【摘 要】
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光频域反射（Optical Frequency Domain Reflectometer,OFDR）技术作为分布式光纤传感技术的一种,具有高空间分辨率与高传感精度等优势,在航空航天、精准介入医疗、复杂结构的健康监测等领域具有广泛应用前景。OFDR技术需要对大量的数据流进行处理,目前实时性能并不高,难以满足快速传感的需求,限制了OFDR传感技术在高精度实时传感领域的进一步应用。针对OFDR技术实时传
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光频域反射（Optical Frequency Domain Reflectometer,OFDR）技术作为分布式光纤传感技术的一种,具有高空间分辨率与高传感精度等优势,在航空航天、精准介入医疗、复杂结构的健康监测等领域具有广泛应用前景。OFDR技术需要对大量的数据流进行处理,目前实时性能并不高,难以满足快速传感的需求,限制了OFDR传感技术在高精度实时传感领域的进一步应用。针对OFDR技术实时传感性能不高的问题,本文采用图形处理器（Graphic Processing Units,GPU）并行运算方式,实现了基于快速OFDR的形状与温度传感。本论文的主要工作如下:（1）阐述了OFDR的基本传感原理,分析了影响OFDR快速传感的关键参数,提出了基于GPU并行运算的快速OFDR技术,介绍了GPU的基本结构,阐明了GPU的内部存储模式,GPU中多计算逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit,ALU）以及多线程分配处理运算模式,更加适合于大数据流的并行计算。对比了GPU和CPU的传感耗时,实验结果表明基于GPU的OFDR并行运算较CPU串行运行速度提升了十几倍。（2）搭建了快速OFDR系统,针对水听器弹性光纤环在外部压力下的形变监测、智能飞行器飞行途中机翼形变监测对快速传感技术的需求,建立了弹性圆柱和柔性面板形状反演算法,实现了水听器弹性光纤环在外部压力下的形变监测,完成了二维柔性面板机械形变监测,传感速度达到3Hz,形状重构误差低于3%。（3）实现了基于快速OFDR的温度传感技术,对温度系数进行了标定,温度灵敏度系数为15.02pm/℃。开展了基于快速OFDR的灌体表面和涡轮叶片的分布式温度监测。采用热电偶对传感误差进行分析,在100℃温度测量范围的最大误差为0.3℃。针对小尺寸涡轮叶片高空间分辨率温度测量需求,基于快速OFDR实现了空间分辨率为3.8mm、采样分辨率0.76mm的分布式温度传感。
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