光缆结构对马赫-曾德尔分布式光纤振动传感系统性能影响

摘要

光缆是马赫-曾德尔分布式光纤振动传感系统的重要组成部分，其结构对系统的传感性能有很大影响．实验选择了玻璃纤维增强塑料(GFRP)单芯光缆、螺旋铠装光缆、钢丝铠装光缆、层绞式复合光缆4种具有典型结构的光缆，设计了9种光缆结构组合，研究了各组合对单频稳态振动和宽频瞬态振动的响应特性，分析了系统信噪比随振源频率和振幅的变化趋势，比较了不同的光缆结构组合在相同振动激励下的响应差异．通过数值模拟为每种光缆建立模型，仿真得到光缆受到外界信号作用时的截面应力分布和光纤内部应力变化曲线．研究结果表明，光缆结构不同的组合比光缆结构相同的组合具有更高的灵敏度；所有光缆组合对振动信号的频率响应没有显著差异，且均表现出较高的信噪比；在幅值响应方面，双钢丝铠装光缆组合与振动信号的振幅间呈现良好的线性关系，双GFRP单芯光缆组合、双层绞式复合光缆紧套光纤组合较差，其他组合则没有线性关系；注油光纤可以衰减高频信号，有一定的高频滤波功能；螺旋铠装光缆在大振幅信号下更容易产生噪声．研究结果可为实际工程中马赫-曾德尔分布式光纤振动传感系统的光缆选型提供参考．

关键词

光纤传感 / 光缆结构 / 马赫-曾德尔干涉仪 / 振动

基金资助

国家重点研发计划资助项目(2022YFC3203802)