为了有效检测输油管道应变, 首先, 提出采用有限元软件对支吊架结构输油管道施加载荷, 仿真管道表面应变分布, 从而优化分布式光纤输油管线应变检测排布方式; 然后, 在实验中将传感光纤沿轴向黏贴于管道外表面, 通过布里渊光时域分析仪(BOTDA)测量光纤布里渊频移, 以对管道表面应变分布进行实时监测。对比仿真和实验数据可知, 管道顶部和底部对应变敏感, 且管道表面应变分布的仿真结果与实验数据基本吻合。

通过有限元分析软件对硬质聚氯乙烯材料支吊架结构管道建立模型，采用中央竖直向下施加静态持续载荷方式进行力学仿真。将传感光纤沿轴向直线排布在模拟管道顶部、底部和侧部，通过粘贴传感器将管道外表面应变传递至传感光纤，并采用布里渊光时域分析仪对不同载荷下管道的应变变化进行监测。结果表明：管道轴向方向到管道底部为拉伸正应变，顶部为压缩负应变，侧部中线的应变基本不变；管道中段的应变最大，向管道两端的应变逐渐减小，距离管道端部0.6 m处的应变趋于0。此外，油气管道中段底部的应变灵敏度为顶部的3.3倍，为支撑端的5.5倍。

为提高布里渊时域分析的传感精度,探寻一种相同条件下传感更为稳定、精确的传感光纤,通过实验得到一种布里渊频移与温度拟合线性度约为1的传感光纤.理论上分析了布里渊散射谱线宽度对温度传感测量精度的影响机制,在布里渊时域分析系统实验中分别以普通单模光纤与非零色散位移光纤(G.655)为传感光纤,测出在一定温度变化范围内标定点的布里渊散射谱线宽度和频移值.实验结果表明,非零色散位移光纤的布里渊散射谱线宽度随温度变化比较稳定,具有较高的传感精度.因此以G.655光纤为传感光纤更利于长距离监测场传感精度的提高.

空间分辨率是BOTDA传感系统的一个重要参数,其主要取决于泵浦脉冲光的宽度。为了提高BOTDA系统的空间分辨率,在不改变泵浦脉冲光宽度的情况下,采用螺旋式盘绕传感光纤的方法,分析了布里渊散射传感原理,理论上分析采用螺旋式盘绕光纤对提高实际测量空间分辨率的影响。实验中泵浦脉冲光宽度为10 ns,BOTDA系统采样间隔为0.4 m。采用1 m长螺旋式盘绕传感光纤监测0.5 m管线轴向温度分布,监测空间分辨率为0.5 m。分析结果表明,采用螺旋式盘绕光纤更有利于提高监测管线温度场的空间分辨率。

根据大型结构全尺度分布式高精度温度测量要求, 组合应用布里渊时域分析(BOTDA)技术和光纤布拉格光栅(FBG)温度传感技术, 设计了一种由BOTDA分析仪、FBG解调仪、共线传感探头和光开关组成的温度传感测试系统。实验测试证明, 该系统具备大范围分布式温度测量与局部高精度温度测量功能, 而且实现了BOTDA测温技术与FBG温度传感技术的有效互补, 解决了测量范围和测量精度的矛盾问题, 并且具有良好的温度重复性, 达到了预期的设计要求。该共线测试技术方案在大规模结构温度监测中具有广阔的应用前景。

光时域反射仪(OTDR)在光纤系统的测试中具有十分重要的作用, 如何提高其分辨率和动态范围已经成为研究的一个难点 ［1-3］ .为了使设计的解调系统达到对测量精度和动态范围的要求, 采用Xilinx xc3s400和USB单片机为主要的核心器件, 分别完成对A/D的采样、通信等功能, A/D采用12位150Mbps高速采样芯片完成对被测量的量化; 通信方面以USB通信方式, 以实现采集数据与PC机之间的数据传输.数据传输率达到30M以上.在PC机开发可视化图形界面完成数据的处理和结果的显示.

报道了利用光纤布拉格光栅反射波谱带宽展宽技术实现温度补偿的压强传感新方案。结合平面圆形膜片应变调谐的特点, 采用膜盒式结构, 将光纤光栅中心对准平面圆形膜片零应变半径并沿径向粘贴, 利用反射波谱带宽对应变敏感而对温度不敏感的特性解调压强, 成功地实现了温度补偿的压强传感测量。基于光谱分析仪0.05 nm的光谱分辨力, 实验测得带宽随压强响应灵敏度为0.34 nm/MPa, 压强精度为±0.15 MPa, 压强测量范围为0～7.5 MPa。实验结果与理论分析基本一致。

报道了利用偶联技术封装光纤光栅压力传感器的新方案．通过采用特殊聚合物材料将光纤光栅封装于金属管中，并采用偶联材料分别与聚合物和光纤以化学键偶联的工艺，解决了由于有机弹性体聚合物的弹性模量(1．2×10⁵ N／m²)与光纤光栅的弹性模量(7×10¹⁰ N／m²)相差很大，在压强较大时易导致光纤光栅与聚合物材料之间的撕裂滑脱问题，改善了光纤光栅压力响应特性．封装后的光纤光栅压力的线性测量范围为0．04 MPa～0．6 MPa，压力响应灵敏度为－4．48 nm／MPa，与裸光栅压力响应灵敏度－0．003063 nm／MPa相比，增敏了1463倍．利用实验中所使用光谱仪0．05 nm的分辨率，压强测量准确度为±0．01MPa，线性度为0．9978．

选用热膨胀系数较大的聚合物和某种偶联材料,采用特殊工艺用其对裸光纤光栅进行封装,消除了封装过程中所带来的光纤光栅啁啾现象,极大地改善了光纤光栅反射波的波形,提高了封装测试过程的重复性,为波长解调解决了一大难题.在30.6℃～120℃范围内,测量过程中波形很好并几乎不变,温度灵敏度为0.1173 nm/℃,温度分辨率为<0.43℃,比裸光纤光栅增加了11倍;平均灵敏度增敏倍数γ′=10.34,与理论计算灵敏度增敏倍数γ=10.76符合得比较好.聚合物封装光纤光栅的温度响应曲线具有很好的线性.

研究了一种基于管式弹性应变敏感元件的光纤光栅传感器结构。利用双光纤布拉格光栅(FBG)产生双反射峰,对压力和温度进行了同时区分测量。在压力为0～20 MPa、温度为20～150 ℃的范围内,布拉格反射波长对应压力与温度的变化均呈现良好的线性响应特性,响应灵敏度分别为0.089 nm/MPa和0.024 nm/℃。压力与温度双参量系数矩阵的实验拟合值与理论计算值之差仅占理论计算值的1.8%。该方法与标准测量方法比较,压力的准确度为0.47%;温度的准确度为0.74%。该方法还较好地削减了压力与温度交叉敏感的影响,按压力与温度测量的最大量限计算,温度对压力交叉影响的误差仅为0.16%。