基于BOTDA分布式光纖傳感系統(tǒng)精度的試驗(yàn)研究.pdf

1、由于重大工程結(jié)構(gòu)具有體積大、范圍廣、監(jiān)測部位隱蔽等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段不能滿足如大型橋梁結(jié)構(gòu)、海洋平臺結(jié)構(gòu)、大型水壩、核電站、生命線工程等重要關(guān)系國計(jì)民生的結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)設(shè)施的健康監(jiān)測的需要。布里淵光時域分析技術(shù)(Brilouin Optical Time-Domain Analysis，BOTDA)是一種基于受激布里淵背向散射原理的分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)，它突破了傳統(tǒng)的點(diǎn)式傳感的概念，可實(shí)現(xiàn)真正意義上的連續(xù)分布式監(jiān)測，其在溫度、應(yīng)變測量上

2、所能達(dá)到的測最精度、傳感長度和空間分辨力高于其它傳感技術(shù)。因此BOTDA已成為國際上先進(jìn)發(fā)達(dá)國家竟相研發(fā)的大型土木工程健康診斷的高端傳感技術(shù)。論文緊緊圍繞這一技術(shù)，開展了一系列的研究工作：
　　詳細(xì)說明了布里淵光纖傳感的基本原理及BOTDA測量原理，對光纖溫度和應(yīng)變傳感性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究并給出了兩種傳感光纖應(yīng)變系數(shù)和溫度系數(shù)。
　　目前的解調(diào)儀在空間分辨率、溫度分辨率以及應(yīng)變分辨率上離實(shí)際工程應(yīng)用還有一定的差距。空間分辨率越

3、高，傳感精度越高，針對土木工程結(jié)構(gòu)長期健康監(jiān)測的需要，本文重點(diǎn)分析研究了空間分辨率對布里淵光譜測量頻率的影響，通過數(shù)值計(jì)算出不同空間分辨率下的背向布里淵光譜，得出空間分辨率越高，獲得的后向布里淵光譜展寬越寬，布里淵增益降低，從而布里淵頻移的測量精度變差，因此通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的分辨率和測量誤差達(dá)到最佳。
　　在大量的分布式應(yīng)變傳感實(shí)際應(yīng)用問題中，現(xiàn)有布里淵光時域分析分辨力范圍內(nèi)的應(yīng)變一般不是一個常量。而且在分辨力范圍內(nèi)應(yīng)變的不均

4、勻變化也會引起布里淵散射譜的變化，并引起布里淵頻移的測量誤差。本文將從理論上分析在其分辨力范圍內(nèi)的線性應(yīng)變變化和非線性應(yīng)變變化對布里淵譜測量的影響，推導(dǎo)了后向布里淵散射譜與不均勻應(yīng)變的函數(shù)關(guān)系。數(shù)值分析結(jié)果表明不均勻應(yīng)變的增加，不僅使布里淵頻移隨之線性增大，也會使后向布里淵散射譜峰值非線性降低，譜峰變得平坦。傳感光纖固定于簡支梁上模擬線性應(yīng)變變化，試驗(yàn)基于BOTDA技術(shù)測得了沿傳感光纖的后向布里淵散射譜數(shù)據(jù)和應(yīng)變分布，得到不同應(yīng)變變化的