【摘 要】
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随着核电、医疗、科学研究等领域的持续高速发展,相关领域对辐射传感技术的探测精度、探测剂量范围、以及监测点数量均提出了更高的要求。传统的辐射传感技术大多基于电子传感器及分立结构,存在体积大、抗电磁干扰能力弱、系统复杂程度及成本随着监测点数量增加而线性增大的缺点。另一方面,分布式光纤传感技术具有灵敏度高、抗电磁干扰性强、体积小、重量轻、易于实现分布式传感等特点,在周界安防、结构安全、石油勘探等应用领域
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随着核电、医疗、科学研究等领域的持续高速发展,相关领域对辐射传感技术的探测精度、探测剂量范围、以及监测点数量均提出了更高的要求。传统的辐射传感技术大多基于电子传感器及分立结构,存在体积大、抗电磁干扰能力弱、系统复杂程度及成本随着监测点数量增加而线性增大的缺点。另一方面,分布式光纤传感技术具有灵敏度高、抗电磁干扰性强、体积小、重量轻、易于实现分布式传感等特点,在周界安防、结构安全、石油勘探等应用领域优势显著并逐渐成为研究热点。本文对利用光纤传感技术实现分布式辐射传感开展了初步研究及探索。提出了通过采用光时域反射仪(OTDR)技术测量光纤辐射致衰减效应(RIA)引起的背向散射光功率变化,从而实现分布式辐射剂量传感的方法。我们重点研究了光纤RIA与辐射剂量的关系,通过计算OTDR曲线的光功率衰减斜率,建立单模光纤RIA与辐射剂量的线性关系。实验结果表明,光纤掺杂成分对辐射致衰减灵敏度具有显著影响。我们采用长度1 km连续六段式光纤辐射传感系统设计,观测到处在辐射剂量率不同位置,光纤辐射致衰减与剂量率之间的关系。初步验证了分布式光纤辐射传感的可行性,结果表明,通过采用具有合适RIA的特种光纤,有望实现具有较高空间分辨率的长距离分布式辐射传感。此外,我们利用光纤辐射致衰减效应具有较大的波长相关性的特点,进一步提出了灵敏度可调的分布式光纤辐射传感技术方案。采用在不同波长及传输模式(单模、多模)下均能工作的通用型特种传感光纤开展了灵敏度可调的光纤辐射致衰减效应研究。结果表明,在850nm、1550 nm波长下,具有渐变折射率分布24μm纤芯直径的通用型特种光纤的RIA与辐射剂量呈良好线性关系,且在850 nm波长下测得的RIA是1550 nm波长RIA的40倍,研究结果表明,采用通用型特种传感光纤,通过对OTDR工作波长进行选择,有望实现灵敏度可调的分布式辐射传感。
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