基于DoE的BOTDR光纤传感器测温性能优化

通过理论和仿真结果研究基于自发布里渊散射的BOTDR(布里渊光时域反射仪)光纤传感器在测温方面的应用.借助于BOTDR传感器仿真模型阐述SBS阈值功率各种传统定义以及与测温精度有关的新定义.SBS阈值受多种相互作用的因子影响,使用DoE(实验设计)方法来优化仿真实验策略和获得最佳传感器配置参数,经DoE优化配置后,SBS阈值可达8.5dBm,探测距离最大可达110km.     

BOTDR分布式光纤传感器研究进展

基于布里渊光时域反射(BOTDR)的分布式光纤传感器无论是在军用系统还是大型民用工程方面都具有广泛的应用前景.在给出BOTDR分布式光纤应力传感器的基本原理的基础上,详细介绍了国内外目前几种不同的BOTDR,并对其优劣进行了分析与比较.分析表明采用微波外差检测技术的BOTDR不仅具有较高的灵敏度,还具有更低的造价.     

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...     

基于虚拟仪器的BOTDR光纤应变监测系统

提出了基于虚拟仪器的BOTDR光纤应变监测系统,系统采用BOTDR作为前端数据采集模块,使用虚拟仪器技术搭建软件系统,实现了结构应变状况的数据采集与分析.     

Performance enhancement of BOTDR fiber optic sensor for oil and gas pipeline monitoring

Distributed fiber optic sensor which based on Brillouin scattering has become increasingly popular due to its unprecedented advantage of simultaneously measuring temperature and strain. The Stimulated Brillouin Scattering (SBS) threshold, sensing distance, signal-to-noise ratio and spatial resolution are critical parameters to the performance of Brillouin Optical Time Domain Reflectometry (BOTDR) sensor. This technical paper presents the result of simulations as well as theoretical discussions on suppressing unfavorable fiber optic nonlinearity, SBS by using a statistical approach which is design of experiment (DOE). Due to the fact that there are a number of SBS threshold factors, there is a high possibility that multiple strong interactions exist among these factors. Conventional methods of plugging each factor one-at-a-time are not efficient as interactions between factors are totally ignored. The result had shown SBS suppression by 11 dB to achieve the maximum sensing distance of up to 110 km. Besides, a 3-bit simplex coding is employed when launching the laser pulses to enhance the SNR at the receiver. Simulation results demonstrated a 1.38 gain in SNR and a higher SBS threshold.     

基于光纤传感器的纸张水分检测系统设计

介绍了一种将近红外传感与AVR单片机控制技术相结合来测量纸张水分的设计方法,设计了适合测量的光纤传感器模型.根据纸张不同含水量对光强吸收不同的原理,利用AVR单片机对光进行控制,通过三探头光纤束传感器传输,照射到被测纸张,调制后的反射光由光电转换、对数、差动放大后,输入AVR单片机,经A/D转化后计算出含水量.     

基于平均滤波算法的光纤气体传感系统研究

数字平均滤波是信号处理中一种常用的方法。在小信号检测中,使用数字平均滤波可以获得较高的信噪比,提高检测的灵敏度。本文提出了一种利用光学器件来实现数字平均滤波的新方法,应用于基于差分吸收检测原理的窄带扫描光源光纤气体传感系统。系统的输出是一段连续的光谱,包含有被测乙炔气体的多个特征吸收峰。系统使用法珀标准具ETALON和参考光栅提供波长参考,完成对输出信号的光谱重建。对相同波长范围的信号进行平均滤波,使气体的相同特征吸收峰重合,提高检测的灵敏度。利用光谱重建,克服了可调谐Fabry-Perot滤波器驱动电压和透射波长不稳定因素的影响。实验结果表明,本系统可以方便有效地实现光谱意义上的数字平均滤波,检测到较低浓度的乙炔气体,比较适用于工业化气体检测系统。     

基于可调谐激光器的复用传感系统的研究

为了克服复用传感系统中光源带宽及功率的制约,有效地扩大多点检测的范围,采用波分和时分复用传感技术,设计了可调谐光纤激光器作为传感系统的光源.基于耦合模方程的理论,对匹配光栅调谐光纤激光器波长扫描寻址解调方法进行了理论分析和实验研究.实验中采用可调谐光纤激光器对由4个光栅组成的两个光栅串成功地进行了波分和时分复用传感,实验获得的应变分辨率为2.9με/step.该传感系统具有经济实用性、信噪比高、可复用数目大等特点,对于多点检测的传感网络具有较大的实用价值.     

改进PSO SVM的光纤传感网络数据识别系统

为了增强光纤传感网络对相近扰动信号的识别能力,提高目标分类精度,提出了一种改进的粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM)算法。该算法在分析回波信号谱形特征的基础上,设计了三个用于描述信号特征的判断指标。将主波信号能量、主波脉宽及波形变化率作为数据预处理的特征参量,改进了传统的数据分类模型。实验模拟了实际应用中的三种典型干扰形式,以机械、人工以及坠落物对测试区域地面进行冲击测试,并对比了不同距离和不同强度情况下的响应效果。结果显示,6种不同情况对应的谱形特征有3种,相同作用机制的谱形相似度很高。特征参量的响应值随着测试距离的增大而减小,随着冲击强度的增大而增强。对相同测试数据进行扰动信号分析,传统SVM算法平均识别概率为69.3%,而该算法平均识别概率为90.1%。可见,该算法在提高光纤传感网络扰动信号分类能力方面具有一定的优势。     

基于光纤压力传感器的管道监控系统研究

针对运输管道埋设于土壤中面临的泄漏或堵塞点难发现、难定位的问题,结合光纤压力传感器高灵敏度、高抗干扰的特性,设计了一种基于光纤压力传感器的管道监控系统。系统采用包覆有合适热膨胀系数材料的单模光纤组成的偏振型压力传感器,能很好地克服外界环境温度扰动;采用模块化设计的压力敏感探头以20 m间距均布于管线上,形成信号点阵列源;结合点阵列数据重构与插值定位算法确定故障点的位置。结果表明:该系统的光纤压力传感器可有效克服温度变化对传感测量的不良影响,5.5 km范围内对故障点的定位精度在1 m内。     

基于FPGA的光纤光栅温度传感器高速解调系统

为了实现对光纤光栅温度传感器的高速解调,采用了一种基于现场可编程门阵列和小型光谱仪模块的光纤光栅温度传感器高速解调系统,利用放大自发辐射光源产生的近红外宽带光辐射,照射光纤光栅温度传感器,对其反射光通过高斯拟合寻峰算法确定中心波长,并由中心波长偏移量判定环境温度的解调方法,进行了理论分析和实验验证。结果表明,在30℃~60℃温度范围内,完成了解调速率达20kHz、温度灵敏度为12.49pm/℃的高速温度测量,实现了对光纤光栅温度传感器的高速解调。     

基于可调环形光纤激光器的动态应变传感系统

提出了一种具有高达65 dB高光学信噪比的光纤布拉格光栅(FBG)动态应变传感系统.该方法基于可调光纤环形激光器结构,并采用马赫-泽德干涉仪(MZI)相位解调的方法实现FBG传感信号的解调.实验结果表明,在2 km处FBG获取的传感信号达到了52 dB电信噪比,从而获得了6.7×10-12/Hz1/2的高应变分辨率.     

基于光纤传感器的智能污泥浓度测量系统的研究

介绍了一种基于光纤污泥浓度传感器的实时监测系统。该系统采用了通用单片机作为系统的核心,以LED为光源,利用PWM方式控制发光脉冲,通过光纤传递光信号,以反射结构的光纤探头作为敏感元件,对APD接收到的采样信号进行处理,根据测量结果控制设备来调节污泥浓度。这个装置的特点是体积小、可靠性高、方便和可远程实时检测等。     

新型微结构光纤超声波传感监测系统的设计

基于新型微结构光纤,采用光纤环形激光器,设计了一个新型超声波传感监测系统。进行了理论分析和实验验证,取得了超声波导致光纤布喇格光栅的相对光谱偏移数据,从激光强度变化对冷腔损耗调制的响应进行检测。     

基于光纤光栅传感的变压器绕组温度检测系统

传统温度传感器受到周围环境因素的影响很大,系统采用抗干扰能力强并且对温度极其灵敏的光纤光栅传感器.利用光信号的测量和传输,再解调成温度信号.分析了光纤光栅传感器的原理和系统构成,介绍了软件和硬件的实现.最后的实验结果证明了系统具有较高的测量精度,可满足变压器绕组高精度温度测量要求.     

基于分布式光纤传感器的光缆监测系统改进方案

针对目前现存光网络监测系统在安全管理功能方面存在的不足,提出了一种应用分布式光纤传感器改进现有光缆监测系统的方案,并提出了此改进方案的基本流程图及其逻辑分层结构,完善了现有光网络监测系统的安全管理功能.     

一种使用光纤传感器的全光网络攻击检测研究

全光网络是通信网络发展的大趋势,光纤传感器因其所特有的特性具有电子传感器所无法比拟的优势。介绍了全光网络的结构和对全光网络可能采取的攻击方式,讨论了如何利用光纤传感器对针对全光网络的攻击进行检测。     

基于七芯光纤的迈克尔逊干涉型光纤温度传感器

为了实现对环境温度的精确测量,提出了一种基于七芯光纤(seven-core fiber, SCF)的迈克尔逊干涉型温度传感器。该传感器由单模光纤(single mode fiber, SMF)和SCF熔锥构成,当光由SMF进入SCF时,由于光纤直径的急剧变小,在光纤细锥区域会激发出SCF中的高阶模,这些高阶模与纤芯基模经SCF端面反射后,再次回到细锥区域时发生干涉,并经由SMF输出。制作了不同长度SCF的传感器样品,并分别进行了温度传感实验研究。温度响应实验结果表明,在20—160℃温度范围内,长度为47 mm的传感器的温度灵敏度为0.127 4 nm/℃,拟合线性系数为0.998 3,温度测量分辨率为0.007 8℃,稳定性实验测得传感器的测量标准偏差为0.289 6℃。该温度传感器结构紧凑、易于制作、成本低廉、灵敏度高且测量范围大,在温度监测领域具有一定的应用潜力。     

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。