尼龙紧包光纤的布里渊频移和温度监测研究北大核心

面向布里渊散射测温的应用领域,针对同一传感线路升温条件下,尼龙紧包光纤与裸纤的布里渊频移和温度值变化关系,介绍了布里渊散射监测原理,设计了基于BOTDA技术的尼龙紧包光纤和裸光纤的测温实验方案。分析了布里渊频移与温度间关系曲线斜率、频移量的偏离变化;探讨了同温度时布里渊频移曲线特征和频移值变化规律;提出了适合紧包光纤测温的条件。     

基于地面电场变化的输电线路弧垂监测技术

本文设计了一种基于地面电场变化的输电线路弧垂监测技术,该技术通过输电线路下地面场强的计算可以反演出线路的弧垂大小。技术首先考虑电场测量数据受外界环境因素和测量条件的影响,采用RBF神经网络与一般神经网络相结合的方式建立导线原始测量数据的测量数据修正模型,使修正后的测量数据逼近理想条件下的数据。其次采用本文提出的测量数据修正技术,对场强测量数据进行修正,从而得到输电线路下地面场强的精确值。再次,基于三维输电导线电场计算模型的建立,根据导线下方电场的实时测量数据,在三维电场模型下利用本文设计的基于电场信息的输电线路弧垂反演计算方法得到弧垂值。从次,通过设计基于场强变化的输电线路弧垂监测系统,对弧垂进行监测和报警,保证了输电线路的安全可靠运行。最后,对比某条典型输电导线的测量数据,验证了该算法的有效性。     

基于光纤传感技术在边坡监测中的应用研究

FBG和BOTDR是两种最具代表性的分布式光纤传感技术,国内外工程界都已开展了将这两种技术用于边坡滑坡监测的尝试。FBG通过测量其反射光波长的变化获得应变和温度信息,BOTDR通过检测后向布里渊散射的频移实现分布式应变、温度信息的获取。分别介绍了FBG和BOTDR传感技术,并给出了针对国内某边坡滑坡监测的分别基于FBG和BOTDR的技术方案。     

布里渊光子晶体光纤环形移频器

通过实验研究了一种光子晶体光纤环形移频器,该移频器基于布里渊频移原理,利用光子晶体光纤布里渊增益高、阈值低的特点,同时利用光纤环形腔选频放大技术获得窄线宽高增益激光输出。实验结果表明:在波长为1 548 nm单纵模光纤激光泵浦下,10 m长光子晶体光纤的受激布里渊散射阈值功率约为457mW,环形腔输出的受激布里渊散射Stokes光相对于入射光移频量为9.778GHz、线宽500 kHz,并且移频量可以通过温度进行微调。该移频器可以用于分布式光纤布里渊传感器和微波发生器。     

光纤布里渊温度和应变同时传感系统性能分析

采用基于朗道比的微波外差检测技术的布里渊光时域反射传感系统,获得布里渊散射信号的频移和强度,可以精确地测量沿光纤长度的分布式温度和应变信息。此方法在同一条光纤线路上分别测量光纤的布里渊散射和瑞利散射,且使用布里渊频谱扫描对信号进行处理。给出了这种传感方案的实验系统,并在理论推导的基础上对其性能进行了分析,该传感系统可以获得1℃的温度分辨率和100uε的应变分辨率。     

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。     

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。     

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。     

基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法

为有效提升电路传输容量，增强供电可靠性，降低温度与风速对架空输电线路载流量的影响，提出基于就地数据采集模型的架空输电线路动态增容方法。构建就地数据采集模型，依据选取的就地监测范围，按时测定杆塔周围温度、电压、电流以及弧垂数据等多种信息；计算弧垂变化量，得到弧垂的实时变化情况，衡量输电线路的传输功率是否超出线路传输极限，实现架空输电线路的动态增容。实验结果表明：所设计方法就地采集数据误差较低，增容后不同风速下具有较高载流量，增容效果好，且导线载流量未随着温度大幅下降。     

基于分布式光纤传感技术的智能电网输电线路在线监测

提出并研制了基于多参量分布式光纤传感技术的输电线路覆冰舞动监测方案。该技术能够对输电线路覆冰、舞动以及雷击等异常现象进行预警,从而实现对输电线路运行状态的在线安全健康监测。     

基于多维参量分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术

对比总结了典型DOFS技术的基本原理与系统结构,对现有输电线路覆冰监测技术发展现状进行介绍。在此基础上提出了一种多维参量分布式光纤传感技术,能够实现对线路的应变、温度、振动、衰耗等状态参数进行分布式的实时监测。与现有的单参量、双参量传感监测方案相比,使用多维参量方案对线路进行融合感知,可以有效提高监测的准确度,降低误判率、误报率,为输电线路的安全稳定运行提供重要保障。     

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。     

布里渊频移响应特性及其灵敏度调制方法研究

为研究基于布里渊光时域反射测量原理的分布式传感光纤在工程应用中的温度和应变交叉敏感问题,首先采用介质中声学声子非弹性光散射理论,建立了布里渊频移与光纤所受应变和温度的理论关系模型,并数值模拟了纤芯材料属性与内置调制膜层参数对光纤布里渊频移应变、温度灵敏度的影响,得到当纤芯折射率增大、纤芯泊松比减小或内置调制膜层与裸纤间隙增大时,布里渊频移应变和温度灵敏度均减小;而当纤芯折射率、纤芯弹性模量减小或内置调制膜层热膨胀系数增大时,布里渊频移应变和温度灵敏度均增大。在此基础上搭建了布里渊散射测量系统,并选择了同时具备温度增敏与应变减敏特性的内置调制膜层型分布式光纤进行验证试验,试验结果与仿真分析一致。     

基于斜坡法的智能化架空线路应变快速感知

为了提高输电线路状态感知实时性, 将单斜坡法和基于伪Voigt模型的最小二乘谱拟合法用于架空线路复合光纤应变的测量, 基于实测布里渊谱系统, 研究了工作点增益的信噪比和布里渊频移对单斜坡法准确性的影响。结果表明, 随着工作点增益信噪比增加, 布里渊频移误差近似成指数规律减小; 随着布里渊频移与工作点频率之差的增加, 布里渊频移误差先快速下降, 然后略有增加; 当工作点处布里渊增益的信噪比不小于25 dB且工作点频率始终小于(或大于)布里渊频移时, 单斜坡法应变误差小于60 με; 根据不同布里渊频移下60 με对应的临界信噪比, 可插值获得不同情况下对应的临界信噪比; 单斜坡法的谱测量时间和计算时间分别为谱拟合法的1/161和1/600左右。该工作为提高智能化光纤复合架空线路态势感知实时性奠定了基础。     

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。     

利用光纤拉曼散射温度传感系统的电力电缆温度在线监测

电力电缆线路运行温度在线检测技术是目前及时发现电力电缆线路局部过热点位置、检测运行线路的绝缘状态和计算导体载流量的首选技术措施。分布式光纤拉曼测温技术是利用激光在光纤中的传播特性,实现实时测量空间温度场分布的新技术,可以对光纤沿线的温度场进行分布式的连续检测。介绍了光纤拉曼传感技术的测温原理,以及基于此技术的电力电缆温度在线监测系统在实际中的应用,获得了一些仿真结果,并同传统的测温技术进行了详细的比较,说明分布式光纤拉曼测温系统应用于电力电缆在线监测的优势,适合于推广使用。     

基于单斜坡的分布式光纤温度传感适用性研究

传感器是配电物联网的基础,尤其是基于布里渊散射的分布式光纤传感器应用日益广泛。为了提高基于布里渊散射的分布式光纤传感的测量速度,为基于温度的电气设备状态感知奠定基础,对单斜坡法在光纤沿线温度测量的适用性进行了研究。编程实现了基于伪Voigt模型的谱拟合法和单斜坡法的计算机程序,针对不同信噪比的布里渊谱分别采用谱拟合法和单斜坡法计算光纤沿线的温度。结果表明,在一定的信噪比和光纤沿线布里渊频移波动程度范围内,单斜坡法的计算准确性可以达到与谱拟合法相近程度,但谱测量时间可以缩短为后者的几十分之一,对应的计算时间仅为谱拟合法的1/758。研究了信噪比、布里渊频移和线宽不确定度对误差的影响,结果表明,随信噪比(以dB为单位)增加,温度误差快速下降,然后逐渐趋于稳定值;随布里渊频移与工作点差距的增加,温度误差增大,且加速度随二者差距的增大而增大;温度误差随线宽偏差的增大而增大。     

基于光纤布里渊散射的分布式海洋水温获取技术

海水温度的分布情况具有极其重要的实际价值.分析了几种光纤散射测温技术,研究了基于布里渊散射技术的分布式光纤测温技术,从理论上分析了布里渊散射光的频移和强度与海水温度和应力的关系,设计了基于此技术的分布式海洋水温获取系统.     

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:在单模光纤过滤高阶模的BOTDR系统中,阶跃折射率和渐变折射率多模光纤的布里渊频移的温度系数分别为(0.884±0.013)MHz/℃、(1.104±0.013)MHz/℃,温度测量精度分别为1.249℃、1.071℃;且利用单模光纤过滤散射信号中的高阶模可有效减小布里渊散射谱宽,75℃时分别为58.12 MHz、72.14 MHz,可有效提高多模光纤分布式温度传感精度。     

铌酸锂波导电光强度调制器的移频特性

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术是目前国内外研究的热点之一,在基于布里渊光时域反射技术的分布式光纤传感技术中,以相干检测的传感精度最高,其关键是获得具有布里渊频移的参考光.详细分析了电光强度调制器(EOIM)的光波移频特性,实验研究了15 Gbit/s的铌酸锂波导电光强度调制器光波长1550 nm处11 GHz移频的实现;当微波调制频率及功率一定时,可方便地调节直流偏置电压来改变各阶光波的强度.设置直流偏置电压为6.5 V时,调制器总的输出光强最小,具有布里渊频移的一阶光波的相对光强最大,信噪比(SNR)最高,可用于分布式光纤传感中布里渊信号的相干检测.