基于BOTDR的多模光纤温度传感

针对多模光纤存在的模式耦合和布里渊增益谱展宽限制传感精度的提高等问题,提出利用单模光纤对多模光纤中散射信号的高阶模进行过滤实现多模光纤分布式温度传感精度的提高.分析了多模光纤的布里渊散射与温度传感原理,搭建单模光纤滤模的移频本地外差布里渊光时域反射(BOTDR)系统,测量并比较了两种多模光纤的温度传感特性.结果表明:在...     

布里渊光时域反射系统中布里渊散射信号的前向和后向拉曼放大研究

由于布里渊光时域反射(BOTDR)系统中布里渊散射信号非常微弱,常常导致传感距离受限,进而影响系统的信噪比和测量精度。因此,提出对BOTDR系统中布里渊散射信号的前向和后向拉曼放大进行研究。实验结果表明,后向抽运拉曼放大的受激布里渊散射(SBS)阈值要比前向抽运的高;当抽运功率为700mW时,前向抽运放大增益可达13.78dB,随后出现二阶布里渊散射谱线,使得放大增益开始下降;当抽运功率为1000mW时,后向抽运放大增益可达16.33dB,随后放大增益仍有增长的趋势,有利于对布里渊背向散射信号持续放大。     

基于高频微波技术的分布式光纤传感器布里渊散射信号检测

分析了布里渊分布式光纤传感技术原理,采用自行研制的光纤单纵模分布反馈(DFB)激光器结合电光调制技术,利用相干检测技术,对布里渊微弱后向散射信号进行检测。通过改进滤波放大技术,对微弱后向散射光信号进行有效放大,再用扰偏技术及信号采样平均处理,实现对光纤传感器后向布里渊散射信号在11 GHz高频段直接采集显示。结果表明,探测所得布里渊散射信号峰值功率可达50 mV,能有效降低解调系统信号检测难度,改善了系统信噪比(SNR)。初步实验结果证明了该方案的可行性。     

布里渊光时域光纤传感中的快速测量技术

布里渊光时域光纤传感是一种连续分布式光纤传感技术,可广泛用于获取沿传感光纤的温度和应变等物理量分布。如何提高布里渊散射信号的测量和处理速度,以满足工程应用中的快速测量需求,是布里渊光纤传感领域研究者的主要关注点之一。文章通过分析传统布里渊光时域光纤传感系统的耗时来源,综述了近年来基于频率调制、功率谱测量、图像处理去噪和布里渊谱拟合方法改进等布里渊光时域传感中的快速测量技术研究进展。     

双光纤双参量布里渊光时域分析传感技术的研究

对于布里渊分布式光纤传感器(DOFS),温度或应变的变化都会引起布里渊频移谱改变,因此存在交叉敏感问题。在以往对布里渊光时域反射(BOTDR)计的双参量传感研究中,采用单根光纤,通过同时检测布里渊频移和功率变化,实现双参量传感。但对于布里渊光时域分析(BOTDA),由于受激布里渊散射的偏振相关性,不能实现对受激散射光功率的准确检测,因此难以实现单光纤的双参量传感。针对这一问题采用温度和应变系数不同的双光纤进行双参量传感。先测量了几种常用光纤的温度和应变布里渊频移系数,然后选择G652和G652成缆两种光纤,通过构建系数矩阵,由两根光纤的布里渊频移计算得出温度和应力,从而实现了温度分辨率25℃左右,应变分辨率约为200με的双参量传感。     

脉冲光的光纤布里渊散射谱拟合研究

针对脉冲光布里渊散射谱在用传统的洛伦兹曲线拟合时存在较大拟合误差的问题，通过理论分析推导出了脉冲光的光纤布里渊散射谱函数表达式。采用布里渊光时域反射（BOTDR）系统对一段3000 m长光纤的布里渊散射谱进行测量，对测得的不同脉冲宽度下的光纤布里渊散射谱分别采用洛伦兹函数和本文推导的函数进行拟合。结果表明：随着入射脉冲光的脉冲宽度变窄，采用推导的光纤布里渊散射谱函数能够有效提高BOTDR系统布里渊散射谱的拟合精度。     

长距离布里渊光时域反射光纤传感技术进展

大型桥梁坍塌、建筑物倾斜、冰灾造成输电杆塔倒塌大范围停电等自然灾害新闻屡见不鲜,对类似这些设施的监测研究成为热点。布里渊光时域反射(BOTDR)光纤传感具有分布式温度/应变同时传感、单端注入与测量等优点而被人们广泛采用。本文针对长距离光纤传感应用场景,分析了BOTDR传感机理;综述了近20年以来10 km及以上长距离BOTDR光纤传感系统的发展和关键技术;总结了基于数据处理、脉冲编码、多波长探测、高消光比调制、拉曼、窄线宽光源、单光子探测技术改善BOTDR性能指标的基本原理及具体指标值。展望了进一步提高系统信噪比、空间分辨率、传感距离、缩短整个系统的测量时间,优化多个性能参数;进一步增加除温度/应变传感参量,提升系统功能;进一步解决温度/应变交叉敏感问题都将成为长距离BOTDR系统今后的发展方向。     

相位敏感OTDR和布里渊OTDR结合的双参量分布式光纤传感的研究

在分布式光纤传感及应用中,单一传感系统一般只能实现一种参量的监测,如相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)只能监测光纤沿线的振动信息,布里渊光时域反射计(BOTDR)仅能监测应变/温度信息。对于多参量监测的应用场合,必须通过配合多种技术和系统来实现多参量监测和分析,增加监测成本和复杂性。设计并搭建了一种集成Φ-OTDR和BOTDR的双参量分布式光纤传感系统。该系统通过同时测量光纤中的瑞利散射和布里渊散射信号,在一根传感光纤中实现了温度/应变和振动的双参量检测。经过试验测试和验证,其测量距离达50 km以上,空间分辨率可达20 m,温度测量精度为±3℃,频率测量精度±0.15 Hz以上。     

波长扫描型布里渊光时域反射仪

布里渊光时域反射仪(BOTDR)是一种具有广泛应用前景的分布式光纤传感器。对于特定的入射波长,自发布里渊散射光的布里渊频移与温度和应变成线性关系,通过测量光纤沿线布里渊频移分布可实现温度或应变的分布式传感。布里渊功率谱扫描是BOTDR获取布里渊频移的常用手段,已有光频差扫描与电频扫描两种方式。基于布里渊频移对波长的依赖性,提出一种波长扫描型BOTDR。采用可调谐激光器作为光源,通过扫描入射光波长,来获取布里渊功率谱,该方法兼具光频差扫描与电频扫描的优点。实验证明了该方法的可行性,对23.4km光纤进行测量,实现了5m的空间分辨率与2.2℃的温度测量精度。     

基于布里渊散射的分布式光纤传感器的发展

介绍了基于布里渊散射的分布式光纤传感器当前的进展及趋势,给出了基于布里渊散射的分布式光纤传感器的原理,介绍了基于光纤光时域反射的BOTDR,BOTDA和BOFDA的分布式光纤传感器,以及基于自发布里渊散射能同时测试应变和温度的分布式光纤传感器,并指出了遇到的问题,使读者详细了解基于布里渊散射的分布式光纤传感器当前的进展及发展趋势.     

用于BOTDR的双通道可调M-Z干涉仪研究

针对BOTDR分布式光纤传感技术中背向散射光中布里渊散射信号光的分离提取问题,设计了一种高消光比双通道可调M-Z干涉仪,该干涉仪由两个3 dB耦合器、电动光纤延迟线、偏振控制器及光隔离器构成。使用C波段宽带光源(ASE)对M-Z干涉仪性能进行了检测。并将脉宽为100 ns,重复频率为20 kHz的脉冲光入射到长度为5 km的普通单模光纤中,将其产生的背向散射光经过M-Z干涉仪滤波后,通过光谱仪检测其输出的光谱信号。实验结果表明该干涉仪能够实现大范围高精度可调节滤波功能,对瑞利散射光的抑制超过20 dB,可以有效地将背向散射光中的布里渊散射光信号分离提取出来。     

APD检测Golay编码BOTDR系统的建模分析与优化设计

针对传统单脉冲布里渊光时域反射系统信号微弱、性能提升受限的问题,提出了一种雪崩光电二极管（APD）检测器本地外差检测的格雷（Golay）编码布里渊光时域反射系统。分析了Golay码应用于该系统的编解码原理及系统外差检测原理,讨论了光纤受激布里渊散射阈值对编码系统平均入纤功率的限制,推导了系统信噪比的数学表达式,研究系统信噪比与APD倍增因子、编码长度的关系,分别得到了APD最佳倍增因子和系统最佳编码长度的表达式。MATLAB仿真结果表明,选用带宽为500 MHz的APD光电检测器和峰值功率50 mW、脉冲宽度100 ns的入纤脉冲时,系统APD倍增因子和编码长度均存在最佳值,系统最佳编码长度的确定不仅依赖于系统的散粒噪声和热噪声功率,还由光纤受激布里渊散射阈值共同决定。经优化计算得,该系统的APD最佳倍增因子为5,最佳编码长度为128位时,在25 km光纤末端的系统信噪比比传统单脉冲系统提高了26.42 dB,温度和应变分辨率分别达到了1.60℃和35.48。     

分布式光纤应力检测技术的性能分析

为防止光缆损坏和断裂,需要对光缆受力情况进行检测。为此对BOTDR（布里渊光时域反射）、BOTDA（布里渊光时域分析）、干涉型、光纤光栅型四种光纤应力检测技术的原理和结构做了介绍,对每种检测技术的信噪比进行了分析,得出BOTDA和光纤光栅型系统的信噪比较大,最后对每种技术的优缺点进行了总结,介绍了各种技术的应用范围。     

基于分布式光纤布里渊散射的油气管道应力监测研究

为了进一步提高油气管道的监测,提出了一种基于分布式光纤布里渊(Brillouin)散射的油气管道的应力监测方法,并对模拟性油气管道进行了实验研究。通过分析应变与布里渊频移之间的关系,研究了管道的形变,并且对如何布置光纤进行了研究。实验结果表明,布里渊散射光纤传感技术能够准确监测并识别管道的应力变化。在长为200m光纤中,应变分辨率达2με,空间定位分辨率达到0.5m。     

布里渊散射谱图像的边缘特征提取方法

为有效提取布里渊分布式光纤传感系统的布里渊频移,减少数据处理时间,提出一种基于二阶Lapl aci an边缘检测算子的布里渊散射光谱图像边缘特征提取方法。将布里渊频移视为散射谱图像边缘,利用二阶Lapl aci an边缘检测算子对布里渊散射光谱图像进行锐化处理;通过非极大值抑制和自适应阈值去除无效边缘获得二值图像,并搭建布里渊光时域反射温度传感系统。实验结果表明:该方法能够准确提取频移特征,且用时远少于曲线拟合法,有利于缩短系统的温度测量时间。