快速、高空间分辨分布式光纤传感技术及其在机械形变和温度监测中的应用

作     者：尹国路 蒋锐 徐州 周雷 牛洋洋 吕雷 朱涛 YIN Guolu;JIANG Rui;XU Zhou;ZHOU Lei;NIU Yangyang;Lü Lei;ZHU Tao

作者机构：重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第8期

页      面：96-104页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(61975022) 中央高校基本科研业务费(2019CDQYGD038)资助项目 

主　　题：分布式光纤传感 光频域反射仪 机械形变 高空间分辨率温度监测 GPU加速 

摘      要：针对未来智能变体飞行器飞行途中机翼形变监测、微创手术中精准介入手术、连续体机器人自动运动轨迹追踪、涡轮叶片温度监测等对抗电磁干扰、精度高、质量轻的分布式传感技术需求,研制了基于光频域反射仪的快速、高空间分辨率分布式光纤传感样机。该样机采用辅助干涉仪的外差拍频信号作为外部时钟,辅助干涉仪选用300 m的延迟光纤,抑制了光源非线性扫频效应,利用偏振分集接收装置消除系统中的偏振衰落效应。在40m传感距离内对CPU和GPU运算时间成本进行了对比,采用GPU加速算法将光频域反射仪的传感速度提升了20倍。对涡轮叶片温度进行监测,其传感采样空间分辨率达到0.76 mm,温度测量精度达到0.4℃。采用该样机实现了二维柔性面板机械形变监测,测量误差低于3%。