大坝裂缝方位对光纤裂缝传感器灵敏性的影响

基于混凝土模型试验,对大坝裂缝方位的随机性对基于瑞利散射的光纤裂缝传感灵敏性的影响进行了定量分析,得到了传感光纤在大坝安全监控缝宽控制范围内,与裂缝夹角为20°、30°、45°、60°时的光纤灵敏性与裂缝宽度关系曲线。实验发现裂缝与光纤的方位角每增加15°,则光纤的灵敏性降低一半以上,这表明工程裂缝方位的随机性对光纤裂缝传感的灵敏性具有较大影响。对此影响的力学机理进行了分析,并提出相应的工程对策。     

光纤光栅传感网络的优化研究

光纤光栅传感网络在大型复杂结构健康监测中具有广泛的应用前景,对光纤光栅传感网络优化的研究具有重要的意义。分析了结构健康监测中光纤传感网络优化布局和可靠性的研究现状,对光纤传感网络优化中的传感器优化布局与光纤传感网络可靠性两方面进行研究。通过对结构响应特性研究,提出了对结构静力响应参数监测时,传感器布局的一般规则。将概率计算引入光纤 FBG 传感网络不同拓扑结构,给出了基于不同拓扑结构的光纤传感网络形式及其可靠性数值分析。     

采用后向瑞利散射空间差分的周界安防分布式振动监测

提出了应用于周界安防的基于后向瑞利散射光空间差分干涉的光纤分布式振动传感监测方案。环境振动信号引起传感光纤的相位变化,含有相位信息的后向瑞利散射信号注入到非平衡迈克尔逊干涉仪,实现了后向瑞利散射信号的空间差分干涉,光纤分布式振动传感监测完成相位信号的解调,提高了系统的灵敏度。该系统能够实时监测入侵者的行走路线和速率以及模拟挖掘的距离的判断,实现了15 dB的信噪比以及35 m的探测距离。     

瑞利散射对拉曼光纤放大器性能的影响及抑制措施

瑞利散射是影响拉曼光纤放大器性能的重要因素。本文系统地分析了瑞利散射对拉曼光纤放大器噪声、串扰和功率代价等性能的影响，指出优化选择泵浦功率和泵浦方式以及插入光隔离器等措施可以降低瑞利散射的影响，从而为拉曼光纤放大器的优化设计提供了依据。     

基于后向相干瑞利散射的分布式光纤传感在管道安全实时监测中的应用研究

开展了基于光纤后向相干瑞利散射原理的分布式光纤传感在管道安全实时监测系统中的信号数值模拟和实验研究。采用多个连续脉冲周期光纤相干后向瑞利散射光在有扰动情况的一维脉冲响应理论模型,解释了外部扰动对整个后向瑞利散射信号的影响。并且对理论模型进行数值模拟直观的展示了相干后向瑞利散射光功率关系曲线;通过对4km长度的光纤进行扰动传感实验,有效地定位了扰动的发生;并且提出了一种利用软件寻峰归一化提高后向瑞利散射功率信号信噪比的方法,可以减少平均次数,从而增大可提取的扰动频率范围。     

分布式光纤传感技术在蜗壳模型试验中的应用

分布式光纤传感器与传统应变片和光纤光栅传感器相比,具有分布式测量的显著特点,成为传感器领域的研究热点。随着技术的进步,基于瑞利散射的光频域反射技术(OFDR)得到了迅速的发展。该文介绍了OFDR的测量原理,并将分布式光纤传感器应用于蜗壳模型试验中。为检验蜗壳充水后的变形规律,检查蜗壳和混凝土的整体安全性和设计的合理性,对蜗壳试验过程中外围混凝土应变进行监测。通过分布式光纤传感器在每级水压加载下产生的应变,获得蜗壳模型外部变形以及裂缝发展的情况。实验结果表明,分布式光纤传感器能够真实地反应结构物的应变分布,及时准确地监测蜗壳模型在加压作用下混凝土变形及开裂情况,对结构的损伤进行识别。     

光纤的固有损耗

瑞利散射在光纤损耗中占主导地位。研究了石英基光纤中掺杂剂浓度和非真实温度与瑞利散射的关系，以及采用汽相纵向沉积（VAD）法制造的石英玻璃预制棒。掺P205石英预制棒的最低瑞利散射系数大约是纯石英的80％。相反，当加热到1800℃时，掺F和掺GeO2以及纯石英玻璃预制棒的瑞利散射系数增加了5％～10％，因为密度变化与其非真实温度成正比。此外，通过控制预制棒的组成或优化光纤拉丝条件。在制得的光纤中获得了非常低的瑞利散射系数。利用这些结果重新评价了掺P2O5、掺GeO2和纯石英芯光纤的固有损耗，根据预制棒的瑞利散射系数，发现它们在1．55μm下的固有损耗为0．095～0．130dB／km。     

多段分布式光纤裂缝监测系统及其应用

基于光纤拉断引起菲涅尔反射机理,考虑大型工程结构多处随机裂缝监测的需求,利用普通商用光时域反射计(OTDR)提出了可同时探测多处随机裂缝的多段分布式光纤裂缝监测系统设计方法。该系统由多区段传感光路和传输光路组成,混凝土开裂时光纤被拉断,使用OTDR识别光纤中的菲涅尔反射以确定裂缝位置。其次,分析了影响该系统监测裂缝数目的主要因素为光纤耦合器的耦合比、OTDR的动态范围以及光纤断点处菲涅尔反射峰值。结果表明,该系统对于普通商用OTDR理论上最多可探测到49个断点。在此基础上,设计制作了钢筋混凝土受弯构件裂缝演化规律的多段分布式光纤裂缝监测系统,使用普通商用OTDR成功地监测到受弯构件加载过程中的多个随机裂缝的演化过程,证明了该系统实际应用的可行性和有效性。     

混凝土裂缝分布式光纤光栅监测能力研究

深入分析了光纤布喇格光栅(FBG)裂缝传感原理,研究了基于FBG传感的分布式裂缝监测技术。为验证FBG裂缝传感的可行性,进行了混凝土模型试验发现,FBG能准确监测到裂缝发生和扩展及其过程中的定量规律;串联在一根光纤上的多只FBG传感器能进行分布式监测,在不知裂缝的具体位置和走向的情况下,能监测混凝土结构裂缝的发生和发展。     

消除WDM-PON中瑞利散射的研究(本期优秀论文)

在无色化波分复用无源光网络(WDM-PONs)中,基于反射半导体光放大器(RSOA)的单光纤WDM-PON倍受青睐,但沿光纤传输时由于瑞利散射的影响,性能有较大下降,因此主要讨论和研究在WDM-PON中如何消除瑞利散射的影响.首先介绍了无色化的WDM-PON,描述了瑞利散射的产生机理,然后总结当前国内外研究者消除瑞利散射的方法,并具体阐述其中的3个方案.最后用optisystem对新型WDM-PON结构中瑞利散射的消除方案进行仿真.     

加筋复合材料板分布式光纤冲击判位

针对加筋复合材料板结构冲击损伤监测需求,提出一种基于分布式光纤光栅传感网络的冲击载荷快速判位方法。通过优化分布式光纤冲击监测网络布局,采用小波包分解方法得到冲击响应信号特征,构建了基于特定阶数能量谱幅值比的样本响应矩阵。借助BP神经网络实现对加筋类航空板结构的快速冲击判位。     

加筋复合材料板分布式光纤冲击判位

针对加筋复合材料板结构冲击损伤监测需求,提出一种基于分布式光纤光栅传感网络的冲击载荷快速判位方法。通过优化分布式光纤冲击监测网络布局,采用小波包分解方法得到冲击响应信号特征,构建了基于特定阶数能量谱幅值比的样本响应矩阵。借助BP神经网络实现对加筋类航空板结构的快速冲击判位。     

分布式光纤温度传感器发展状况及趋势

阐述了分布式光纤温度传感技术的研究进展,主要介绍了基于瑞利散射、荧光效应、自发喇曼散射和布里渊效应以及利用掺光纤的分布式光纤温度传感器,并在此基础上分析了分布式光纤温度传感器的发展趋势.     

采用喇曼光纤放大器的长距离光纤传输系统中双重瑞利散射噪声的抑制

本文研究了在长距离光纤通信系统中,采用多级喇曼光纤放大器的情况下,双重瑞利散射波的产生和放大过程,提出了采用在喇曼光纤放大器中加入隔离器的办法进行双重瑞利散射噪声抑制。比较信号和双重瑞利散射噪声在入隔离器前后沿传输光纤的功率变化,加入隔离器以后,双重瑞利散射噪声得到了有效地抑制,而信号所受的影响不大。     

基于相干后向瑞利散射的分布式光纤传感系统

采用一种改进的两级 掺铒光纤放大器(EDFA)结构,构建了一套基于相干后向瑞利散射的分布式光纤传感入侵检 测系统。首 先通过OptiSystem软件从理论上仿真并得到了最佳的两段掺铒光纤(EDF)长度,然后依据相 干后向瑞利散射信 号的特点,提出了一种对信号进行分段处理的改进方法,解决了解调信号功率不均匀问题。 针对光纤中 散射体的随机性,建立了后向瑞利散射离散模型,采用蒙特卡罗方法对后向瑞利散射信号进 行了数值模 拟。实验表明,系统的定位精度达到15m,定位范围约为35km。本文系统有望广泛应用在输油管道、机场、监狱等重要场所的安全防范 。     

分布式光纤测温系统原理及传感过程

分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前发展比较成熟,且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射（OTDR）原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。     

采用级连反向泵浦喇曼光纤放大器的长距离光纤传输系统中双重瑞利散射噪声的抑制

给出了反向泵浦喇曼光纤放大器中信号和双重瑞利散射噪声的计算方法,分析了双重瑞利散射噪声的特性,计算了采用光隔离器进行双重瑞利散射噪声抑制时,光隔离器的最佳位置。研究了使用多级反向泵浦喇曼光纤放大器的1080km光纤通信系统的传输特性,比较了信号和双重瑞利散射噪声在加入光隔离器前后沿传输光纤的功率变化。加入光隔离器以后,信号所受的影响不大,但双重瑞利散射噪声能得到有效抑制,可减少约三个数量级。1     

混凝土结构开裂监测的PPP-BOTDA分布式光纤技术试验研究

针对混凝土结构裂缝难从理论上准确预测这一问题 ,本文基于预泵浦光时域分析(PPP-BOTDA)的分布式光纤传感技术,借助模型试验,研究了 利用该技术实现混凝土结构开裂辨识和发展状况监测的可行性,建立了混凝 土结构开裂监测的经验模型。试验研究表明,光纤布里渊频移随着光纤温度的升高而相应的 增加,二者呈 一次线性关系,其温度系数为0.375MHz/℃; 光纤布里渊频移峰值与混凝土开裂位置具有很好的对应 性,且峰值的大小可表征出裂缝的宽度,光纤与裂缝正交时其应变系数为0.050MHz/με。     

光网络的通感一体化技术研究前沿

光网络的通信和感知一体化是基于光缆资源的一种有效设计，符合通信系统资源融合的发展趋势。利用通感一体化（ICAS）技术，不仅有助于光网络的智能运维，提升网络质量，还能实现密集的传感数据采集和新型应用，有效盘活运营商的光纤资产。本文阐述了光网络ICAS的潜在使能技术，对基于光纤瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射等原理实现的传感技术进行对比分析，并结合相关研究，讨论了光网络ICAS技术的多类潜在应用场景，为该技术的推广应用提供思路。     

分布式光纤传感技术及其应用

分布式光纤传感技术是近年来光纤传感领域的研究热点.介绍了该领域的研究成果,包括基于光纤后向散射光时域及频域反射技术、基于光纤瑞利散射偏振光时域反射、基于长距离光干涉技术的分布式光纤传感以及基于非同和全同光纤布拉格光栅复用的准分布式光纤传感技术;论述了分布式光纤传感系统的工作原理、特点及性能;介绍了其在民用工程结构、航空航天、船舶工业、电力工业、石油化工业和医学等各个领域中的应用.