水下多参量光纤传感基础研究

Sensing under water is the basic technology in the protecting or employing water resource. Now the sensing technology is facing the challenge of multi-parameters, long term and wide covering range. Comparing with electronic technology, fiber sensing has many advantages in under water multi-parameters sensing. This project will research the underwater sensing technology by combining the distribute and discrete fiber sensing technology. Studying the interference of electric field in the multi-core fiber in underwater sensing, discovering the fusing technology of Rayleigh scattering distributed ultra-micro reflecting random grating and fixed period discrete micro-reflected grating, studying the meta-material based membrane in underwater F-P micro-cavity sonic sensing method and the tunable coherent length based low coherent interference time domain reflected vibration sensing method, realizing the distributed and discrete fiber F-P fused under water dynamic state mechanical parameters sensing method, building simulated underwater environment for fiber character diagnosis, measuring the combination signal of temperature, salt, pressure, strain, sonic, vibration in underwater environment, supplying a novel method for underwater measurement, playing an important role in the employing of sea resource, nation security, water conservancy and hydropower and so on.

水下监测是水资源利用与保护的重要关键技术基础。水下监测需要面临多参量、长期和宽覆盖范围的挑战，相比电子传感技术，光纤传感在实现水下多参量监测方面具有天然优势。项目拟结合分立式光纤传感和分布式光纤传感技术进行水下多参量光纤传感研究。通过研究多芯光纤多干涉机制的水下多参量传感机理，探索光纤的瑞利散射强度调控机制，研究瑞利散射等效分布式超微反射随机光栅与具有固定周期的分立式微反射刻写光栅水下多参量传感融合方法，研究基于超材料膜片的水下光纤法珀微腔声传感方法和基于可调相干长度的低相干相位光时域反射的振动传感方法，实现分布式、分立式光纤法珀融合的水下动态力学参量光纤传感方法，建立模拟水下环境下的光纤、光缆性能测试平台，实现水下温度、盐度、压力、应变、声波、振动等多参量的混合测量，为水体监测提供一种新的信息获取手段，在海洋资源利用、国防安全、水利水电等方面发挥重要的作用。

水下监测是水资源利用与保护的重要关键技术基础。进行了多干涉机制的海洋水下多参量传感器结构、机理与解调方法研究，提出了基于光纤微纳结构的多机理高精度盐度传感方法，制备了基于微纳光纤光栅、微纳椭圆光纤和微管回音壁谐振腔的盐度传感器，盐度分辨率达到0.03‰；建立了空心微球腔的微流体注入温度传感灵敏度调控模型，阐明了集光谐振腔和机械谐振腔为一体的空心微球腔光机振荡高分辨温度传感机理, 理论温度分辨率达到0.0001℃；提出了全硅级联双微腔结构的光纤压力传感新方法，构建了非对称双芯光纤光栅、空心光纤、聚合物光纤等弯扭传感机制，结合流向控制结构，实现流速和流向测量。进行了基于光纤光栅和光频域反射融合的水下混合多参量光纤传感机理研究，研究了散射系数1.51的瑞利散射增强光纤，并研制了七芯光纤和全固态光缆，提出了基于气体吸收谱线的FBG解调稳定机制，构建了融合锥形光纤的OFDR分布式折射率传感方法，建立了全光栅光纤的差分相对相位解调OFDR分布式静态应变传感模型，最小可测静态应变降低至0.25微应变，实现了多芯光纤OFDR三维形状测量。进行了基于光纤法珀和相位光时域反射融合的水下动态力学参量光纤传感机理研究，建立了机械滤波、振膜微结构调控、超薄振膜制备等多种声探测增敏调控方法，探索了大压力光纤传感方法的嵌入式压力稳定机制，最大可测压力达120MPa，构建了低相干干涉直流分量实时提取机制解决干涉信号快速相位解调实时补偿问题，提出了光脉冲的多频、多边带和线性调频等光时域反射分布式相干探测解调方法，微反射光栅阵列和线性调频脉冲对的声传感距离拓展到百公里量级。项目实现温度、盐度、压力、应变、声波、振动等多参量光纤测量，促进了海洋、江河水利领域水体监测技术发展，同时也可拓展到航空航天等领域应用。