布里渊散射分布式光纤传感器研究现状与展望

布里渊散射分布式光纤传感器在结构健康监测领域具有广阔的应用前景。阐述了布里渊散射分布式光纤传感器的原理,分析了基于布里渊光时域反射、布里渊光时域分析和布里渊光频域分析的分布式光纤传感技术的研究现状,提出了布里渊散射分布式光纤传感器的研究热点及存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。     

34km传感长度的布里渊光时域反射计的设计与实现

布里渊分布式光纤传感器是目前最具应用前景的分布式光纤传感技术之一,其关键是如何检测布里渊散射光信号,布里渊光时域反射计是其中较好的检测方式。针对布里渊散射光信号特点,应用光相干技术来检测布里渊散射光信号。具体采用微波电光调制产生频率可调的参考光,和散射光进行相干检测,根据散射光频移特性,应用电信号处理技术取出布里渊散射光电信号,并采用偏振控制技术来抑制相干检测的偏振相干性,再经过数字信号累加和平均处理,最后得到分布式传感信号。采用光相干检测设计方案实现了布里渊时域反射计分布式光纤传感器,并进行了34km光纤的分布式应变传感实验。     

基于光时域反射法的分布式光纤应力传感器

研究了光纤时域反射仪的基本原理和光纤的微弯损耗机理，在此基础上开发了一种用光时域反射仪(OTDR)进行探测的分布式光纤应力传感器。对光纤微弯调制机构和传感器系统进行了设计与实验，分析了系统的灵敏度和空间分辨率的影响因素，实现了空间分辨率3m，测量范围1km的测量精度。现场实验表明：对山体滑坡等事故的发生能实现及时准确的灾害预报。     

基于BOTDR散射谱的应变提取方法研究

针对布里渊后向散射原理的应变传感系统信号检测方法进行研究,目前该领域信号检测方法普遍存在计算量大,精度不高,耗时大等诸多问题,提出了一种自适应梯度下降算法(Adam算法)对布里渊散射信号进行拟合计算,同时搭建了外差相干检测的布里渊应变测量系统。实验结果表明,用Adam算法拟合散射谱曲线后解调的平均应变误差为24.89με,是高斯-牛顿算法拟合曲线最大应变误差的51.96%,是列文伯格-马夸尔特算法拟合曲线最大应变误差的57.42%;Adam算法拟合散射谱曲线的拟合度佳(0.998 9),均方根误差小(0.110 5)拟合测量的精密度高,而且信号处理时间仅为18.5 ms。研究结果对布里渊散射传感技术高精度数据特征提取提供了理论和实验依据。     

基于PPP-BOTDA分布式光纤传感技术的管道健康监测应用研究

基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布式光纤传感技术已经逐渐广泛应用在各种民用、公用设备的应变与温度监测中.尤其是近年来兴起的一种新型传感技术:脉冲预泵浦布里渊光时域分析(PPP-BOTDA),通过引入预泵浦脉冲,获得了厘米级的空间分辨力.介绍了PPP-BOTDA技术的工作原理,阐述并探索研究了该新兴技术具有的优势与...     

基于单光子探测的光子计数光时域反射仪研究进展

基于光时域反射技术（Optical Time Domain Reflectometry, OTDR）的光纤分布式传感器可以实现对整个传感光纤空间可分辨的分布式测量,相比点式传感器具有极大的技术及应用成本优势。而传统的基于模拟探测的OTDR光纤分布式传感器在空间分辨率及动态范围上存在性能瓶颈。基于单光子探测的光子计数OTDR光纤分布式传感系统通过数字化的探测和记录方式,可以突破传统OTDR系统的性能极限。本文对光子计数OTDR系统技术及发展进行了综述,旨在通过本文的综述,明确基于单光子探测的光子计数OTDR系统的优势及限制,以及该技术的未来发展趋势,促进基于OTDR技术的光纤分布式传感器的进一步发展。     

基于瑞利散射的分布式光纤传感器的研究现状

主要介绍了几种分布式光纤传感技术中的基于瑞利散射的光时域反射(OTDR)技术、相干光时域反射(COTDR)技术和相敏光时域反射(-OTDR)技术的基本工作原理,并分别介绍了这三种技术的发展现状及优缺点,提出了今后的发展方向和展望。     

受激布里渊散射中Stokes光的反Stokes散射与慢光效应

为研究受激布里渊散射(SBS)慢光效应的物理机制,研究了Stokes光与布里渊声场之间的反Stokes散射,以及它与SBS慢光之间的内在联系.理论上证明了在SBS中除了泵浦光外,Stokes散射光与布里渊声场之间也满足散射条件,可发生反Stokes散射.该散射过程是泵浦光的Stokes散射的逆过程,因此泵浦光和Stok...     

光纤Bragg光栅阵列的光时域反射探测技术研究

本文研究了采用光时域反射技术对串联光栅阵列的反射功率进行探测的新方法。在实验研究的基础上,对高反射率光栅在光时域反射测试系统中的“假峰”和“谐振峰”现象的产生根源进行了分析,并提出了适合于光时域反射测试系统的光栅反射率的具体要求。此外对光时域反射测试技术的空间分辨率、复用数量进行了分析,给出了综合考虑多种因素的光栅传感阵列的布置方案。光时域反射探测技术是一种新颖的光栅阵列测试技术,与传统的波长测试系统相比,可从时分复用角度大大增加复用数量。     

浅谈液滴分析仪的机械结构设计

本文基于液滴分析技术的原始理论,重新设计了电容传感器的机械结构。为了找到纤维进给的深度,设计了梯度为0.1mm的垫片调整机构,以控制纤维探头通过垫片的插入深度并达到最表征的位置,以便液滴实验能够最好地再现状态。实验表明,使用1.8mm垫片来限制纤维深度可以获得最佳的液滴指纹。     

基于BOTDA技术的分布式光纤温度传感试验系统

建立了基于BOTDA(布里渊光时域分析技术)的分布式传感实验系统,该系统由150 mW窄带激光器、50 mw窄带激光器、声光调制器、脉冲发生器、环形器、频率计数器、光电探测器及相应光学器件组成.进行了温度传感试验,获得传感光纤处于25℃、35℃、45℃及55℃时的布里渊频移谱,通过对不同温度下频移谱峰值进行拟舍得出该系统的温度系数.进行了分布式光纤温度传感试验,将传感光纤分成3段,中间段置于温控箱中,调节温控箱的温度,使中间段温度不同于其他两段,扫描泵浦激光频率,使得处于室温下的传感光纤中发生受激布里渊散射,利用示波器获取了当光脉冲为2μs时系统输出电压信号波形.     

基于光纤分布式传感器的时频定位技术

光纤单芯分布式传感系统可对传感线路上的扰动信号进行检测与定位,特别适合各种长距离的管道监控,如油管监控。传统的频域定位算法,依靠单独的几个频率点,有一定的局限性,并且如果扰动源未激发出所需要的频率范围,就无法获得频率缺失点,这种判断方法就会失效。提出了一种简单的时域定位算法,与频域算法进行互补,提高了系统的稳定性和普适性。     

Fibre optic distributed scattering sensing system: perspectives and challenges for high performance applications

As fiber optic distributed scattering sensing systems are providing innovative solutions for the monitoring of large structures, the comparison of different techniques and solutions is difficult because of the lack of standardized specifications and the difficulty associated to the characterization of such systems. The article presents a tentative definition of performance specifications and qualification aiming at providing clear guidelines for their design, procedures applicable to fiber optic distributed sensing systems specifications, qualification, application and selection.     

应用于定位的光纤振动传感技术的发展现状

利用光纤作为传感器提取沿途振动信号,通过对检测信号的处理和分析,可有效地检测和定位发生的故障或入侵行为等。分布式光纤振动传感器利用光波在光纤中传输时相位、偏振等对振动的敏感特性,连续实时地监测光纤附近的振动,并能够定位预防事故,有较好的应用前景。根据传感原理,分布式光纤振动传感技术可分为基于干涉原理和基于后向散射探测技术两类。该文主要从以上两个方面综述分布式振动传感器的主要技术和发展动态。     

基于分布式光纤测温技术的LNG泄漏监测系统

介绍了光纤拉曼散射效应测温和光时域反射定位的技术原理,针对传统点式测温传感器在实际应用中存在的漏检和定位不精确等问题,提出了基于分布式光纤测温技术的LNG泄漏监测系统,该系统采用双通道校正测量模式,提高了温度测量和泄漏定位的准确度,从硬件组成和软件功能两方面对该系统进行了详细的阐述。     

30km分布光纤温度传感器的空间分辨率研究

分布光纤温度传感器是一种比较新型的传感器系统，它可以实时测量空间温度场的分布。空间分辨率是分布光纤温度传感器的一个重要参数。在30km分布光纤温度传感器系统的研制过程中，对系统的空间分辨率进行了优化设计。入射激光脉冲的宽度决定了系统空间分辨率的上限。光电接收系统和电系统的带宽也会影响系统的空间分辨率。电系统的带宽必须和激光脉冲的宽度相匹配。系统的空间分辨率既可以直接测量，也可以通过测量光纤末端菲涅尔反射的半宽度来间接测量。经过优化设计，在30km的系统中，空间分辨率达到了3m。