一种具有迈克耳逊结构的新型光时域反射仪

利用传输光纤中后向瑞利散射光携带有光纤位置、外界振动等信息的特点,采用光纤迈克耳逊结构构成干涉型光时域反射仪,有望以分布方式传感沿光纤的微小振动信号.文中设计了一种新型结构的分布式光纤振动传感器,该传感器用3dB耦合器将波长为1310nm的红外激光分为两路相干光:参考光和传感光,它们中的后向瑞利散射光在耦合器处发生干涉,干涉信号的变化点对应于振动点所在的位置.将没有振动信号、加微小振动信号和加损耗干扰三种情况分别作用于传感光纤并进行了试验对比.结果表明,在微小振动的情况下,光强变化微弱;加损耗时,光强变化显著,定位准确.     

基于相位光时域反射的光纤分布式声波传感研究

文中提出了一种光纤分布式声波传感方案。作用在传感光纤上的声波信号导致后向瑞利散射光的相位变化,将含有声波信息的后向瑞利散射信号注入到迈克尔逊干涉仪,并采用相位载波解调算法解调出相位信息。实验中采用压电拉伸器模拟声波振动,分布式声波传感系统实现了10 m的空间分辨率以及平坦的频响。     

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。     

基于无人机视频联动的分布式光纤传感周界安防系统

本文构建一种基于双马赫曾德干涉仪的分布式光 纤传感技术周界安防监控系统和基于 四旋翼无人机具有视频跟踪功能的智能视频联动于一体的综合系统。该系统采用分布式光纤 扰动传感技术与无人机技术进行融合,分布式光纤传感技术基于双路马赫曾德干涉仪,利用 正反两路信号时延差进行定位;无人机为四旋翼无人机搭载ODROID机载计算机进行视频处理 。其中扰动传感系统监测各种入侵行为,并对信号处理对入侵进行定位,并发出报警信息。 无人机进行视频联动,无人机利用其“上帝视角”进行对入侵位置勘查,监测入侵行为,并 对入侵者进行实时跟踪。摄录入侵视频,并将其视频传输到终端。本过程,全程智能化、自 动化。经过实验测试,该系统定位精度能达到10m,四旋翼无人机飞行稳定,响应速度快, 全程自动摄录、自动返航,并能将摄录的视频实时传输给客户端。测试结果表明系统能够有 效实现对入侵的检测与定位,并能与无人机实现视频联动功能。本系统将分布式光纤传感技 术和智能无人机视频联动技术相融合,构成混合式智能型周界安防监控系统。     

分布式光纤振动和温度双物理量传感系统

提出了一种分布式光纤振动和温度传感系统。该系统在双马赫-曾德尔干涉仪分布式振动传感系统的框架上,采用波分复用的方法在一条传感臂上耦合两种波长的光,并行实现了基于激光干涉的分布式光纤振动传感和基于拉曼背向散射的分布式温度传感,从而达到了振动和温度双物理量的同时探测。该方法有效利用了双马赫-曾德尔干涉仪的传感光纤,在实验中实现了10km长度上振动和温度双物理量的同时探测,振动传感的定位误差为±30m,温度传感的空间分辨率和温度精度分别为1m和±1.8℃。该系统的优点是将激光干涉和拉曼背向散射有效结合,实现了复杂环境中对振动和温度同时探测的需求,并有效利用了传感光纤,具有重要的实际意义和经济价值。     

相位敏感光时域反射计的高频振动检测

相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)可以有效地检测光纤的振动信息,但受传感光纤长度的限制,可检测的振动频率范围一般在几百赫兹到几千赫兹之间。为了提高振动检测范围,组建了基于外差相干检测的φ-OTDR系统,采用I/Q解调方法获得传感光纤散射光信号的相位信息,对此相位信息在空间域与时域上相继进行差分相位解调,从而实现对光纤中高频振动信号的分布式检测。理论上分析了高频振动检测方案的可行性,并在实验中有效解调出了频率为500 kHz的振动信号,传感距离达到了23 km。     

布里渊光时域分析仪与马赫-曾德尔干涉仪共同检测传感技术

布里渊分布式光纤传感器适用于测量静态的温度/应力,而马赫-曾德尔干涉仪分布式光纤传感器(DOFS)可测量动态的应变变化。许多应用场合需要静态和动态的传感信息,这是单机理分布式光纤传感器难以达到的。由于布里渊光时域分析仪(BOTDA)和马赫-曾德尔干涉传感器都采用双向环路传感光纤结构,通过共用光源和主要光器件,将布里渊光时域分析仪和马赫-曾德尔干涉传感器相结合。利用布里渊传感测温度,马赫-曾德尔传感器测振动,从而可实现多机理多参量传感。搭建了25 km传感实验系统,对于马赫-曾德尔振动传感,定位精度达到60 m,并可计算振动频率;对于布里渊传感,在没有振动时传感光纤的始端和末端都为2 ℃的测量精度,但在振动时得到始端为3 ℃、末端为4 ℃的测量精度。     

基于弱光栅阵列的增强相位敏感光时域反射仪振动传感系统

设计了一种基于弱光纤布拉格光栅阵列的增强相位敏感光时域反射仪(?-OTDR)振动传感系统,以反射率较大的弱光纤光栅反射信号代替?-OTDR中的瑞利散射信号,利用相邻弱光纤光栅反射信号间干涉信号的强度变化来判断光纤线路上振动事件的情况,并采用时分复用技术对振动点进行精确定位。结果表明,该系统在面向振动信号的检测与解调方面比?-OTDR更为简便,同时能实现分布式测量,并能解调出频率范围为10~500Hz的任意振动信号,在周界安防领域具有实际应用价值。     

基于分布式光传感的输电线路地震信号分析

为了分析地震对输电线路的影响,利用OPGW分布式光传感监测系统采集了地震案例数据,对输电线路受地震影响时的振动进行了特征分析,并初步尝试以实测塔线体系振动数据开展地震对输电线路的影响程度评估,充分验证了基于光纤复合架空地线(OPGW)的分布式光传感监测系统可以准确监测到输电线路通道的地震活动,并能感知全线路受地震波的影响情况。     

分布式光纤安防系统传感和定位技术研究

提出了一种基于马赫一泽德(M-Z)干涉仪原理的分布式光纤振动传感与定位的技术,该技术可实时检测整个光纤沿线发生的振动信息,并利用该技术设计了一种安防报警系统.分析了该系统的定位工作原理,理论分析和模拟实验表明系统具有很高的检测灵敏度.在总长度为18.46 km的光纤上进行了实验,系统实时地给出振动的位置,平均定位误差为42 m,将光源功率增至300 μW,可对长度26 km的光纤上的振动信号进行定位.     

基于OTDR分布式光纤的海底管道安全检测

提出了一种基于OTDR的分布式光纤传感系统的海底管道安全检测技术,分析了检测系统的组成工作原理,阐述了检测系统定位结构和方法,通过注入脉冲与接收到的信号之间的时间延迟得到扰动的位置。理论分析和测试结果表明,该测试系统具有较高的稳定性和定位精度。     

分布式光纤振动检测方案及应用

在分析网络通信安全需求的基础上,阐述了光纤传感技术和光缆状态实时监测技术对网络通信安全的保障作用。介绍了光纤传感技术的发展历史以及具有代表性的光纤传感器,然后介绍了分布式光纤振动传感系统的原理和工作方式,并对该系统的解调方法进行了分析。为了获得更高的信噪比,通过实验分析了数据解调中延迟差分对信噪比的影响。结果表明,在一定范围内,延迟时间与信噪比正相关。     

分布式光纤管道安全检测定位技术研究

提出了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的管道安全检测分布式光纤传感技术,分析了检测系统的组成和工作原理.阐述了检测系统定位结构和方法,采用相关时延估计算法,通过确定两个测试信号的时延可以获得管道沿线所发生事件的位置.理论分析和测试结果表明,该测试技术具有较高的测试灵敏度和定位精度,定位误差小于300 m.     

用于分布式光纤传感系统的混合算法研究

在基于马赫-曾德干涉(MZI)原理的分布式光纤 扰动传感系统中,为了减小由于偏振态退化引起的定位误差, 提出了一种基于模拟退火混沌粒子群(SCPSO)算法的偏振控制算法,阐述了算法的优化过程 。理论分析和实验结果 表明,相对于优化前的智能优化方法,优化后的方法提高了收敛效率和收敛精度, 并有效提高了系统定位精度,使得系统定位误差控制在±10m以内 ,完成优化所需迭代次数小于9次。     

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。     

基于布里渊损耗的单端分布式光纤传感系统研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统以其可在整根光纤中同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息,进而成为传感领域国内外研究的热点。针对传统的布里渊光时域分析分布式传感器只能双端入射且成本较高的缺陷,探索性地提出了一种新型的单端布里渊损耗光时域分析传感结构。采用一台窄线宽激光器作为唯一光源,应用铌酸锂电光强度调制器调制入射光产生频移可调的脉冲泵浦光,与经过光纤布拉格光栅反射的连续探测光进行布里渊散射放大效应。通过检测探测光光功率,采用洛伦兹和高斯函数线性权重谱和Levenberg-Marquardt算法得到了不同脉宽下整根光纤布里渊损耗谱。实验结果初步证明了这种传感结构对于分布式测量是可行的,对单端BOTDA的研制具有一定的供参考价值。     

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。     

分布式光纤传感中布里渊动态光栅研究现状与发展趋势

在保偏光纤两端同一偏振方向上注入两束泵浦光,产生受激布里渊散射并激发出相干声波场,该声波场会对介质折射率进行调制,即形成布里渊动态光栅。利用该动态光栅可实现温度与应变高精度的分布式测量以及多参量的同时传感,并具有读写分离、光谱可调等优点。文章从原理上详细介绍了布里渊散射与布里渊动态光栅的产生原理,并对比分析了布里渊动态光栅在光纤传感方面的优势。针对现阶段布里渊动态光栅在布里渊光相干域与布里渊光时域中的应用进行详细综述,指出了各自的不足与改进后取得的进展。最后,对布里渊动态光栅在分布式光纤传感技术中的发展进行了总结与展望。     

Distributed optical fiber vibration sensing system based on polarization detection

A novel distributed optical fiber vibration sensing system based on polarization detection is proposed and demonstrated. A Faraday rotator mirror is employed at the end of the system, which eliminates the slow polarization variation of signal light and only responses to rapid polarization change caused by external vibration interference. Based on the sensing signal characteristics, the location of polarization disturbance point can be detected accurately. Experiments on polarization controller simulation and actual vibration detection show that a higher localization accuracy better than 1% is successfully obtained in 13.8 km, 21.2 km and 35.8 km sensing fibers systems.