30 km远程分布光纤拉曼温度传感器系统

研制了30 km远程分布光纤拉曼温度传感器(DOFRTS)系统.采用了新的光纤放大的反斯托克斯背向拉曼自发散射测温原理,用1 550 nm掺铒光纤激光器作为抽运源,采用高速瞬态波形采样技术和累加平均等信号处理技术,提高了信噪比,解决了弱信号检测问题;采用了智能化恒温技术,使主要元器件在恒温条件下工作,解决了工程应用中环境的适应性.远程DOFRTS已达到的主要技术指标为光纤长度31 km;测温范围0～100 ℃(可扩展);温度测量不确定度±2 ℃;温度分辨率0.1 ℃;测量时间432 s;空间分辨率4 m.     

小芯径多模光纤拉曼分布式温度传感器

设计并制作了一种用于拉曼分布式温度传感的具有大有效模场面积和低模式色散的渐变折射率的小芯径多模光纤,同时达到了高空间分辨率和高温度分辨率。在现有的拉曼分布式温度传感系统基础上,测量了使用不同传感光纤和注入条件下的温度和空间分辨率。在满注入工作模式下,基于小芯径多模光纤的拉曼分布式温度传感器在25 km处达到了1℃的温度分辨率,空间分辨率的劣化仅为0.13 m,作为对比,使用多模光纤的拉曼分布式温度传感器的空间分辨率劣化了1.58 m。在单模注入条件下,基于小芯径多模光纤的拉曼分布式温度传感器在25 km处达到了4.7℃的温度分辨率,相对使用单模光纤有2.2℃的提升,同时空间分辨率没有劣化。     

LD分布式光纤拉曼高温（1000℃）测量网络

研究高温1000 ℃状态下,光纤拉曼效应随温度变化规律;研制适用于高温测量的分布式光纤拉曼温度传感器系统;解决耐高温的光缆;进行高温下系统的温度定标,研制适用于高温测量的温度信号处理软件.在国内外,分布光纤温度传感器系统的测温范围一般在0℃～120 ℃,用于煤矿直接生成煤气工程的测温范围一般在0℃～1000 ℃,因此要求系统能适应测量高温的要求、进行0℃～1000 ℃温度范围内标定而且光纤要耐高温,在高温下光纤的特性不变,此项研究在国内外文献资料中尚未见到报道.高温测量网络正应用于煤矿直接生成煤气工程,不仅能在线测量煤矿燃烧过程中煤层的温度分布状况,而且能获得煤层的燃烧方向和燃烧速度.(OE30)     

温度附加损耗对分布式光纤拉曼温度传感器测温误差影响研究

基于分布式拉曼温度传感器(RDTS)的温度解调 原理,研究了光纤温度附加损耗对传感器测温结果的影响。采用一条光纤的不同位置 同时测量两个温控箱温度的实验方法,得出当光纤温度在20.0～100.0℃范围内变化时,单位长度的光纤对该段光纤位置之后的 光纤产生测温附加误差与该段光纤温度成正比以及与受温度影响的光纤长度成正比的规律 ,进而实现了对RDTS测温结果的修正。实验结果表明,2km中一段700m长的光纤在温控箱 温度控制范围内,测量温度附加误差从修正前的最大4.09℃降低到 修正后的小于0.47℃。     

10 km LD分布式光纤温度传感器系统

创新地用光纤瑞利背向散射光时域反射（OTDR）曲线作为解调器来解调受温度调制的光纤拉曼背向散射光时域反射曲线,获得空间温度场分布的信息,在10km光纤上可得到5000个点的温度值。讨论了系统的工作原理、系统结构、系统LD激光器波长的选择、系统的测温精度、系统的空间分辨率和稳定性。     

红外分布光纤温度传感器系统及特性研究

利用光纤喇曼散射的温度效应和光纤的光时域反射（ＯＴＤＲ）技术研制了应用于空间温度分布场实时测量的红外分布光纤温度传感器系统（ＩＲ－ＤＦＴＳＳ），在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体，在１ｋｍ传感光纤上采样２００点，并能对测温点定位。本文对系统主要特性进行了分析和讨论，实验结果如下：系统的测量范围０－１３０℃；测温准确度±２℃；测温分辨率０．１℃；光纤传感探头的空间分辨率为４ｃｍ；自由展开光纤空间分辨率小于１０ｍ，测量时间小于４０ｓ。     

基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统研究

在研究拉曼散射原理及其应用技术的基础上,开发了一种分布式结构的光纤测温系统。通过对光纤的拉曼散射光谱信息进行解调处理,实现了全光纤的分布式温度检测。系统达到的温度分辨率为0.3℃,空间分辨率为3m,最大测量距离为6 000m。相关的实验室和野外试验结果表明,该系统的主要性能指标能够满足实际工程的使用要求。     

光纤测温系统实时性及分辨率优化与应用

设计了基于拉曼光时域反射技术的船舶电缆分布式光纤测温系统.为了有效提高信号强度,系统硬件设计中改进了微弱光信号的探测及放大电路,并且基于FPGA+DSP高速数据处理模块来加快数据处理速度;针对拉曼反射信号信噪比低的特点,系统对采集信号采用数字累加平均与自适应阈值小波滤波相结合的去噪方法,在改善信噪比的同时缩短了测温时间.实验表明,设计系统测温距离达4 km,空间分辨率为1.5m,温度分辨率为0.1℃,系统响应时间为3.8s,满足设计要求,且综合指标优异.     

高温单模喇曼自校准监测系统设计

为了保证油气井高温分布式温度测量的准确度,设计了高温单模喇曼自校准监测系统,分别介绍了系统中分布式喇曼测温系统、光纤光栅温度校准系统的工作原理,并对系统的测温范围和测温精度进行了800℃的高温监测实验。实验结果表明:在测温距离为0~1 km,温度范围为0~800℃条件下,该系统的温度分辨率为0.1℃,测温精度为±2℃,基本满足高温分布式温度监测要求。     

光纤拉曼散射效应及其应用研究

测量了G652光纤和DCF光纤的背向散射光谱，在斯托克斯区观察到一级和二级拉曼背向散射光谱，在反斯托克区观察到一级拉曼背向散射光谱，首次在斯托克斯区和反斯托克区观察到ZX背向散光谱。光纤背向散射效率直接应用于光纤拉曼放大器和分布式光纤拉曼温度传感器系统。讨论了分布式光纤拉曼温度传感器系统工作原理、结构，给出了实验结果。     

拉曼散射分布式光纤温度传感器的设计

文章论述了基于反斯托克斯／斯托克斯比值的分布式光纤温度传感器系统，对其信号处理技术进行了全面而深入的研究。采用光时域后向散射技术来获取温度信息，并用时域信号数字积累平均方法来提高系统的信噪比，据此建立了分布式温度传感器。     

Design of distributed Raman temperature sensing system based on single-mode optical fiber

The distributed optical fiber temperature sensor system based on Raman scattering has developed rapidly since it was invented in 1970s. The optical wavelengths used in most of the distributed temperature optical fiber sensor system based on the Raman scattering are around from 840 to 1330 nm, and the system operates with multimode optical fibers. However, this wavelength range is not suitable for long-distance transmission due to the high attenuation and dispersion of the transmission optical fiber. A novel distributed optical fiber Raman temperature sensor system based on standard single-mode optical fiber is proposed. The system employs the wavelength of 1550 nm as the probe light and the standard communication optical fiber as the sensing medium to increase the sensing distance. This system mainly includes three modules: the probe light transmitting module, the light magnifying and transmission module, and the signal acquisition module.     

G652光纤中背向自发拉曼散射的增益特性

讨论了背向自发Raman散射脉冲在自生分布式G652光纤Raman放大器中传输的增益特性。实验发现，反Stokes Raman（ASR）和Stokes Raman（SR）自生分布式脉冲光纤Raman放大器的阈值抽运峰值功率是25．4W和18．0W。在入射功率为52W时，ASR和SR的增益分别为5．0dB和8．6dB。放大的反Stokes和Stokes背向自发Raman散射光时域反射（OTDR）曲线上放大的阈值时间位置随激发功率的增高前移并具有规律性。放大的ASR背向自发散射强度受光纤温度调制，具有温度效应，已应用于远程分布光纤Raman温度传感器系统。     

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     

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。     

拉曼光纤放大器的特性与前景

通过对拉曼光纤放大器（FRA）的研究和分析,揭示了FRA的有关特性。结合光纤通信的需求和FRA的特性分析了FRA的应用前景和潜在问题,并介绍了FRA的最新发展状况。     

损耗对级联光纤RFA增益平坦度影响分析

增益平坦度是衡量光纤通信中喇曼光纤放大器的关键参数之一。文章从级联光纤实现喇曼增益谱平坦技术的分析理论入手, 改进了实现喇曼增益谱平坦的约束条件, 利用Matlab分析了光纤损耗对RFA增益谱平坦度的影响。结果表明: 在喇曼光纤放大器系统中, C波段各个光之间不同的损耗系数是影响增益平坦度的关键因素, 即信号光之间损耗系数的不同会引起喇曼光纤放大器的增益平坦度劣化, 各个被放大信号光之间的损耗系数相差越大, 则增益平坦度越差。     

损耗对级联光纤RFA增益平坦度影响分析

增益平坦度是衡量光纤通信中喇曼光纤放大器的关键参数之一。文章从级联光纤实现喇曼增益谱平坦技术的分析理论入手,改进了实现喇曼增益谱平坦的约束条件,利用Matlab分析了光纤损耗对RFA增益谱平坦度的影响。结果表明:在喇曼光纤放大器系统中,C波段各个光之间不同的损耗系数是影响增益平坦度的关键因素,即信号光之间损耗系数的不同会引起喇曼光纤放大器的增益平坦度劣化,各个被放大信号光之间的损耗系数相差越大,则增益平坦度越差。     

光开关在分布式光纤温度传感系统的应用研究

分析了决定分布式光纤温度传感器系统传感距离的因素,提出了使用光开关扩展系统的传感长度。设计了多模1×2棱镜光开关的单片机驱动接口,计算机软件通过RS232串行接口发出指令控制光开关的切换。测试结果表明,嵌入了1×2光开关可使系统传感光纤长度延伸为原来的2倍。