基于PPP-80TDA分布式光纤温度传感技术的数值模拟

基于脉冲预泵浦布里渊光时域分析法的分布式光纤温度传感技术是近年来出现的一种新型温度传感技术.本文采用有限差分法对一维瞬态受激布里渊散射的耦合波方程进行了数值求解,分别模拟了传感器在不同温度情况下的布里渊散射三维频谱图,得到了布里渊散射谱的中心频率、布里渊频移以及功率随温度变化的趋势.仿真结果表明,理论模拟与实际相符,并...     

基于分布式光纤的海底电缆在线监测技术

介绍基于BOTDA技术的布里渊分布式光纤传感器的工作原理,及其在渤海某海上油田电力组网系统中多条海底复合缆沿线温度应力测量的应用情况.     

布里渊散射分布式光纤传感技术的研究进展

阐述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术测量光纤温度/应变的基本传感原理。介绍了基于光时域反射仪发展起来的几种传感技术,布里渊光时域反射(BOTDR)、布里渊光时域分析(BOTDA)、布里渊光频域分析(BOFDA)分布式光纤传感技术,特别对BOTDR的原理和典型系统方案进行了详细的介绍。最后,叙述了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术当前的进展和趋势。     

布里渊光时域分析传感器中光偏振控制技术的研究

普通单模光纤的布里渊光频移是光纤温度和应变的函数,可利用布里渊光时域分析(BOTDA)技术来测量光纤各点的温度、应变分布情况。但受激布里渊散射信号在光纤中存在偏振相关性问题,这会影响信号的精度和准确性。本文实验研究正交偏振控制和随机偏振控制技术抑制布里渊光时域分析系统的偏振相关性,优化BOTDA系统的检测性能。     

基于布里渊散射的结构应力光纤测试技术研究

作者通过分析一定功率的脉冲光射入光纤中的布里渊散射规律,介绍了分布式光纤测量测量轴向应力的基本原理;制作实验装置,测量单独的应变模型,分析散射回来的波形图,初步了解应力在光纤布里渊散射波谱上的图像特征;将应力作用于光纤的不同位置,对比它们与无应力作用诗所得到的散射波形之间的图像差异,研究其对光脉冲在光纤传输过程中的影响规律;结果表明,应力的作用大小,作用位置的不同都会对脉冲光的传播造成影响,主要在于影响布里渊散射的斯托克斯光和反斯托克斯光;本次研究所得可以为分布式光纤测量提供参考,为分布式光纤在测量微型形变的应用中有一定的促进作用;本次研究的创新点在于使用滑轮的方法,解决同等应力在分布光纤的不同位置作用效果。     

基于SOA脉冲调制的BOTDR应变检测系统

电光调制器调制光脉冲时易受偏振态与偏压影响,造成调制脉冲平均功率与消光比不稳定,影响检测系统稳定性,实际中需通过复杂算法校正。本文提出半导体光放大器调制光脉冲的方法,通过改变注入泵浦电流调制光脉冲,采用相干探测结合微波频率扫描方法,获取不同频率点下自发布里渊散射信号,经洛伦兹拟合得到布里渊散射谱,实现光纤沿线布里渊频移解调,并搭建了基于半导体光放大器的BOTDR分布式应变检测系统。实验中选取2.943km光纤末端施加500με,频移测量误差在±0.5MHz范围内。研究表明可实现稳定应变检测。     

基于测温准确性的BOTDA空间分辨率规范研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术因能同时监测温度和应变而迅速发展,目前仅少数国家研制了测试布里渊频率偏移量的专用设备—布里渊时域分析仪(BOTDA,Brillouin optical time domain analyzer)。BOTDA测量频谱偏移量的准确性与设备的物理参数—空间分辨率有密切关系,目前对BOTDA空间分辨率尚无明确定义。从测温准确度、信号分析及厂家自定义等角度出发给出4种不同定义,并通过实际测温实验对4种定义方法进行比较。结果表明,对于标称分辨率为0.5 m的设备,采用不同定义时得到的空间分辨率在0.5~0.8 m之间变化,其中-3dB带宽定义严谨规范,而测温准确度定义更符合实际应用需要。     

分布式传感技术在高强筋活性粉末混凝土裂缝监测中的应用研究

基于受激布里渊散射的光时域分析技术(BOTDA),本文采用分布式光纤传感技术监测高强筋活性粉末混凝土梁裂缝开展情况.首先进行了分布式光纤监测裂缝可行性试验研究,结果表明,分布式光纤监测具有识别并定位裂缝的能力且测试精度高.在此基础上,将分布式光纤布设在高强筋活性粉末混凝土梁的表面和内部监测裂缝发展情况,结果表明分布式光纤可监测混凝土梁裂缝开展的全过程,且分布式光纤监测的时空连续性可有效解决裂缝产生的时空随机性问题.     

采用光滤波器的边缘检测布里渊光纤传感系统

提出了采用边缘光滤波器来测量光纤传感中布里渊频域的方案.分析了影响布里渊频移测量精度的因素,给出了布里渊频移测量精度和信噪比的关系.结果表明,在热噪声近似下,布里渊频移测量精度与热噪声、边缘光滤波器透射函数的导数及布里渊散射光信号功率有关.     

分布式光纤传感专利技术浅析

介绍了分布式光纤传感领域的技术发展概况,重点介绍基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的发展情况,分别对基于布里渊光时域反射技术、基于布里渊光时域分析技术、基于布里渊光频域分析技术的发展和应用进行详细介绍,简要分析各个技术的相应优缺点以及应用,之后对分布式光纤传感相关专利技术进行统计分析,对国内外专利申请量趋势、同领域主要申请人以及申请所属分类号进行简要分析,并概述了分布式光纤传感的发展前景.     

基于SVD的BOTDA测温系统的解调算法研究

基于布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis, BOTDA)的分布式光纤传感器具有测量范围远、精度高、可测温和测应变等优势，目前在大范围、长距离传感领域中广泛应用，如桥梁、建筑、道路等。然而目前大部分布里渊散射信号都是运用洛伦兹拟合算法进行寻峰解调，解调精度受噪声影响较大。提出一种基于奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)的降噪寻峰算法，利用Hankel矩阵对测温信号进行升维，对BOTDA测温系统的仿真信号进行分解，并通过实验验证了利用SVD对测温信号降噪来提升测温精度的可行性。     

分布式光纤温度和应变传感系统研究进展

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统是面向温度、应变等参数的高测量精度、高空间分辨率、高频率分辨率的监测手段.分别从光纤传感器设计与模拟、传感光纤的选用、传感技术辅助提升等三个方向总结和分析了基于布里渊散射的分布式光纤温度-应变传感系统的研究与发展现状;介绍了分布式光纤传感系统在油井、海底电缆等领域的应用;并展望了未来的研究发展趋势.     

基于WOA优化神经网络的BOTDA传感信息提取

人工神经网络（ANN）已被应用于获取布里渊光时域分析仪（BOTDA）所测的布里渊频移信息（BFS）,然而其存在易陷入局部最优和收敛速度慢等缺点。为了克服上述缺点,本文提出一种基于WOA优化人工神经网络（WOA-NN）快速获取布里渊光纤传感器BFS的方法;随后通过设计非线性收敛因子a,进一步构建基于非线性WOA优化的神经网络（NWOA-NN）用来提取BFS。将提出的2种网络与经典ANN、粒子群优化神经网络（PSO-NN）、遗传算法优化神经网络（GA-NN）等模型进行比较,实验结果表明,本文所提出的WOA-NN模型在提取BOTDA中的温度信息时的性能优于其他3个网络,其所获取的温度的平均RMSE分别低于ANN、PSO-NN和GA-NN约42.66%、52.51%以及45.93%,NWOA-NN模型所获取的平均RMSE进一步优于WOA-NN 19.08%。同时,使用ANN、PSO-NN、GA-NN、WOA-NN和NWOA-NN进行训练所花费的平均时间分别为929.71 s、889.49 s、699.36 s、580.06 s和549.12 s,所提出的2个网络训练时间表现亦较好。     

小波阈值降噪提高ＢＯＴＤＲ测量精度研究

布里渊光时域反射仪（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer, BOTDR）通过单端探测 光纤中的自发布里渊散射来实现布里渊频移测量,存在信噪比较低的缺陷。为此,本文采用小波阈 值降噪对微波外差扫频 BOTDR 测量过程中的每条单频功率曲线进行噪声抑制,最终提高 BOTDR 测量精度。简述了小波阈值降噪原理,构建了基于微波外差扫频测量的 BOTDR 仿真模型,通过仿 真分析不同小波变换参数对测量精度的影响,确定了最佳小波阈值降噪方案。搭建了微波外差扫频 BOTDR 光路及电路实验装置进行温度测量实验,在 10km 传感光纤上对降噪算法进行了实验验证。 实验结果表明,相比于降噪前,降噪后传感光纤末端变温区布里渊频移测量波动极差从 5.8 MHz 降 低至 3.2 MHz,均方根误差由 1.2 MHz 降低至 0.16 MHz,测温精度由±2.545℃提升至±1.4℃。理论仿真和实验研究证明,采用小波阈值 降噪可提升 BOTDR 测量精度。     

双光纤相干外差检测布里渊频移的传感系统

提出了一种测量布里渊频移的全新简便方案.从2根传感光纤反射回来的光经光电探测器外差接收,通过分析传感信号和参考信号的相对关系进行布里渊频移的测量.通过理论分析和实验结果可以看出:双光纤的引入省略了光的移频调制环节,简化了光路和滤波,降低了对光源的稳频要求,提高了系统的信噪比,增强了系统在实际应用中的可行性.     

新型埋入式长距离应变光纤传感器研制及性能研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术可检测长距离光纤沿线的分布式应变和温度,非常适用于结构健康监测.但如何保证传感光纤在铺设及后期监测过程中的安全性是其应用于土木工程领域的关键问题.介绍了一种新型埋入式长距离光纤传感器的研制方法,首先在结构施工过程中根据监测网设计预埋微管,再通过气吹技术将传感光纤铺设至微管内部,最后利用...     

光纤光栅传感技术在大结构监测中的应用进展

在众多的传感器种类中,利用多个光纤光栅传感器可构成多路和分布式传感器等各种形式的光纤传感网络等优点,使它正在成为传感器领域中新的研究方向。光纤光栅传感器所具有的独特的技术优势使其非常适合用于桥梁、堤坝、建筑物、航空航天、航海、海洋石油平台及油田等大结构工程的监测。论述了该技术的特点和近年来在国外大结构中的应用。     

环境因素对光纤传感管道安全预警系统性能的影响

由于管道长时间的运行磨损、设备的自然老化、地理和气候环境的变化以及人为损坏等原因,泄漏故障时有发生,在给人们的生命、财产和生态环境造成了巨大威胁的同时,也会造成资源浪费。光纤传感器以与管道伴随埋设的通信光缆为传感器件,与监控主机组成管道安全预警系统,对管道安全进行实时监控,并针对管道外部入侵和管道泄漏事件进行预警(报警)和定位,是现阶段行之有效的管道安全监控设备。由于管道沿线地质条件恶劣、周边环境复杂,对光纤传感器性能的影响较大,限制了光纤传感器的实际应用。通过分布式光纤传感器对真实的地下管道进行实地测试,采集和分析了各种测试数据,对不同地质条件和复杂环境下的分布式光纤传感器性能变化进行了定量分析,验证了环境因素对分布式光纤传感器性能产生的影响。该研究为分布式光纤传感器的信号分析和模式识别提供了帮助,有利于分布式光纤传感器在实际工程中的应用。     

基于BOTDR的光纤网格隧道形变监测系统研究

在分析布里渊散射光时域反射(BOTDR)监测技术应变测量的基本原理、标定方法、信号处理、实际应用及各项优点的基础上,针对隧道工程的形变监测设计了一套网格结构的光纤传感器系统;该套系统利用BOTDR及相关技术可以完成对隧道形变的灵敏探测和实时监控;对其工作原理和监测优势的分析以及仿真实验结果表明,这套光纤网格隧道形变监测系统具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点,在实际工程中具有较高的应用价值。     

基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统

当前巷道顶板变形监测方式为基于井下工业环网的在线实时监测,采用电子式和光纤光栅式的位移传感器并以无线方式连接,存在有较多监测盲点、误差较大、依靠连续供电等问题。针对上述问题,设计了一种基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统。该系统以布里渊光时域反射计(BOTDR)作为数据采集和分析的核心监测工具,采用5 mm钢绞线光纤作为感测光纤,以锚杆、锚索为固定点布设光缆,通过顶板光纤的应变变化来监测顶板变形状况,实现了对煤矿巷道顶板的实时在线分布式监测。现场应用结果表明,光纤应变变化能够实时准确地反映顶板变形情况,基于光纤应变的顶板监测结果与顶板离层仪监测结果、十字法观测结果一致。用光纤应变表征顶板变形程度消除了人为因素和断电等影响,保证了监测结果的客观性,这种长距离、耐腐蚀、抗干扰、无需供电的分布式光纤应变监测方式为煤矿提供了一种全新的巷道监测手段。