利用高真空磁控溅射技术, 通过高纯Mg靶和自制Mg-Bi-Sn合金靶的顺序溅射沉积, 制备了Mg3Bi2/Mg2Sn纳米复合薄膜。沉积薄膜的晶体结构和相组成由X射线衍射(XRD)图谱确定, 表面形貌和化学成分用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱仪(EDS)进行观察、测量和分析。沉积薄膜的载流子浓度和迁移率通过霍尔实验获得, 电导率和Seebeck系数由Seebeck/电阻测试分析系统进行测量。结果表明, 沉积薄膜由Mg3Bi2和Mg2Sn两相组成, 随着薄膜中Mg2Sn含量的增加, 沉积薄膜的室温载流子浓度增加而迁移率下降。在整个测试温度范围内, 随薄膜中Mg2Sn含量的增加, 薄膜Seebeck系数不断升高而电导率下降。Mg2Sn相原子含量为28.22%的沉积薄膜在155 ℃获得最高功率因子为1.2 mW·m-1·K-2。在Mg3Bi2薄膜中加入适量的Mg2Sn第二相, 可明显提升Mg3Bi2薄膜材料的功率因子。

为了减小拉曼散射光波长相关损耗、光电探测器附加噪声及散射光中的瑞利噪声对分布式光纤温度传感器测温误差的影响，通过分析分布式光纤温度传感系统的解调原理提出了一种反斯托克斯光降噪方法。将光纤按照环形结构铺设，以每次测量的反斯托克斯光信号中菲涅耳反射峰后的基底噪声平均值作为动态本底噪声，利用两段处于不同温度的光纤消除动态本底噪声后的瑞利噪声。反斯托克斯光降噪解调法从原理上避免了参考斯托克斯光引入的测温误差，消除了本底噪声和瑞利噪声导致的测温误差。实验结果表明，修正的分布式光纤温度传感系统的最大测温误差从5.4 ℃降低到0.6 ℃，测温准确度有明显提高。

为了满足分布式光纤拉曼温度传感(RDTS)器对前级光源的需求,采用主振荡功率放大(MOPA)技术,研制了一台中心波长为1550 nm的全光纤脉冲激光器。激光器的光纤放大器分为两级结构,采用前向抽运方式。光纤脉冲激光器的输出峰值功率在0~10 W范围内可调,线宽为0.32 nm,信噪比大于25 dB,且输出光脉冲的脉宽、频率均可调节。使用自制的光纤激光器进行2 km基于拉曼散射的光纤分布式测温实验,解调的温度信号具有不大于±1 ℃的测量精度,并且测温周期最短可达1.31 s,满足实际运用需求。

设计了一种基于频率补偿技术的高精度、高稳定度抽运激光器驱动电路,该驱动电路以深度负反馈系统的电流调节为内环,光功率反馈调节为外环,同时采用一阶人工分析与Tina SPICE仿真相结合的方法,对环路进行频率补偿,实现了抽运激光器的高稳定性控制。通过模拟比例积分微分技术控制驱动芯片,实现半导体制冷器的电流调节。所设计的驱动电路在自动电流控制模式下输出连续可调的电流,同时具有慢启动、防反向电流和过流保护等功能,输出电流长期稳定度可达0.04%。在自动功率控制模式下,激光器输出功率长期稳定度优于0.3%,控制线性度达0.9999,温控的长期稳定性优于0.0928%。实验结果表明,该驱动系统具有安全性高、稳定性好、使用方便等优点。

针对目前管道泄漏监测与安全预警技术的不足,提出了光纤布拉格光栅(FBG)振动传感的方法,搭建了管道振动信号实时监测系统,并在石油管道上进行了现场实验。通过对实验得到的时域信号进行初步分析,以及采用基于偏最小二乘判别分析法(PLSDA)的模式识别方法,可以对管道上的噪声、铁锹敲击、铁锤敲击、电钻钻孔信号进行有效区分,且信号识别正确率达到96%,得出FBG加速度振动传感器系统检测管道振动信号具有可行性的结论,为石油管道运输中存在的打孔盗油等破坏性行为的监测提供了可行方案,从而实现管道上振动信号的实时在线监测与科学管理。

以等截面悬臂梁为研究对象,分析了表面式封装工艺对光纤光栅传感器的应变传递特性的影响,推导了光纤光栅传感器所测应变与实际基体应变之间的关系,得到了应变传递率与平均应变传递率表达式。对影响平均应变传递率的参量进行了详细的仿真分析,结果表明为使光纤光栅能够真实地反映基体的形变,应选用剪切模量较大的物质作为中间层,减小中间层的厚度,增加中间层的长度和宽度,以提高平均应变传递率,减小测量误差。中间层厚度是影响封装结果一致性和重复性的最主要因素,而增大中间层长度和宽度,能有效地提高传感器封装结果的一致性和重复性。

结合基于喇曼散射的分布式光纤温度传感器的基本原理及温度解调过程, 研究和分析了温度测量产生误差的主要原因.采用拟合修正的方法来解决斯托克斯光和反斯托克斯光传输损耗差异以及光纤弯曲、应力等附加损耗对系统的影响; 采集光纤起始端同一位置3个不同温度的信号值求解非线性方程组, 实现了对探测器暗电流引起的测量误差的修正.实验结果表明: 经过修正的传感器在900 m位置的温度测量误差平均值从8.0℃降到0.37℃, 整条光纤的温度测量误差平均值≤±0.6℃.