光纤传感的后起之秀——分布式传感

随着对光纤中非线性效应研究的不断深入,光纤分布式传感器得到了广泛的研究和应用.本文介绍了光纤传感的应用领域,综述了基于布里渊散射、拉曼散射及瑞利散射3种散射光实现不同类型光纤分布式传感的原理,最后从光纤分布式传感优势方面对其未来发展方向进行了展望.     

基于分布式光纤传感技术的封闭空间火源精确定位方法研究

为了解决封闭空间火源精确定位困难的问题,文中提出了一种基于拉曼散射的分布式光纤传感技术的火源精确定位方法,对比分析了分布式拉曼测温系统在温度测量领域的优势,简化了封闭空间火场的火源模型,在分析温度与后向拉曼散射光的关系特性的基础上,给出了传感光纤布阵方案和火源粗略、精确定位的数学模型,并通过实验验证了方法的有效性,实验结果表明本方法定位误差范围可控制在54cm^2以内.此方法解决了封闭空间火灾火源定位精度低的问题,为分布式光纤传感技术在二维、三维空间传感领域提供了一定的理论基础.     

拉曼光纤放大器的原理及其应用

介绍拉曼光纤放大器的原理、特点和设计方法,分析拉曼光纤放大器在光纤通信系统中的应用.     

线型光纤感温火灾探测监控系统的研究与设计

设计了一款基于分布式光纤的上位机监控软件,能够观察到光缆的敷设平面图温度情况,并根据温度实现实时报警.介绍了分布式光纤传感系统的基本原理、结构及硬件系统信号采集模块的优化设计,重点研究了上位机监控软件结构和功能,并用Qt编写上位机软件.系统能够准确地监控和显示待测光纤的空间温度分布状况,且界面友好,实时性强.     

多芯光纤安防工程一体化同步感知系统

光纤传感技术可用于安防工程中的各类扰动探测。然而,常规单模光纤安防系统无法同步实现感知入侵模式、量化扰动强度、火灾预警等重要功能。本研究提出基于空分复用多芯光纤的一体化同步感知系统,将多种光纤传感技术复用于一根七芯光纤,其中光纤光栅纤芯监测结构点式应变与细部温度,相位敏感纤芯实现扰动定位与强度定量,同时拉曼纤芯测量分布式温度场。面向安防实际需求,在后处理阶段通过高阶中心矩、信号极差、空间平均峰度与特征频率等四种方法实现了多参量入侵定位;提出扰动量化算法,利用瑞利散射模型与多参数优化方法,根据光强信号图样求解分布式应变场,以此构建扰动强度指标,实现多指标扰动定量评估及模式区分;通过拉曼温度场实现火灾预警,同时提供温度补偿。在防护围栏上通过五种模拟工况测试了系统的工作性能,结果表明本系统能准确定位各工况事件（定位误差<1 m）,定量识别出15种强度的冲击荷载,可同步感知光纤沿线温度场并定位过热点。本系统解决了传统安防系统监测信息单一、容易误漏报、可信度不足的问题,突破了温度应变交叉敏感、缺乏定量感知能力等技术瓶颈。     

宽带平坦增益混合型光纤放大器的设计

针对密集波分复用系统各信道的在线平坦光放大这一光通信研究中的关键课题,提出了基于掺铒光纤放大器和分布式拉曼光纤放大器的混合结构光纤放大器,并进行了结构参数的优化设计。仿真结果表明,用所设计的混合结构光纤放大器获得了覆盖C+L光通信窗口1 530~1 630 nm信号的平坦增益和低噪声,在密集波分复用光通信系统中有重要应用价值。     

宽带平坦增益混合型光纤放大器的设计

针对密集波分复用系统各信道的在线平坦光放大这一光通信研究中的关键课题,提出了基于掺铒光纤放大器和分布式拉曼光纤放大器的混合结构光纤放大器,并进行了结构参数的优化设计。仿真结果表明,用所设计的混合结构光纤放大器获得了覆盖C+L光通信窗口1 530~1 630 nm信号的平坦增益和低噪声,在密集波分复用光通信系统中有重要应用价值。     

分布式光纤温度传感器系统的基础研究

分布式光纤温度传感器是近年来发展迅速的一种新型传感器.本文对此系统的基础——OTDR 技术及光纤中的散射与温度的依赖关系进行了分析研究,认为基于后向(?)曼散射的分布式光纤温度传感器很有生命力.     

基于光纤传感的输电线路覆冰监测技术应用评述

输电线路覆冰监测能有效地评估覆冰情况，预警覆冰事故，减少覆冰造成的危害，有利于电力系统安全稳定运行。在介绍传统在线覆冰监测技术的基础上着重综述了光纤传感技术在输电线路覆冰监测中的应用，分析了准分布式光纤传感(光纤光栅)、基于拉曼散射的分布式光纤传感和基于布里渊散射的分布式光纤传感(布里渊时域分析技术和布里渊时域反射技术)的监测方法的原理及优缺点。分布式光纤传感技术集传感与信息传输为一体，无需再敷设传感器，可以监测整条线路的覆冰状态，其中布里渊光时域分析技术(Brillouin Optical Time Domain Analysis, BOTDA)可以进行更长距离、更大范围的监测，在输电线路在线监测中的优势更为明显。最后指出了基于分布式光纤传感技术监测覆冰的关键问题并进行了展望。     

基于拉曼放大和半导体光放大的BOTDA

从理论上分析了基于拉曼放大的布里渊光时域分析系统(BOTDA),通过建立与拉曼放大有关的泵浦光和信号光的耦合方程,对信号光波形进行了数值仿真。仿真结果表明,双端拉曼放大技术可有效地补偿传感信号的传输损耗,提高系统测量精度。搭建了基于拉曼放大和半导体光放大(SOA)相结合的BOTDA分布式光纤传感系统,实验结果与仿真结果吻合较好,针对49.6 km的传感距离,空间分辨率达到40 m,温度分辨率1℃。     

基于IEEE1451.2的光纤传感器标准网络接口的研究

讨论了在电力系统中采用光纤温度传感器进行测温的方法,并在此基础上介绍了一种基于IEEE1451.2的网络化传感器的基本特点,提出了采用CAN总线作为TII接口协议完成STIM和NCAP的长距离连接,实现通用网络接口设计方案。这种用于电力系统特殊条件下测温的网络化光纤传感器集光纤技术、现代传感器技术、网络技术和计算机测控技术于一体,可实现现场测试数据就近登临网络,具有良好的应用前景。     

基于光纤传输的温度测试研究

提出了一种基于光纤传输的温度测试技术，重点介绍了光纤测温原理、光纤耦合和温敏元件的线性处理技术，并分析了表面发射方式的光纤耦合传输特性。在测温误差补偿方面，采用的数值拟合方法能够快速完成对测温误差的修正，提高在线计算速度与精度。实测表明该技术适合应用在高电压、强磁场、狭窄空间的温度测试。     

光纤中非线性效应及应用

在DWDM通信系统中,由于EDFA的实用化,光纤损耗对系统的影响已不是重要的因素了,但随着光纤中光功率的增大、信道数的增多,已使光纤非线性效应成为影响系统的主要因素。本文介绍了光纤中非线性效应喇曼散射、布里渊散射、四波混频、交叉相位和自相位调制等研究情况和应用的现状。     

土体温度光纤精细化监测室内试验研究

传统温度传感器在测量地下土体温度时存在耐腐蚀性差、易受电磁干扰、易被破坏等不足,难以准确和全面地掌握土体温度的长期变化。通过对比分析常用的几种分布式光纤测温技术,提出采用光频域反射技术来监测地下土体温度。根据光频域反射技术高精度和高空间分辨率的特征,给出了土体温度光纤精细化监测的布设方案和监测数据的分析思路。为了验证光频域反射技术在土体温度监测方面的优势和可行性,开展了土体温度室内模拟监测试验,设计出了一套土体温度光纤精细化测温装置,采用光频域反射技术对不同容器内的土体和水体温度进行监测,掌握了土体和水体温度的变化情况,并与传统测温方法进行了对比,结果表明,光纤测得的土体温度结果与传统方法得到的结果基本一致,但光纤测温可以实现分布式测量,相对于传统方法优势显著,对于土体温度精细化测量而言,取得了良好的成果。     

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。     

光纤光栅及其在传感器中的应用

采用耦合波理论分析了光纤光栅对光的反射机理及其传感原理,提出了光纤光栅在温度测量和位移测量中的应用方案,给出了实验结果,展望了光纤光栅在光纤传感和光纤通信方面的应用前景.     

单片机光纤比色测温仪的研制

根据光纤比色测温原理并采用单片机研制了光纤比色测温仪。讨论了双色波长的选择方法，前置接收电路的设计问题，并提出一种消除系统漂移的有效方法。研制的测温仪性能达到了国外同类产品的水平。     

C波段集中式光纤喇曼放大器的研究

在PTDS仿真平台上,对C波段集中式光纤喇曼放大器特性进行了仿真试验,设计出一个参数得到优化的集中式光纤喇曼放大器,并对掺铒光纤放大器和光纤喇曼放大器在改善10 Gb/s系统性能方面作了比较。结果表明光纤喇曼放大器的性能优于掺铒光纤放大器。     

苯溶液液芯光纤拉曼光谱的研究

本文叙述了利用液芯光纤技术获得最佳自发拉曼光谱的方法和条件.用70mW倍频矾酸钇半导体泵浦连续激光器为泵浦光源,获得了高强度的苯自发拉曼光谱.用测量拉曼信号强度的方法,计算出光纤衰减系数α,从而获得了最大拉曼光谱所对应的最佳光纤长度.本文以倍频矾酸钇半导体泵浦连续激光器为光源.用LRS-Ⅱ型激光拉曼/荧光光谱仪得到了丰富的苯的拉曼光谱,比用普通方法获得的拉曼光谱强度增高两个数量级.实验结果与理论计算基本符合.