多功能分布式光纤传感技术的创新研究与应用

“多功能分布式光纤传感技术研究.pdf” 分布式光纤传感技术是现代传感领域的核心技术之一，它利用光纤本身作为传感元件和信号传输媒介，能对环境的各种参量进行分布式监测。相较于传统的机电传感器，光纤传感技术具有显著优势，如体积小巧、重量轻、抗电磁干扰能力强、灵敏度高等。本研究主要关注如何克服当前分布式光纤传感系统在多参量监测方面的局限性，以降低监测成本并提高测量精度。 分布式光纤传感技术主要包括基于相位敏感光时域反射（Φ-OTDR）和基于布里渊散射的传感技术。前者可以检测扰动信号，后者则能监测结构健康状态的温度和应变。然而，现有的分布式光纤传感系统通常只能实现单参量监测，需要多个独立系统来完成多参量监测，这无疑增加了成本和复杂性。 论文首先详细阐述了光纤中的后向散射光，包括瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，并基于这些基础介绍了Φ-OTDR和布里渊散射分布式光纤传感的原理。通过分析这两种技术，论文提出了一种可能性，即通过一个系统实现多功能多参量的监测。 接着，论文探讨了分布式光纤传感技术的不同类别，特别是Φ-OTDR和受激布里渊散射时域分析仪（BOTDA）的应用。论文指出，将这两种技术融合可以创建一个多功能的多参量传感系统，具有广泛的应用潜力。 在解决现有问题方面，论文提出了一个结合Φ-OTDR和BOTDA的多功能多参量传感方案。该方案详细规定了各个组件的选择和参数设计。论文还深入分析了该方案在入侵监测和应变测量中的性能。在入侵监测中，通过玻尔兹曼拟合方法提高了相邻入侵信号的分辨精度；在应变测量中，利用洛伦兹拟合得到了应变频移系数，验证了系统的应变测量精度。同样，该方案在温度测量上的性能也得到了分析，通过洛伦兹拟合确定了温度频移系数，从而确保了温度测量的准确性。 这项研究为分布式光纤传感技术的发展提供了新的思路，尤其是在实现多功能、高精度和低成本的多参量监测方面。通过优化系统设计和信号处理方法，有望进一步提升光纤传感系统的性能，推动其在工程、环境监测、结构健康监测等多个领域的广泛应用。