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光纤传感网自愈性研究
Research on Self-healing for Optical
Fiber works
学科专业:光学工程
研究生:陈志童
指导教师:贾大功副教授
天津大学精密仪器与光电子工程学院
二零一三年十二月
独创性声明
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学位论文作者签名: 签字日期: 年月日
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学位论文作者签名: 导师签名:
签字日期: 年月日签字日期: 年月日
摘要
随着光纤传感网向着大容量、多参量的方向发展,具有自愈功能、高可靠性
的光纤传感网的研究受到了越来越多的重视。然而,对于光纤传感网自愈性的研
究目前还只停留在定性的、模糊判断的阶段,缺乏相应的定量分析方法。针对这
一问题,本论文利用 K 端可靠度来定量分析、比较不同拓扑结构的光纤传感网
的自愈性,推导线型、环型、总线型、星型四种基本拓扑结构的光纤传感网的 K
端可靠度的表达式,并与有源星环型光纤传感网做详细的分析与对比。为了解决
有源自愈型光纤传感网中有源器件成本高、实时性差等问题,我们设计了一种具
有自愈功能的无源 FBG 传感网,并论述了其原理与应用过程中需要注意的问题。
另一方面,我们对自愈型无源光纤传感网与光纤旋转连接器的结合应用做了初步
的探索。本论文的工作对设计具有自愈功能的、高可靠性的光纤传感网具有重要
指导意义。
本论文的主要工作:
1. 阐述了目前光纤传感网自愈性研究的发展状况,指出了对于光纤传感网
自愈性的研究还处在设计新颖拓扑结构的阶段,对其定量评价标准尚属空白。研
究发现,设计高可靠性的光纤传感网是最终目标,而自愈功能是实现这一目标的
最有效的方法之一。
2. 提出了用 K 端可靠度作为评价光纤传感网自愈性的标准,并推导出线型、
星型、环型及总线型四种基本拓扑结构的光纤传感网 K 端可靠度的一般表达式。
3. 研究星环型光纤传感网,包括连接节点 LN 的设计、有源与无源光纤传感
网的分类。以 K 端可靠度作为光纤传感网自愈性的评价标准,对有源星环型光
纤传感网的自愈能力进行了分析。
4. 设计了一种具有自愈功能的无源光纤布拉格光栅(FBG)传感网;并对
其自愈能力从理论与实验两个方面进行了详细的分析。在此基础上,对无源星环
型光纤传感网进行了改进,得到了混合双星环型光纤传感网,增加了其自愈能力。
同时,实验研究了光纤传感网中的 FBG 传感器在外部转动状态下光信号的变化
情况。
关键词:自愈性、光纤传感网、星环网、K 端可靠度、Monte-Carlo 方法、
光纤旋转连接器
ABSTRACT
As developing toward high-capacity, multi-parameter application, Optical Fiber
SN with self-healing and high-reliability has attracted more and more attention.
However, the research of this kind of Optical Fiber SN is still on qualitative stage,
which is lack in appropriate analyzing method. To solve this problem, a usful
quantitative method, K-terminal reliability, is presented to evaluate the the
self-healing and reliability of Optical Fiber SN. Based on this method, the formulas of
K-terminal reliability on different topologies Optical Fiber SN which