【摘 要】
：
分布式光纤传感技术不仅具有一般光纤传感器的优势,还具备空间位置信息的连续测量能力,被广泛用于大型建筑结构的健康监测、周界安防、电力系统、航空航天等领域,而且大多集中在温度、应变以及振动测量上,对于压力测量的报道较少。此外,以单模光纤（SMF）为传感光纤的分布式布里渊传感系统具有较低的压力灵敏度,且对于动态分布式、大范围压力测量的研究鲜有报到。本文以SMF为传感光纤,通过采用涂层光纤和不同的传感技术
论文部分内容阅读
分布式光纤传感技术不仅具有一般光纤传感器的优势,还具备空间位置信息的连续测量能力,被广泛用于大型建筑结构的健康监测、周界安防、电力系统、航空航天等领域,而且大多集中在温度、应变以及振动测量上,对于压力测量的报道较少。此外,以单模光纤（SMF）为传感光纤的分布式布里渊传感系统具有较低的压力灵敏度,且对于动态分布式、大范围压力测量的研究鲜有报到。本文以SMF为传感光纤,通过采用涂层光纤和不同的传感技术,开展了高灵敏度、动态、大范围分布式压力传感研究。在高灵敏度布里渊光时域分析（BOTDA）方案中,针对标准SMF压力灵敏度低和测量误差大的问题,本文采用了双涂层SMF法来增强布里渊频移（BFS）压力灵敏度。为分析其增强机理,建立了基于拉梅公式的多涂层光纤压力诱导应变模型。仿真结果表明,增大外涂层半径或减小外涂层杨氏模量和泊松比可以提高BFS压力灵敏度。为消除温度对压力测量的影响,对三种双涂层SMF温度灵敏度进行分析和测量用于后续的温度补偿。实验测得温度补偿之后的三种双涂层光纤在0到30MPa压力范围内的BFS压力灵敏度分别为-1.65MHz/MPa、-2.66MHz/MPa和-3.61MHz/MPa,最大压力灵敏度约为标准SMF的5倍,压力测量误差为0.09MPa。在高灵敏度动态BOTDA方案中,针对传统BOTDA方案压力测量慢、灵敏度低的问题,本文以双涂层SMF为传感光纤,提出了基于光学捷变频技术的高灵敏快速BOTDA压力传感方案。通过在一个光路径上串联两个电光调制器来实现捷变频脉冲的产生,以注入锁定方式来实现对捷变频脉冲的滤波和放大,同时能够使捷变频脉冲峰值功率更加平坦。静态实验测得在0到30MPa范围内BFS压力灵敏度为-3.46MHz/MPa,平均64次后单次测量时间仅需1.92ms。随后,对所提传感方案的动态压力测量能力进行测试,实现了30MPa动态压力变化的测量,测量误差为0.03MPa。在高灵敏度动态相位敏感光时域反射计（phase-OTDR）方案中,针对BOTDA系统中BFS压力灵敏度较低的问题,本文以标准SMF为传感光纤,提出了基于频率扫描phase-OTDR技术的高灵敏度动态压力传感方案。通过任意波形发生器（AWG）产生多个频率的光脉冲,通过注入锁定方案进行滤波并带有较高的消光比,通过互相关算法实现对传感信号的提取。在0到1.8MPa范围内,测得瑞利散射谱频移的压力系数为702.50MHz/MPa,约是采用标准SMF的BOTDA方法的1000倍。随后,进行了从2.0到0MPa的动态压力测量实验,实现了33.33k Hz压力采样率的分布式测量,测量误差为0.61k Pa。在高灵敏度大范围动态测量方案中,针对压力灵敏度和测量范围需要权衡的问题,本文以标准SMF为传感光纤,提出了将BOTDA和phase-OTDR技术相结合的分布式压力传感方案。具有绝对测量能力的BOTDA为系统提供压力校准,而具有相对测量能力的phase-OTDR用于实现高灵敏度压力测量。利用AWG产生多频快速切换脉冲进行快速测量,采用注入锁定方法对其进行滤波和放大。实验测得在0到20MPa范围内BFS的压力系数为-0.74MHz/MPa,在0到2.0MPa范围内瑞利散射谱频移的压力依赖性为705.50MHz/MPa。通过两种传感技术的结合,实现了0～20MPa动态压力变化的测量,将phase-OTDR的测量范围提高了一个数量级即从0～2.0MPa到0～20MPa,同时实现了0.30k Pa的测量误差,这意味着测量精度比BOTDA技术提高了2600多倍。
其他文献
航空煤油作为冷却介质可以对机载设备和发动机进行高效冷却,以确保飞行器的飞行安全。航空煤油在冷却通道内吸收热量后温度升高,溶解氧与其他痕量物质通过链式自由基反应发生氧化结焦,生成沉积在壁面上的焦体。氧化结焦与燃油的流动换热相耦合,严重影响飞行器的飞行安全。因此,亟需对复杂的氧化结焦过程进行研究以认识其结焦动态特性,并分析氧化结焦影响因素作用机制,以研究航空发动机冷却通道内航空煤油氧化结焦沉积对换热的
航空发动机整体叶盘叶片长期工作在高压及振动载荷等恶劣环境下,容易产生诸多损伤缺陷,对其修复具有巨大的经济效益。TIG（Tungsten Inert Gas）电弧熔丝修复具有低成本高质量的优势,有望成为一种经济可靠的修复方法。然而在钛合金电弧熔丝修复过程中,极易出现粗大的β柱状晶、α相强织构特征以及不均匀微观结构等组织特征恶化沉积层性能。本文针对叶片试样模拟件,开展了TC17钛合金直流电弧熔丝单道单
采用大型整体式中空构件替代传统的组合式结构,是实现飞行器减重的重要途径,同时还能够提高构件的使用寿命及可靠性。因此,高强铝锂合金中空结构件的制备及应用在航空航天领域备受关注。但目前铝锂合金轻量化构件的研制仍存在诸多问题,限制了其发展与应用,如室温成形性能较差,空气环境中界面结合强度低,真空环境下设备要求高、焊接效率低等。本文以国产密度最轻的铝锂合金5A90板材为研究对象,在其表面电沉积Cu镀层阻碍
锂金属具有3860 m Ah/g的理论比容量和最低的电极电势,被称为能量之“圣杯”,它是下一代锂电池的理想负极材料。使用锂金属作为负极的锂金属电池在能量密度方面具有巨大的优势。然而,锂金属较高的活性会造成枝晶生长以及电解液消耗等问题,不仅会导致容量下降,还存在安全隐患。因此,探究锂金属负极的保护措施成为近年来该方向研究的重点。目前常使用界面调控或三维支撑骨架来改善锂金属负极的电化学性能,这些方法都
镁合金是最为轻质的金属结构材料,具有广泛的应用前景。将焊接应用于镁合金结构制造,能有效推动镁合金作为结构材料的应用。双轴肩搅拌摩擦焊（Bobbin friction stir welding,BTFSW）作为搅拌摩擦焊的变体,适用于中空结构焊接。目前镁合金BTFSW面临热塑性金属流动性差、易出现缺陷、焊具易断裂、搅拌区（The stirred zone,SZ）强织构等问题。针对以上问题,本文以ZK
信息和通信技术的发展被认为是21世纪以来的第一大科技革命。随着海底光纤的铺设,通信卫星的升空,以及因特网的普及,直至本世纪初,几乎所有的人类都被名为“互联网”的无形大网所包裹联系起来,人们的生活也因此发生了翻天覆地的变化。随着科技的进步,第五代移动通信技术（5G）,大数据,车联网等成为时下最热门的新名词。这些新技术对通信系统的通信容量提出了进一步的要求。涡旋光束是一种携带轨道角动量（orbital
随着大数据的发展和智能设备的普及,图像在数字医疗、工业检测、多媒体、刑侦等领域发挥着越来越重要的作用,因此对图像处理技术的研究愈发重要与迫切。特别的,图像恢复和图像分割是图像处理领域中的两项重点研究课题。在图像处理领域中,变分偏微分方程方法因其较强的局域自适应性和高度的灵活性而被广泛研究。低阶变分偏微分方程模型往往会导致“阶梯”效应,使得图像处理过程中产生虚假的边缘。本文利用高阶变分偏微分方程的几
镁是目前最轻的结构材料,其密度大约是钢材的23%,铝合金的66%。此外,镁合金还具有高的比强度,比刚度,良好的阻尼减震性,以及优异的切削加工性。然而,镁合金在室温下塑性很低,耐腐蚀性能较差,这些缺陷都极大的限制了镁合金的使用。大量文献报道添加稀土元素可以很好的改善镁合金的上述缺陷。相比于传统镁合金,稀土镁合金室温下具有较高的延伸率。此外,大部分稀土元素在镁中拥有较高的固溶度;通过适当的时效处理,稀
量子信息处理通常要求量子系统在强耦合机制下工作,即量子比特与量子谐振子的耦合强度大于各自的耗散率,确保两者之间进行可逆的相干能量交换。随着微纳制造工艺和实验技术的快速发展,强耦合机制已经在一些物理体系中得以实现。然而,对于多数量子体系而言,实现强耦合机制仍然具有挑战性,这极大地限制了在这些体系中执行量子信息任务的能力。量子参量放大利用参量非线性实现信号增强,目前已经被广泛应用于量子探测和量子通讯等
在线住宿平台包括传统的酒店平台和新兴的共享民宿平台,二者作为住宿产品的购买交易平台,具有相似性同时也存在各自的特点。从数据结构的角度看,在线住宿平台上的数据可以分为如数字评分、价格等结构化数据,以及文本、图片等非结构化数据。领域内的学者对在线住宿平台上的结构化数据和非结构化数据中的文本对消费者行为的影响进行了大量的研究,然而尚未有学者对非结构化数据中的图片对消费者行为的影响进行深入研究。本文采用深