3.1.2 基于高双折射光纤的传感器概况 |
| 3.2 应变传感的系统设计及原理 |
| 3.2.1 系统设计 |
| 3.2.2 传感原理 |
| 3.3 应变传感的实验 |
| 3.3.1 实验主要器件简介及相关参数 |
| 3.3.2 实验结果及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于光电振荡器和线性啁啾光纤光栅的大范围应变传感的研究 |
| 4.1 光纤光栅 |
| 4.1.1 光纤光栅的分类及基本原理 |
| 4.1.2 基于光纤光栅的传感器简介 |
| 4.2 大范围应变传感的系统设计及原理 |
| 4.2.1 系统设计 |
| 4.2.2 传感原理 |
| 4.3 大范围应变传感的实验 |
| 4.3.1 实验主要器件及参数 |
| 4.3.2 实验结果及分析 |
| 4.4 温度对线性啁啾光纤光栅的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结论 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（5）多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 土木工程健康监测的迫切需求 |
| 1.1.2 光纤传感技术的应用与发展 |
| 1.1.3 现有光纤传感技术面临的问题 |
| 1.2 多芯光纤传感器研究现状 |
| 1.2.1 多芯光纤简介 |
| 1.2.2 多芯传感光纤研究现状 |
| 1.2.3 多芯传感光纤面临的问题 |
| 1.3 研究思路 |
| 1.4 研究内容及章节安排 |
| 1.5 研究主线 |
| 第二章 七芯光纤功能设计与多参量同步感知性能 |
| 2.1 光纤传感原理 |
| 2.1.1 点式光纤传感原理 |
| 2.1.2 分布式光纤传感原理 |
| 2.2 七芯传感光纤选型与纤芯功能优化设计 |
| 2.2.1 面向工程的多芯光纤传感功能 |
| 2.2.2 多芯光纤选型与七芯光纤优势 |
| 2.2.3 七芯光纤纤芯功能布局原则与优化设计 |
| 2.3 七芯光纤单参量独立感知性能测试与系数标定 |
| 2.3.1 应变单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.2 温度单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.3 振动单参量感知性能测试与标定 |
| 2.4 七芯光纤多参量同步感知性能测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 七芯传感光纤封装及其应变传递机制 |
| 3.1 七芯传感光纤制备、封装与工程铺设 |
| 3.1.1 七芯传感光纤制备技术 |
| 3.1.2 七芯传感光纤封装方法 |
| 3.1.3 七芯传感光缆铺设与走线方式 |
| 3.2 七芯传感光纤/缆的应变传递机制 |
| 3.2.1 应变传递理论模型 |
| 3.2.2 应变传递有限元分析 |
| 3.2.3 封装材料特性对应变传递机制的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 七芯传感光纤复合制品与多参量一体化同步解调仪 |
| 4.1 七芯传感光纤复合制品及其性能测试 |
| 4.1.1 智能碳板复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.2 智能碳纤维布编织工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.3 智能玻纤筋复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.4 智能钢绞线复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.2 多芯传感光纤多参量一体化同步解调仪 |
| 4.2.1 研制背景及其功能定位 |
| 4.2.2 硬件系统优化设计 |
| 4.2.3 数据预处理及可视化界面 |
| 4.2.4 关键指标测试 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 基于多参数优化算法的振动定量识别方法 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 Φ-OTD光纤散射模型多参数优化算法 |
| 5.2.1 φ-OTDR光纤散射模型 |
| 5.2.2 改进的多子群社会群体算法 |
| 5.2.3 光强-应变非单一映射关系及其分析策略 |
| 5.2.4 振动定量识别方法及其宏观指标 |
| 5.3 室内PZT振动定量试验 |
| 5.3.1 系统配置 |
| 5.3.2 结果分析 |
| 5.3.3 误差分析 |
| 5.4 室外岩土扰动定位及定量试验 |
| 5.4.1 试验方案 |
| 5.4.2 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 七芯传感光纤多参量一体化同步感知系统应用 |
| 6.1 针对钢梁的多参量同步感知系统应用 |
| 6.1.1 钢梁的挠曲变形及温度感知 |
| 6.1.2 钢梁的整体振动感知 |
| 6.1.3 结论 |
| 6.2 针对油气管道的多参量同步感知系统应用 |
| 6.2.1 管道模型的变形及温度感知 |
| 6.2.2 管道模型的振动感知 |
| 6.2.3 结论 |
| 6.3 某周界安防工程的多参量同步感知系统应用 |
| 6.3.1 工程概况 |
| 6.3.2 技术方案 |
| 6.3.3 扰动定位指标 |
| 6.3.4 多工况、多参量监测结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论及创新点 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读博士期间发表的文章 |
| 攻读博士期间主持的科研项目 |
| 攻读博士期间获授权的专利 |
（6）高空间分辨率混沌布里渊光相关域分析技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 BOCDA技术基础 |
| 1.2.1 光纤中的布里渊散射 |
| 1.2.2 基础型BOCDA技术 |
| 1.2.3 拓展型BOCDA技术 |
| 1.3 BOCDA的主要技术指标及研究进展 |
| 1.3.1 提高空间分辨率 |
| 1.3.2 拓展传感距离 |
| 1.3.3 提升测量速度 |
| 1.4 本论文研究意义 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 第2章 混沌 BOCDA模型建立与混沌 SBS特性探究 |
| 2.1 混沌激光特性 |
| 2.1.1 混沌激光的实验产生 |
| 2.1.2 混沌激光的频域及时域特征 |
| 2.2 混沌BOCDA传感模型建立 |
| 2.2.1 工作原理 |
| 2.2.2 分布式测量 |
| 2.3 混沌后向SBS特性探究 |
| 2.3.1 后向散射谱的混沌特征 |
| 2.3.2 高SBS阈值特征 |
| 2.3.3 Stokes光非线性增益特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于时延抑制混沌的时域门控型长距离温度传感 |
| 3.1 混沌BOCDA传感距离提升的理论模型 |
| 3.1.1 混沌TDS影响探测光增益的理论分析 |
| 3.1.2 混沌TDS恶化声波场信噪比的仿真分析 |
| 3.2 基于泵浦脉冲调制的时域门控方案 |
| 3.2.1 泵浦脉冲调制的仿真分析 |
| 3.2.2 脉冲调制参数对传感性能的影响 |
| 3.3 长距离温度传感实验 |
| 3.3.1 实验方案 |
| 3.3.2 分布式温度测量结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于带宽增强混沌的毫米级空间分辨率静态应变传感 |
| 4.1 混沌BOCDA空间分辨率提高的理论模型 |
| 4.2 毫米级空间分辨率静态应变传感实验 |
| 4.2.1 实验方案 |
| 4.2.2 分布式应变测量结果 |
| 4.3 分析与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于宽带混沌BGS的斜坡辅助型大范围动态应变传感 |
| 5.1 斜坡辅助宽带混沌BGS的理论模型 |
| 5.1.1 斜坡辅助原理仿真分析 |
| 5.1.2 宽带混沌BGS实验优化 |
| 5.2 单斜坡辅助型大范围动态应变传感实验 |
| 5.2.1 功率-应变转换系数测定 |
| 5.2.2 大范围动态应变测量结果 |
| 5.3 双斜坡辅助型高精度动态应变传感 |
| 5.3.1 双斜坡辅助提升测量精度的理论模型 |
| 5.3.2 高精度动态应变测量结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 图索引 |
| 缩略词 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（7）PA-OFDR分布式光纤横向压力与应变传感及复合材料弯曲检测应用探索（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 横向压力传感的研究现状 |
| 1.3 应变传感研究现状 |
| 1.4 光纤传感技术在复合材料检测的应用现状 |
| 1.5 本论文结构安排 |
| 第二章 传感理论及测量原理 |
| 2.1 OFDR基本原理 |
| 2.2 基于PA-OFDR的传感系统及测量原理 |
| 2.3 单模光纤压力诱导双折射 |
| 2.4 应变解调原理 |
| 2.5 应变和横向压力同时测量的可行性分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 基于PA-OFDR的分布式横向压力与应变传感 |
| 3.1 分布式横向压力传感性能 |
| 3.1.1 压力诱导双折射系数验证及测量精度 |
| 3.1.2 可测压力的大小范围 |
| 3.1.3 压力传感的空间分辨率 |
| 3.1.4 压力传感的最大距离 |
| 3.2 分布式应变传感性能 |
| 3.2.1 应变窗口选择及处理方法 |
| 3.2.2 应变测量的准确性验证 |
| 3.2.3 应变测量分辨率 |
| 3.2.4 分布式应变测量能力验证 |
| 3.2.5 不同涂覆层对应变测量的影响 |
| 3.3 分布式横向压力与应变同时测量 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 复合材料弯曲形变探索 |
| 4.1 内嵌普通单模光纤的材料弯曲检测 |
| 4.2 内嵌细径单模光纤的材料弯曲检测 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文工作总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间完成论文目录 |
（8）锥形光纤的微应变传感特性理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景和意义 |
| 1.2 光纤应变传感器国内外研究现状 |
| 1.3 光纤马赫-曾德尔干涉结构的研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 锥形光纤应变传感机理及模型构建 |
| 2.1 马赫-曾德尔干涉基本工作原理 |
| 2.1.1 传统光纤马赫-曾德尔干涉工作原理 |
| 2.1.2 在线型马赫-曾德尔干涉工作原理 |
| 2.2 锥型光纤结构中光的传输特性分析 |
| 2.2.1 直锥光纤的传输特性 |
| 2.2.2 S锥光纤的传输特性 |
| 2.3 在线型马赫-曾德尔干涉应变传感模型 |
| 2.3.1 波长应变传感模型 |
| 2.3.2 光强应变传感模型 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 锥形光纤的应变传感研究 |
| 3.1 锥形光纤的数值模拟 |
| 3.1.1 有限元分析法 |
| 3.1.2 锥形光纤的数值模拟 |
| 3.2 直锥形光纤应变传感研究 |
| 3.2.1 直锥单模光纤的应变传感研究 |
| 3.2.2 直锥光子晶体光纤的应变传感研究 |
| 3.3 S锥形光纤应变传感研究 |
| 3.3.1 S锥单模光纤的应变传感研究 |
| 3.3.2 S锥光子晶体光纤的应变传感研究 |
| 3.4 本章小节 |
| 第4章 S锥光子晶体光纤微应变传感性能与结构参数关系 |
| 4.1 锥区结构参数与应变传感性能的关系 |
| 4.1.1 锥区长度 |
| 4.1.2 锥区直径 |
| 4.1.3 轴向偏移量 |
| 4.2 光子晶体光纤结构参数与应变传感性能的关系 |
| 4.2.1 光子晶体光纤空气孔层数 |
| 4.2.2 光子晶体光纤占空比 |
| 4.3 本章小节 |
| 第5章 基于锥形光纤的逆压电式光纤电压传感器探究 |
| 5.1 逆压电式光纤电压传感结构及原理 |
| 5.2 基于锥形光纤的新型逆压电式光纤电压传感器 |
| 5.3 锥形光纤的制作探究 |
| 5.4 本章小节 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（9）基于超弱光纤光栅的曲线重构方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 光纤应变传感技术 |
| 1.2.1 基于分布式光纤应变传感 |
| 1.2.2 基于准分布式光纤应变传感 |
| 1.3 光纤传感器曲线重构研究及应用进展 |
| 1.4 GFRP-FBG研究及应用进展 |
| 1.5 本论文主要工作 |
| 第2章 基于光纤光栅曲率曲线重构原理 |
| 2.1 超弱光纤光栅应变传感原理 |
| 2.2 超弱光纤光栅应变传感系统 |
| 2.3 平面曲率曲线重构算法 |
| 2.3.1 平面曲率与应变关系 |
| 2.3.2 离散曲率插值算法 |
| 2.3.3 切角递推算法 |
| 2.3.4 斜率递推算法 |
| 2.3.5 平面坐标变换算法 |
| 2.4 空间曲率曲线重构算法 |
| 2.4.1 三芯曲率空间曲线重构算法 |
| 2.4.2 正交曲率空间曲线重构算法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 GFRP-uwFBG仿真及标定 |
| 3.1 GFRP-uwFBG制造工艺 |
| 3.2 GFRP-uwFBG仿真 |
| 3.2.1 GFRP单芯FBG光缆 |
| 3.2.2 GFRP-uwFBG三芯光纤光缆 |
| 3.3 GFRP-uwFBG标定 |
| 3.3.1 GFRP-uwFBG温度标定 |
| 3.3.2 GFRP-uwFBG应变标定 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于超弱光纤光栅形变监测应用 |
| 4.1 金属双端固支梁形变监测 |
| 4.1.1 金属结构形变监测背景 |
| 4.1.2 双端固支梁模型 |
| 4.1.3 ANSYS建模分析 |
| 4.1.4 实验 |
| 4.1.5 数据和误差分析 |
| 4.2 水动力型滑坡应变形变监测 |
| 4.2.1 滑坡体内部监测应用背景 |
| 4.2.2 传感杆ANSYS仿真 |
| 4.2.3 传感杆应力应变试验 |
| 4.2.4 仿真与试验对比分析 |
| 4.2.5 滑坡监测试验 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（10）基于阵列波导光栅的高频动态应变传感系统（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 光纤布拉格光栅传感器研究概况 |
| 1.3 基于光纤布拉格光栅传感原理 |
| 1.3.1 光纤布拉格光栅特性 |
| 1.3.2 光纤布拉格光栅的应变传感特性 |
| 1.4 光纤布拉格光栅解调技术简介 |
| 1.4.1 边缘滤波法 |
| 1.4.2 可调谐滤波法 |
| 1.4.3 匹配滤波法 |
| 1.4.4 干涉仪扫描法 |
| 1.4.5 可调光源解调法 |
| 1.5 本文主要内容及结构安排 |
| 2 阵列波导光栅解调原理 |
| 2.1 阵列波导光栅的结构 |
| 2.2 阵列波导光栅复用/解复用的工作原理 |
| 2.3 ASE宽带光源解调技术及实验研究 |
| 2.3.1 概述 |
| 2.3.2 ASE宽带光源解调原理 |
| 2.3.3 基于ASE宽带光源单程放大的AWG解调系统装置 |
| 2.3.4 解调实验与结果 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于阵列波导光栅解调的掺铒光纤环形激光动态应变传感系统 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 系统配置 |
| 3.2.1 实验装置 |
| 3.2.2 理论分析 |
| 3.3 传感系统实验测试及分析 |
| 3.3.1 动态信号测量 |
| 3.3.2 水中超声波探测 |
| 3.3.3 撞击声发射信号探测 |
| 3.4 复用解调系统 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 基于阵列波导光栅解调的半导体环形激光动态应变传感系统 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 系统配置 |
| 4.2.1 实验装置 |
| 4.2.2 理论分析 |
| 4.3 传感系统实验测试及分析 |
| 4.3.1 动态信号测量 |
| 4.3.2 水中超声波探测 |
| 4.3.3 撞击超声波探测 |
| 4.3.4 超声波振子探测 |
| 4.4 复用解调系统 |
| 4.5 讨论 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 结论和展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果 |
四、高分辨率光纤应变传感技术的研究（论文参考文献）
- [1]光纤干涉仪传感器及波长解调系统的理论与实验研究[D]. 丁志超. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]基于OFDR的分布式光纤传感若干关键技术研究[D]. 龚锐. 北京邮电大学, 2021(01)
- [3]基于布里渊和瑞利散射双机制分布式光纤传感技术研究[D]. 楚琦. 哈尔滨工业大学, 2021
- [4]基于光电振荡器的应变传感技术的研究[D]. 邴帆. 北京交通大学, 2021
- [5]多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用[D]. 冯谦. 中国地震局工程力学研究所, 2021(02)
- [6]高空间分辨率混沌布里渊光相关域分析技术[D]. 王亚辉. 太原理工大学, 2021
- [7]PA-OFDR分布式光纤横向压力与应变传感及复合材料弯曲检测应用探索[D]. 周俊楠. 河北大学, 2021(11)
- [8]锥形光纤的微应变传感特性理论研究[D]. 孙美嘉. 东北电力大学, 2021(09)
- [9]基于超弱光纤光栅的曲线重构方法研究[D]. 程文胜. 三峡大学, 2021(01)
- [10]基于阵列波导光栅的高频动态应变传感系统[D]. 张婧. 重庆理工大学, 2021(02)